hukum newton

“HUKUM NEWTON, BERAT DAN GAYA NORMAL, GAYA

GESEKAN DAN TEGANGAN TALI”

A. Hukum Newton

Gaya adalah tarikan atau dorongan yang menyebabkan benda bergerak. Gaya

dapat menyebabkan perubahan pada benda, yaitu perubahan bentuk, sifat gerak benda,

kecepatan, dan arah gerak benda. Sebuah gaya memiliki nilai dan arah, sehingga

merupakan vektor yang mengikuti aturan-aturan penjumlahan vector.

Perpustakaan-cyber.blogspot.com

Gambar 1. Orang mendorong piano

1. Kelembaman (Hukum I Newton)

Isaac Newton (1642-1727), membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis

Newton tentang gerak dirangkum dalam “tiga hukum gerak”-nya yang terkenal. Pada

kenyataannya, hukum pertama Newton tentang gerak sangat dekat dengan

kesimpulan Galileo. Hukum I Newton menyatakan bahwa:

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerak

tetapnya pada garis lurus disebut inersia (kelembaman). Sehingga, Hukum I Newton

sering disebut Hukum Inersia. Kerangka acuan di mana Hukum I Newton berlaku

disebut kerangka acuan inersia.

Galileo menyatakan bahwa untuk mengubah kecepatan (keadaaan) suatu benda

diperlukan pengaruh gaya dari luar. Prinsip Galileo ini diambil oleh Isaac Newton

1

“Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali jika diberi gaya total yang tidak nol.”

sebagai suatu hukum yang dikenal dengan hukum Newton pertama: “ Dalam

kerangka inersia, setiap benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus

beraturan, kecuali jika ia dipaksa mengubah keadaan tersebut oleh gaya-gaya dari

ingkungan tempat benda berada ”

Tersirat dalam hukum pertama bahwa tidak ada perbedaan antara pengertian

tidak ada gaya sama sekali dengan gaya-gaya yang resultannya adalah nol. Jadi

bentuk lain dari hukum newton pertama adalah ( yang biasanya diadopsi oleh setiap

buku SMA):

Secara matematis:

V=0

∑ F⃗=0

V = konstan

dimana ∑ F⃗ adalah resultan gaya-gaya dari luar atau lingkungan.

Dalam menyampaikan materi ini pada anak SMA bisa dipaparkan contoh sebagai

berikut: Saat kendaraan yang Anda naiki direm secara mendadak, maka Anda akan

terdorong ke depan dan saat kendaraan yang Anda naiki tiba-tiba bergerak, maka Anda

akan terdorong ke belakang (fakta kelembaman).


Gambar 5. Uang logam yang berada di dalam korek api cenderung diam ketika di pukul-

pukul.

2

2. Hubungan massa dengan percepatan (Hukum II Newton)

Hukum I Newton menyatakan bahwa jika tidak ada gaya total yang bekerja pada

sebuah benda, maka benda tersebut akan tetap diam, atau jika sedang bergerak, akan

bergerak lurus beraturan (kecepatan konstan). Selanjutnya, apa yang terjadi jika

sebuah gaya total diberikan pada benda tersebut? Newton berpendapat bahwa

kecepatan akan berubah. Bagaimana hubungan antara percepatan dan gaya?

Pengalaman sehari-hari dapat menjawab pertanyaan ini. Ketika kita mendorong

kereta belanja, maka gaya total yang terjadi merupakan gaya yang kita berikan

dikurangi gaya gesek antara kereta tersebut dengan lantai. Jika kita mendorong

dengan gaya konstan selama selang waktu tertentu, kereta mengalami percepatan dari

keadaan diam sampai laju tertentu, misalnya 4 km/jam. Jika kita mendorong dengan

gaya dua kali lipat semula, maka kereta mencapai 4 km/jam dalam waktu setengah

kali sebelumnya. Ini menunjukkan percepatan kereta dua kali lebih besar. Jadi,

percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang diberikan. Selain

bergantung pada gaya, percepatan benda juga bergantung pada massa. Jika kita

mendorong kereta belanja yang penuh dengan belanjaan, kita akan menemukan

bahwa kereta yang penuh memiliki percepatan yang lebih lambat. Dapat disimpulkan

bahwa makin besar massa maka akan makin kecil percepatannya, meskipun gayanya

sama. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya.

