FISIKA DASAR

Hukum Newton Tentang Gerak

HUKUM NEWTON

Dinamika adalah ilmu yang mempelajari gaya sebagai penyebab

gerak

Hukum Newton menyatakan hubungan antara gaya, massa dan

gerak benda

Gaya adalah kekuatan dari luar berupa dorongan atau tarikan

Pendahuluan

Hukum Newton

Isaac Newton (1643-1727) mempublikasikan hukum geraknya dan

merumuskan hukum grafitasi universal

5.1HUKUM

-HUKUM

NEWTON

Hukum Newton I

Setiap benda akan tetap dalam keadaan (kecepatan = 0) atau bergerak sepanjang

garis lurus dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan) kecuali bila ia

dipengaruhi gaya untuk mengubah keadaannya.

F = 0 Untuk benda diam atau bergerak lurus beraturan

Hukum Newton II

Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda

berbanding lurus dengan resultan gayanya, searah dengan gaya dan berbanding

terbalik dengan massa benda

m

Fa

maF

5.2HUKUM

-HUKUM

NEWTON

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Hukum Newton III

Jika dua buah benda berinteraksi maka gaya pada benda satu sama dan berlawanan

arah dengan gaya benda lainnya

Faksi = - Freaksi

Satuan Gaya

Dimana : F = gayam = massaa = percepatan

F = m a

Dalam satuan SI

Newtonm

KgF 2det

.

m

Freaksi

Faksi

5.3HUKUM

-HUKUM

NEWTON

Macam-macam Gaya

Untuk sistem 2 benda titik terdapat gaya-gaya : Gaya Interaksi

Gaya kontak

Gaya Interaksi

Gaya yang ditimbulkan oleh satu benda pada benda lain walaupun letaknya

berjauhan

Macam-macam gaya kontak : Gaya gravitasi Gaya Listrik Gaya Magnit

Definisi Medan

Ruang yang merupakan daerah pengaruh gaya. Akibatnya benda-benda yang berada

dalam suatu medan (medan gravitasi, medan listrik, medan magnit) akan menderita

gaya (gaya gravitasi, gaya listrik, gaya magnit).

5.4HUKUM

-HUKUM

NEWTON

Gaya KontakGaya yang terjadi hanya pada benda-benda yang bersentuhan

a. Gaya gravitasi

b. Gaya Listrik

c. Gaya Magnit

Macam-macam gaya kontak :

Gaya reaksi dari gaya berat yang dikerjakan benda terhadap bidang tempat benda

terletak (benda melakukan aksi, bidang melakukan reaksi). Arah gaya normal N

selalu tegak lurus pada bidang

a. Gaya Normal

1

N

(a)

mg

2

(b)

= mg = aksi12F

= mg = aksi21F

(c)

(a) : Benda (1) berada diatas bidang (2)

(b) : Gaya aksi pada bidang

(c) : Gaya reaksi pada benda

N > 0 → Benda menekan bidang tempat benda terletak

N = 0 → Benda meninggalkan bidang lintasannya

N< 0 → tidak mungkin

Keterangan gambar :

5.5HUKUM

-HUKUM

NEWTON

b. Gaya Gesekan Gaya yang melawan gerak relatif dua benda Arah gaya gesekan selalu sejajar dengan bidang tempat benda berada dan

berlawanan dengan arah gerak benda jadi gaya gesekan melawan gerak (menghambat)

Macam-macam gaya gesekan : Gaya gesekan antara zat padat dan zat padat

Gaya gesekan antara zat padat dan zat cair (fluida)

