PENGERTIAN HUKUM NEWTON

Pengertian, Rumus dan Bunyi Hukum Newton 1, 2, 3 serta Contoh Soal Hukum Newton

Hukum Newton

Pada pembahasan sebelumnya kita telah mempelajari gaya. Gaya yang dikenakan atau diberikan pada suatu benda dapat mengakibatkan perubahan bentuk dan atau gerak benda tersebut. Kali ini kita akan mempelajari gerak benda dan gaya yang memengaruhi gerak benda tersebut.

Permasalahan gerak dan penyebabnya telah menarik perhatian para ahli filsafat alam selama berabad-abad. Permasalahan ini mulai menemukan titik terang pada masa Galileo dan Newton.

Pada abad ke-17, Galileo menyadari bahwa suatu benda menjadi lebih lambat atau lebih cepat jika sejumlah gaya bekerja pada benda tersebut. Jika gaya yang bekerja pada benda dihilangkan maka benda akan terus bergerak pada garis lurus.

Galileo menyatakan bahwa suatu benda akan mengalami perubahan kelajuan hanya saat benda dikenai suatu gaya. Dia juga berpendapat bahwa suatu benda akan bertambah cepat atau melambat selama gaya yang bekerja pada benda tidak saling meniadakan.

Berdasarkan gagasan Galileo tersebut, seorang ilmuwan Inggris, yaitu Sir Isaac Newton menjelaskan tentang gaya dan gerak.

Gagasan-gagasan Newton dituangkan melalui ketiga hukumnya dalam buku berjudul Philosophiae Naturalis Principia Mathemathica atau yang lebih dikenal sebagai Principia.

Ketiga hukum tentang gerak dan gaya yang dikemukakan oleh Newton dikenal sebagai hukum Newton. Hukum I dan II Newton mengikuti gagasan yang dikemukakan oleh Galileo.

Sedangkan hukum III Newton membicarakan mengenai gaya aksi dan reaksi. Apa dan bagaimana penerapan ketiga hukum Newton tersebut akan kita pelajari berikut ini.

Hukum I Newton

Bola menggelinding karena diberi gaya dorong. Namun, bola tetap menggelinding meskipun tangan tidak lagi menyentuh bola.

Dengan demikian, bola tetap menggelinding meskipun tidak ada gaya yang bekerja pada bola. Hal ini merupakan contoh dari hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari.

Jika kita berada di dalam sebuah bus yang sedang berhenti kemudian digas mendadak maka badan kita akan terdorong ke belakang.

Hal ini terjadi karena badan kita akan mempertahankan keadaan awalnya, yaitu diam. Bus yang digas mendadak akan bergerak ke depan sehingga badan kita terdorong ke belakang (berlawanan dengan arah gerak bus).

Berdasarkan peristiwa di atas, dapat disimpulkan bahwa ketika gaya luar dihilangkan, setiap benda akan berusaha mempertahankan keadaan awalnya, yaitu diam atau bergerak lurus beraturan.

Rumus dan Bunyi Hukum 1 Newton

Hal ini sesuai dengan hukum I Newton yang berbunyi:

Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam dan benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan.

Secara matematis, hukum I Newton dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

F: resultan gaya (N)

Sifat benda yang mempertahankan keadaan awalnya disebut kelembaman atau inersia. Sehingga hukum I Newton disebut juga hukum kelembaman. Kelembaman yang dimiliki suatu benda diam membuatnya sulit digerakkan.

Akan tetapi jika benda tersebut bergerak maka kelembamannya akan menyebabkan benda terus bergerak lurus. Untuk melawan kelembaman benda diperlukan suatu gaya tertentu.

Gaya yang diperlukan untuk melawan kelembaman sebanding dengan massa benda, karena semakin besar massa benda tersebut, kelembamannya juga semakin besar.

Hukum II Newton

Kita telah mempelajari tentang resultan gaya pada pembahasan sebelumnya. Masih ingatkah kamu apa yang dimaksud dengan resultan gaya?

Sebagai contoh; 2 orang anak sedang mendorong lemari. Resultan gaya yang bekerja pada lemari merupakan penjumlahan dari gaya yang diberikan oleh masing-masing orang.

Resultan gaya yang dialami lemari lebih besar daripada gaya yang diberikan oleh masing-masing orang, sehingga lemari lebih mudah digeser.

Jika lemari tersebut hanya didorong oleh salah satu orang dengan gaya yang lebih kecil daripada resultan gaya kedua orang tersebut maka lemari akan lebih sulit digeser. Dengan demikian, semakin besar gaya yang bekerja pada benda, benda akan bergerak semakin cepat.

Jika kamu mendorong sebuah meja dengan gaya yang besarnya sama dengan besar gaya yang digunakan untuk menggeser lemari maka meja tersebut akan bergeser lebih cepat. Jadi, dapat kita simpulkan bahwa semakin kecil massa suatu benda, benda akan lebih cepat bergerak.

Rumus dan Bunyi Hukum 2 Newton

Peristiwa-peristiwa di atas sesuai dengan hukum II Newton yang berbunyi:

Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa benda.

Secara matematis, hukum II Newton dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

a : percepatan benda (m/s2)

m : massa benda (kg)

Contoh Penerapan Hukum 2 Newton dalam kehidupan sehari-hari

Contoh penerapan hukum II Newton dalam kehidupan sehari-hari adalah pada gerakan di dalam lift. Ketika kita berada di dalam lift yang sedang bergerak, gaya berat kita akan berubah sesuai pergerakan lift.