Hubungan ini selanjutnya dikenal sebagai Hukum II Newton, yang bunyinya sebagai

berikut:

Hukum II Newton tersebut dirumuskan secara matematis dalam persamaan:

ΣF = m.a

3

“Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja

padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama

dengan arah gaya total yang bekerja padanya.”

dengan:

a = percepatan (m/s2)

m = massa benda (kg)

ΣF = resultan gaya (N)

Satuan gaya menurut SI adalah newton (N). Dengan demikian, satu newton

adalah gaya yang diperlukan untuk memberikan percepatan sebesar 1 m/s2 kepada

massa 1 kg. Dari definisi tersebut, berarti 1 N = 1 kg.m/s2. Dalam satuan cgs, satuan

massa adalah gram (g). Satuan gaya adalah dyne, yang didefinisikan sebagai besar

gaya yang diperlukan untuk memberi percepatan sebesar 1 cm/s2 kepada massa 1 g.

Dengan demikian, 1 dyne = 1 g.cm/s2. Hal ini berarti 1 dyne = 10-5 N.

Hubungan gaya dengan percepatan dirumuskan Newton melalui hukum kedua

yaitu:

Secara matematis:

a=∑ F⃗m

Dalam system SI satuan gaya adalah kg m/s2 atau newton dan disingkat N

1 Newton = 1 kg m/ s2

1 Newton = 105 gr cm/s2

1 Newton = 105 dyne

3. Hubungan gaya aksi dengan gaya reaksi (Hukum III Newton)

Hukum II Newton menjelaskan secara kuantitatif bagaimana gaya-gaya

memengaruhi gerak. Tetapi kita mungkin bertanya, dari mana gaya-gaya itu datang?

4

“Percepatan yang ditimbulkan oleh suatu gaya F yang bekerja pada

suatu benda bermassa m berbanding lurus dan searah dengan gaya itu

dan berbanding terbalik dengan massa benda”

Berdasarkan pengamatan membuktikan bahwa gaya yang diberikan pada sebuah

benda selalu diberikan oleh benda lain. Sebagai contoh, seekor kuda yang menarik

kereta, tangan seseorang mendorong meja, memukul/ mendorong paku, atau magnet

menarik paku. Contoh tersebut menunjukkan bahwa gaya diberikan pada sebuah

benda, dan gaya tersebut diberikan oleh benda lain.


Gambar 6. Interaksi palu dan pasak merupakan gaya aksi- reaksi

Newton menyadari bahwa hal ini tidak sepenuhnya seperti itu. Memang benar

tangan memberikan gaya pada meja. Tetapi meja tersebut jelas memberikan gaya

kembali kepada tangan. Dengan demikian, Newton berpendapat bahwa kedua benda

tersebut harus dipandang sama. Tangan memberikan gaya pada meja, dan meja

memberikan gaya balik kepada tangan. Hal ini merupakan inti dari Hukum III

Newton, yaitu:

Hukum III Newton ini kadang dinyatakan sebagai hukum aksi-reaksi, “untuk

setiap aksi ada reaksi yang sama dan berlawanan arah”. Untuk menghindari

kesalahpahaman, sangat penting untuk mengingat bahwa gaya “aksi” dan gaya

“reaksi” bekerja pada benda yang berbeda. Kebenaran Hukum III Newton dapat

ditunjukkan dengan contoh berikut ini. Perhatikan tangan kalian ketika mendorong

ujung meja. Bentuk tangan kalian menjadi berubah, bukti nyata bahwa sebuah gaya

5

“Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi

berlawanan arah terhadap benda pertama.”

bekerja padanya. Kalian bisa melihat sisi meja menekan tangan kalian. Mungkin

kalian bahkan bisa merasakan bahwa meja tersebut memberikan gaya pada tangan

kalian; rasanya sakit! Makin kuat kalian mendorong meja itu, makin kuat pula meja

tersebut mendorong balik. Perhatikan bahwa kalian hanya merasakan gaya yang

diberikan pada kalian, bukan gaya yang kalian berikan pada benda-benda lain.

4. Penerapan Hukum Newton Dalam Kehidupan Sehari-Hari

a. Gerak pada bidang datar

A B

C


Gambar 7. Gerak pada bidang datar

Perhatikan (A) Sebuah benda yang terletak di atas bidan datar licin ditarik

horizontal dengan gaya F. Ternyata benda tersebut bergerak dengan percepatan a.