1. Gaya Gesekan Statis (fs)

Gaya gesekan yang bekerja antara 2 permukaan benda dalam

keadaan diam relatif satu dengan yang lainnya

fs s N

fs = gaya gesekan statis

s = Koefisien gesekan statis

N = Gaya Normal

fs < s N

fs = s N

benda diam

benda akan bergerak

fF

5.6

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

2. Gaya Gesekan Kinetik (fk)

Gaya gesekan yang bekerja antara 2 permukaan benda yang saling bergerak relatif

fk k Nfk = gaya gesekan statis

k = Koefisien gesekan statis

N = Gaya Normal

fF

N

W = mg Jika benda ditarik dengan gaya F, tapi benda belum bergerak karena ada gaya

gesekan fs melawan F

Jika gaya F diperbesar hingga akhirnya benda bergerak, maka gaya gesekan pada saat benda mulai bergerak

fk < fs

5.7HUKUM

-HUKUM

NEWTON

Kemungkinan-kemungkinan :

1. Jika fk > fs

2. Jika fk = fs

3. Jika fk < fs

benda diam

benda saat bergerak

benda bergerak

Sifat-sifat gaya gesekan

Gaya gesekan tergantung :

Sifat permukaan kedua benda bergesekan ()

Berat benda atau gaya normal

5.8

Gerak Benda pada Bidang Miring

Gerak benda pada bidang miring licin (tanpa ada gesekan)

N

y

x

mg sin mg cos

mg

Gaya yang bekerja pada benda :

1. Gaya Normal

N = mg cos

2. Gaya Berat

W = mgDiuraikan menjadi 2 komponen :Fx = mg sin

Fy = mg cos

Gaya yang menyebabkan benda bergerak pada bidang miring ke bawah (sumbu

x)Fx = ma mg sin = ma

5.9

Gerak benda pada bidang miring dengan adanya gesekan

N

y x

mg sin mg cos

mg

Fk

Gaya yang bekerja pada benda :

1. Gaya Normal

2. Gaya Berat

3. Gaya Gesekan

N = mg cos

W = mg

Fk = kN = kmg cos

F = ma

mg sin - Fk = ma

5.10

Sebuah balok massanya 2kg meluncur tanpa kecepatan awal sepanjang bidang miring yang licin. Sudut kemiringan bidang terhadap horisontal 300, g = 10 m/s2. Hitunglah : a.Gaya normal pada balokb.Kecepatan balok setelah meluncur selama 3 sekon

Diketahuim = 2 kg = 300 g = 10 m/s2.

Ditanya :a. N = …. ?b. v =……? Jika t = 3 s

W=mg

mg

sin

mg

cos

N

Jawab : a. Gaya Normal NKomponen gaya berat benda pada sumbu y

Wy = W cos = m.g. cos 300

= 2.10. ½V3 = 10V3 N

Pada sumbu Y benda tidak bergerak makaFy = 0N – Wy = 0N = Wy = 10V3 N

Pada sumbu x benda bergerak (GLBB) maka :Fx = m.a Wx = m.a 10 = 2.a a = 5 m/s2

v = vo + a.t v = 0 + 5. 3 v = 15 m/s

b. Komponen gaya berat pada sumbu x

Wx = W sin = m.g. sin300

= 2.10. ½ = 10 N

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Sistem Katrol

5.11

A

B

k

(a)

a

a

TT

mB g

mA g

fA

NA

Diagram bebas sistem benda A dan benda B

(b)

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

5.12

Gaya-gaya yang bekerja pada benda :

Pada benda A :

Gaya Normal

Gaya Gesek

Gaya Tegangan tali

NA = mA . g

fA = k . mA . g

T Pada benda B :

Gaya Berat

Gaya Tegangan tali

WB = mB . g

T

Jika benda bergerak maka berlaku hukum Newton II maF Untuk kedua benda berlaku :

gmm

mma

BA

AkB

Untuk bidang kasar : Untuk bidang licin :

gmm

ma

BA

B

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

5.13

Dua Buah Benda yang Bertumpuk pada Bidang Horizontal

m2

m1

(a) Balok m1 berada diatas balok m2 (b) Diagram gaya-gaya vertikal untuk tiap balok

=

=

Pasangan aksi reaksi

M2 g

M1 g

N2,1

N2,1

N1,2

y

Gaya Normal pada benda m1 : Gaya Normal pada benda m2 :

N1 = m1 g N2 = (m1 + m2) g

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Dua buah balok A dan B massanya masing-masing 15 kg dan 10 kg. Berada diatas permukaan bidang datar licin dan dihubungkan dengan tali. Kemudian B ditarik dengan gaya mendatar sebesar 50 N. Tentukan :a. Percepatan yang terjadi pada kedua benda tersebutb. Besarnya tegangan tali

DiketahuimA = 15 kgmB = 10 kgF = 50 N

Ditanya :a. a = …. ?b. T =……?