Karena benda bergerak pada sumbu X (horizontal), maka gaya yang bekerja pada

benda tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

a=∑ F⃗m

Bagaimana jika gaya tarik F membentuk sudut (Gambar (B))? Komponen yang

menyebabkan benda bergerak di atas bidang datar licin adalah komponen horizontal

F, yaitu Fx. Oleh karena itu, persamaannya dapat ditulis sebagai berikut:

Fx = F cos θ

6

Sesuai dengan hukum II Newton, percepatan benda adalah sebagai berikut.

a = F cosθ

m

Kasus gambar yang C untuk benda yang bergerak pada bidang yang tidak licin(

ada gaya gesek nya).

b. Gerak pada benda yang miring


Gambar 8. Gerak pada benda yang miring

c. Gerak dua benda yang bersentuhan


Gambar 9. Gerak dua benda yang bersentuhan

d. Gerak benda yang dihubungkan dengan katrol

7

Mechinics-03-10.blogspot.com

Gambar 10. Katrol

e. Gaya tekan kaki pada lantai lift

EZ@IN_PUSTAKA » Blog Archive » Gaya Tekan Kaki pada Lantai Lift_files

B. BERAT

Kita harus dapat membedakan antara massa dan berat. Massa merupakan ukuran

banyaknya materi yang dikandung oleh suatu benda. Massa (m) suatu benda besarnya

selalu tetap dimanapun benda tersebut berada, satuannya kg. Berat (w) merupakan

gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Satuan berat adalah Newton (N).

8

Hubungan antara massa dan berat dijelaskan dalam hukum II Newton. Misalnya,

sebuah benda yang bermassa m dilepaskan dari ketinggian tertentu, maka benda

tersebut akan jatuh ke bumi. Jika gaya hambatan udara diabaikan, maka gaya yang

bekerja pada benda tersebut hanyalah gaya gravitasi (gaya berat benda). Benda

tersebut akan mengalami gerak jatuh bebas dengan percepatan ke bawah sama dengan

percepatan gravitasi. Jadi, gaya berat (w) yang dialami benda besarnya sama dengan

perkalian antara

massa (m) benda tersebut dengan percepatan gravitasi (g) di tempat itu.

Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

w = m × g

Keterangan :

w : gaya berat (N)

m : massa benda (kg)

g : percepatan gravitasi (ms-2)

C. GAYA NORMAL

Kita ketahui bahwa benda yang dilepaskan pada ketinggian tertentu akan jatuh

bebas. Bagaimana jika benda tersebut di letakkan di atas meja,buku misalnya?

Mengapa buku tersebut tidak jatuh? Gaya apa yang menahan buku tidak jatuh? Gaya

yang menahan buku agar tidak jatuh adalah gaya tekan meja pada buku. Gaya ini ada

karena permukaan buku bersentuhan dengan permukaan meja dan sering disebut gaya

normal. Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan

antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh.

Jadi, pada buku terdapat dua gaya yang bekerja, yaitu gaya normal (N) yang

berasal dari meja dan gaya berat (w). Kedua gaya tersebut besarnya sama

tetapi berlawanan arah, sehingga membentuk keseimbangan pada buku.

Perhatikan Gambar

9

fisika-edu.blogspot.com

Gambar 2. Arah gaya normal

D. GAYA TEGANGAN TALI

Gaya tegangan tali adalah gaya pada tali ketika tali tersebut dalam

keadaan tegang. Arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau benda

yang ditinjau.

Berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Akibat gaya ini,

benda yang jatuh bebas akan memperoleh percepatan a= g (percepatan

gravitasi bumi).


Gambar 3. Arah gaya tegangan tali

E. GAYA GESEKAN

Gaya gesekan adalah gaya yang terjadi antara dua permukaan benda yang

bersentuhan.Jika kita mendorong sebuah almari besar dengan gaya kecil, maka almari

tersebut dapat dipastikan tidak akan bergerak (bergeser). Jika kita mengelindingkan

sebuah bola di lapangan rumput, maka setelah menempuh jarak tertentu bola tersebut

pasti berhenti. Mengapa hal-hal tersebut dapat terjadi? Apa yang menyebabkan almari

sulit di gerakkan dan bola berhenti setelah menempuh jarak tertentu? Gaya yang

melawan gaya yang Anda berikan ke almari atau gaya yang menghentikan gerak bola

adalah gaya gesek.

Gaya gesek adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling

bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak

benda. Untuk benda yang bergerak di udara, gaya geseknya bergantung pada luas

permukaan benda yang bersentuhan dengan udara. Makin besar luas bidang sentuh,

10

makin besar gaya gesek udara pada benda tersebut sedangkan untuk benda padat yang

bergerak di atas benda padat, gaya geseknya tidak tergantung luas bidang sentuhnya.

Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gaya gesekan statis dan gaya

gesekan kinetis. Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda

selama benda tersebut masih diam. Menurut hukum I Newton, selama benda masih

diam berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol. Jadi, selama

benda masih diam gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda

tersebut. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

fs, maks =μs N

Keterangan:

fs : gaya gesekan statis maksimum (N)

μs : koefisien gesekan statis.

Gaya gesek kinetis (fk) adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda

dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya

dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor. Perbandingan

antara gaya gesekan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya

gesekan kinetis (ms). Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut.

Fk= μk N

Keterangan:

fk : gaya gesekan kinetis (N)

μk : koefisien gesekan kinetis


11

Gambar 4. Arah gaya gesekan

SOAL DAN JAWABAN MATERI YANG TERKAIT

Jawablah pertanyaan berikut dengan jelas dan singkat pada lembar

jawaban yang sudah disediakan menggunakan buku sumber yang relevan!

No Pertanyaan/ Instruksi pada siswa Respon/ kerja siswa

1 Perhatikan gambar berikut!

Dari gambar tersebut apa yang anda

ketahui tentang gaya?

2 Jelaskan jenis-jenis gaya yang anda

ketahui!

3 Hitunglah gaya total yang dibutuhkan

untuk mempercepat mobil dengan

massa 1000 kg sebesar 12

g!

4 Apa perbedaan antara massa dengan

berat?

5 Kenapa hukum I Newton sering

disebut hukum inersia?

6 Mengapa gaya gesek kinetis termasuk

gaya dissipative?

12

7 Bagaimana pendapat anda tentang

hubungan gaya dengan percepatan?

8 Apa yang anda ketahui tentang

penerapan hukum Newton dalam

kehidupan sehari-hari?

9 Berapa besar gaya total yang

dibutuhkan untuk memberhentikan

mobil dengan massa 1500 kg dari laju

100 km/jam dalam jarak 55 m?

10 Apa yang membuat mobil bergerak

maju?

JAWABAN SOAL

1. Gaya merupakan tarikan atau dorongan yang menyebabkan benda bergerak.

2. Jenis-jenis gaya:

a. Gaya berat

Berat (w) merupakan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Satuan

berat adalah Newton (N).

w = m × g

Keterangan :

w : gaya berat (N)

m : massa benda (kg)

g : percepatan gravitasi (ms-2)

b. Gaya normal

Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara

dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh.

c. Gaya tegangan tali

Gaya tegangan tali adalah gaya pada tali ketika tali tersebut dalam keadaan

tegang.

13

d. Gaya gesekan

Gaya gesekan adalah gaya yang terjadi antara dua permukaan benda yang

bersentuhan.

Gaya gesek adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling

bersentuhan.

Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda

tersebut masih diam.

fs, maks =μs N

Gaya gesek kinetis (fk) adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda dalam

keadaan bergerak.

Fk= μk N

Keterangan:

fk : gaya gesekan kinetis (N)

μk : koefisien gesekan kinetis

3. Diket: a = 12

g = 12

(10 m/s2) = 5 m/s2

m = 1000 kg

Jawab: ΣF = m.a

ΣF = (1000 kg) (5 m/s2)

= 5000 N.

4. Massa merupakan ukuran banyaknya materi yang dikandung oleh suatu benda.

Massa (m) suatu benda besarnya selalu tetap dimanapun benda tersebut berada,

satuannya kg. Berat (w) merupakan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu

benda. Satuan berat adalah Newton (N).

5. Karena kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau

gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia (kelembaman).

6. Karena gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor.

14

7. Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya

dan berbanding terbalik dengan massanya.

8. Contoh penerapan hukum Newton:

a. Gerak pada bidang datar

b. Gerak pada benda yang miring

c. Gerak dua benda yang bersentuhan

d. Gerak benda yang dihubungkan dengan katrol

e. Gaya tekan kaki pada lantai lift

9. Diket: v0 = 100 km/jam = 28 m/s

X – X0 = 55 m

Tanya: ΣF

Jawab: a = v2−v0

2

2(x−x0)

= 0−(28

ms

)2

2(55 m)

= - 7, 1 m/s2

ΣF = m.a

ΣF = (1500 kg) (-7,1 m/s2)

= -1,1 x 104 N.

10. Jawaban yang umum adalah mesin membuat mobil bergerak maju. Tetapi tidak

semudah itu. Mesin membuat roda berputar. Tetapi apa gunanya jika mobil tersebut

berada di es atau lumpur? Mobil itu hanya berputar. Sebuah mobil bergerak maju

karena gaya gesekan yang diberikan jalan pada rodanya, dan gaya ini adalah reaksi

terhadap gaya yang diberikan pada jalan oleh roda.

15

hukum newton

Documents