Jawab : a. Percepatan system Fx = mB.a T – T + F = (mA + mB).aa = F/( mA + mB ) = 50/( 15 + 10 ) = 2 m/s2

b. Tegangan Tali Perhatikan benda AFx = mA.a T = mA . a = 15 . 2 = 30 NAtau

T T FA B

a

Perhatikan benda B Fx = mB.a

F – T = mB . a 50 – T = 10.2 50 – T = 20 T = 50 – 20 = 30 N

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Katrol dianggap licin, tali sangat lentur dan massanya diabaikan. Jika benda A massanya 8 kg dan massa benda B 12 kg, dan g = 10 m/s2. Tentukan :a. Percepatan gerak systemb. Besarnya tegangan tali penghubung ke dua benda

DiketahuimA = 8 kgmB = 12 kgg = 10 m/s2

Ditanya :a. a = …. ?b. T =……?

Jawab : a. Percepatan system

b. Tegangan Tali Perhatikan benda A SFx = mA.a T - WA = mA . a T – mA .g = mA . a T = (mA . a + mA . g ) = ( 8. 2 + 8. 10 ) = 96 NAtau

Perhatikan benda B SFx = mB.a

WB – T = mB . a mB.g – T = mB . a T = (mB . g - mB . a ) T = ( 12.10 – 12.2 ) T = 120 – 24 = 96 N

a

a

A

B

TT

TT

WA

WB g.(mB - mA) a mA + mB

10(12 - 8 ) a = 12 + 8

a = 2 m/s2

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Balok A massanya 4 kg diletakkan pada bidang mendatar yang licin, balok B massanya 6 kg digantungkan pada tali yang disangkutkan pada katrol dan ujung tali yang lain diikatkan pada balok A. Hitunglah :a. Percepatan gerak ke dua balok (system)b. Besarnya tegangan tali penghubung ke dua benda . g = 10 m/s2.Diketahui

mA = 4 kgmB = 6 kgg = 10 m/s2

Ditanya :a. a = …. ?b. T =……?

Jawab : a.Percepatan system

b. Tegangan Tali Perhatikan benda AFx = mA.a T = mA . a T = 4. 6 = 24 NAtau

Perhatikan benda B Fx = mB.a

WB – T = mB . a mB.g – T = mB . a T = (mB . g - mB . a ) T = ( 6.10 – 6.6 ) T = 60 – 36 = 24 N

10.(6) a = 6 + 4

a = 6 m/s2

g( mB ) a = mA + mB

NA

wA

T T

TT

A

B

wA

T T

A

wBTT

wB

B

a

a

NA

HUKUM

-HUKUM

HUKUM

-HUKUM

NEW

TON

NEW

TON

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Contoh Soal

Sebuah balok bermassa 3 kg terletak di atas lantai dimana koefisien gesekan antara balok tersebut dan lantai adalah 0,1. Diatas balok tersebut diletakkan balok kedua yang bermassa 1 kg dimana koefisien gesekan antara kedua balok adalah 0,2. Bila balok pertama ditarik dengan gaya sebesar 12 N, hitung percepatan dari kedua balok trsebut.

Jawab :

F=12 N1

2

3

= 0,1

= 0,2

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Asumsi : a1 > a2

F=12 N1

2

3

= 0,1

= 0,2

N21

m2g

f21

222

22212x

221y

s/m96,1aa)1()8,9)(2,0(

amfamF

N8,9)8,9)(1(gmN0F

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Asumsi : a1 > a2

F=12 N1

2

3

= 0,1

= 0,2

N13

m1g

f13

21

21

1

22121311x

13

12113y

aa

s/m04,23

12,6a

a3)8,9(2,0)2,39(1,012

amffFamF

2,398,9)8,9(3N

NgmN0F

f12 N12Asumsi benar

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Contoh Soal 2.1

Sebuah helikopter bermassa 15000 kg mengangkat sebuah truk bermassa 4500 kg dengan percepatan sebesar 1,4 m/s2. Truk disebut diangkat dengan menggunakan kabel baja, Gaya angkat yang diterima oleh baling-baling helikopter arahnya vertikal ke atas. Tentukan besarnya tegangan pada kabel baja dan besarnya gaya angkat pada baling-baling helikopter.

Jawab :

m1 = 15000 kg

m2 = 4500 kg

F = ?

T = ?

a = 1,4 m/s2

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

F

W2

T

T

W1

a

Hukum Newton II pada truk :

N50400)4,18,9)(4500()ag(mT

aaaamgmTF

2

21222y

Hukum Newton II pada helikopter :

N218400)4,18,9)(15000(50400

)ag(mTF

aaaamgmTFF

1

21111y

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

konsep gaya sentripetal

pada gerak melingkar beraturan

a

v

Pada gerak melingkar beraturan benda bergerak dengan lintasan Pada gerak melingkar beraturan benda bergerak dengan lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari berbentuk lingkaran dengan jari-jari RR. Selama bergerak kecepatan (. Selama bergerak kecepatan (vv) ) dan percepatan (dan percepatan (aa) tetap tetapi arahnya berubah-berubah ubah. Arah ) tetap tetapi arahnya berubah-berubah ubah. Arah kecepatan selalu menyinggung bidang lingkaran dan percepatan selalu kecepatan selalu menyinggung bidang lingkaran dan percepatan selalu menuju ke pusat lingkaran sehingga disebut percepatan sentripetal menuju ke pusat lingkaran sehingga disebut percepatan sentripetal

Percepatan sentripetal dirumuskanPercepatan sentripetal dirumuskan

vv22

a = a = RR

Bagaimana gerakan benda jika talinya putus ?

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

F

T

Gaya-gaya yang bekerja pada gerak melingkarberaturan

Sebuah benda diikat dengan tali kemudian diputar. Benda bergerak melingkar beraturan dengan lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari R. Selama bergerak gaya-gaya apa saja yang bekerja sehingga benda tetap bergerak pada lintasannya ?

Selama bergerak pada benda bekerja gaya tegangan tali (T) dan gaya sentrifugal (FS) yang besarnya sama tetapi berlawanan arah. Menurut Hukum I Newton jika gaya-gaya yang bekerja pada jumlahnya nol, maka benda yang semula bergerak akan terus bergerak.

S F = 0S F = 0 T – FT – FSS = 0 = 0 T = FT = FSS

FFSS = m.a = m.(V = m.a = m.(V22/R)/R)

T = tegangan tali ( N ) FS = Gaya sentrifugal ( N ) m = massa benda ( kg ) a = percepatan sentripetal ( m/s2 ) R = jari-jari (m)

HUKUM-H

UKUM

NEWTON

Contoh soal :

Sebuah pesawat terbang membuat lingkaran horisontal dengan kecepatan 480 km/jam. Gaya angkat yang diterima oleh pesawat tersebut arahnya tegak lurus pada sayap pesawat. Bila sayap pesawat tersebut membentuk sudut 40o terhadap horisontal. tentukan jari-jari lingkaran yang dibentuk oleh pesawat terbang tersebut.

Jawab :

40o

V = 480 km/jam

R = ?

F

s/m33,133jam/km480V HUKUM

-HUKUM

NEWTON

40o

R = ?

F

mg

F cos

F sin

m2162)40tg)(8,9(

)33,133(R

tgg

VRtg

gR

V

mgRV

m

cosF

sinF

mgcosFR

VmmasinFF

o

2

22

2

2

x

Terima kasih