Saat lift bergerak ke atas, kita akan merasakan gaya berat yang lebih besar dibandingkan saat lift dalam keadaan diam. Hal yang sebaliknya terjadi ketika lift yang kita tumpangi bergerak ke bawah.

Saat lift bergerak ke bawah, kita akan merasakan gaya berat yang lebih kecil daripada saat lift dalam keadaan diam. Cara penghitungan matematis dari hukum II Newton dapat kamu simak pada contoh soal berikut ini.

Contoh Soal Hukum 2 Newton

Sebuah benda bermassa 10 kg bergerak dengan percepatan 2 m/s. Berapakah besar gaya yang diberikan pada benda?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 10 kg

a = 2 m/s

Ditanyakan:

F = . . .?

Jawab:

F = m . a

F = 10 . 2

F = 20 N

Jadi, gaya yang bekerja pada benda adalah 20 N.

Hukum II Newton juga dapat diterapkan pada gerak lurus, terutama gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Dalam GLBB berlaku persamaan berikut.

Untuk lebih memahami penerapan hukum II Newton pada GLBB, simaklah contoh soal berikut!

Contoh soal Hukum 2 Newton pada GLBB

Sebuah mobil bermassa 2.000 kg bergerak dengan kelajuan 16 m/s. Jika mobil tersebut direm dengan gaya 8.000 N, berapakah jarak yang ditempuh mobil mulai direm sampai berhenti?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 2.000 kg

v 0 = 16 m/s

v t = 0 m/s (karena berhenti)

F = -8.000 N

Ditanyakan: s = . . .?

Jawab:

Langkah 1

Menentukan perlambatan mobil, karena mobil mengalami pengereman maka percepatan bernilai negatif.

         F = m . a

 -8.000 = 2.000 . a

         a = -4 m/s

Langkah 2

Menentukan jarak yang ditempuh selama perlambatan.

 v2 = v02 + 2 . a . s

  0 = 162 +2 . (-4) . s

  0 = 256 – 8s

8s = 256

  s = 32 m

Jadi, jarak yang ditempuh mobil dari mulai direm hingga berhenti adalah 32 m.

Hukum III Newton

Mengapa ketika jari tangan kita menekan meja semakin kuat akan terasa sakit? Sebenarnya ketika kita menekan meja berarti kita memberikan gaya pada meja.

Tangan kita akan merasa sakit sebab meja akan memberikan gaya yang besarnya sama dengan gaya tekan tangan kita, tetapi arahnya berlawanan.

Jadi, jika kita perhatikan, gaya bukanlah sesuatu dalam benda tersebut tetapi merupakan interaksi antara dua benda.

Rumus dan Bunyi Hukum 3 Newton

Peristiwa di atas merupakan contoh dari hukum III Newton, yang dikenal sebagai hukum aksi-reaksi, yang bunyinya:

Jika benda pertama memberikan gaya pada benda kedua maka benda kedua akan memberikan gaya yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.

Secara matematis, hukum III Newton dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

Hukum III Newton berlaku pada dua gaya yang merupakan pasangan aksi-reaksi. Dua gaya dikatakan pasangan aksi-reaksi jika:

1. bekerja pada dua benda yang berbeda,

2. saling berinteraksi,

3. besarnya sama dan berlawanan arah.

Untuk lebih memahami hukum III Newton tentang gaya aksi-reaksi perhatikan gambar di bawah ini!

Gambar: Bola digantung dengan tali pada dinding

Pada gambar di atas gaya-gaya yang bekerja adalah sebagai berikut.

F1 = gaya yang diberikan tali pada dinding

F2 = gaya yang diberikan dinding pada tali

F3 = gaya yang diberikan bola pada tali

F4 = gaya yang diberikan tali pada bola

w = gaya berat bola

F1 dan F2 serta F3 dan F4 adalah pasangan gaya aksi-reaksi. Kedua pasang gaya tersebut bekerja pada dua benda yang berbeda dan saling berinteraksi. Besar gaya F1 dan F2 adalah sama tetapi arahnya berlawanan. Demikian pula dengan gaya F3 dan F4.

Sedangkan gaya F2 dan F3 bukan pasangan gaya aksi-reaksi karena kedua gaya tersebut bekerja pada satu benda yang sama, yaitu tali.

F3 dan w bukan merupakan pasangan aksi-reaksi meskipun kedua gaya tersebut besarnya sama, berlawanan arah, dan bekerja pada dua benda yang berbeda, karena kedua gaya tersebut tidak saling berinteraksi.

Jadi, dari kelima gaya tersebut yang merupakan pasangan aksi-reaksi adalah:

1. F1 dan F2

2. F3 dan F4

Contoh Penerapan Hukum 3 Newton dalam kehidupan sehari-hari

Contoh penerapan hukum III Newton dalam kehidupan sehari-hari dapat kita jumpai pada peristiwa merapatnya perahu ke dermaga. Ketika tali perahu telah terikat ke dermaga namun perahu belum merapat ke dermaga maka nelayan akan menarik tali perahu.

Nelayan tersebut memberikan gaya tarik yang arahnya menjauhi dermaga, hal ini menyebabkan perahu mendekat ke dermaga. Perahu dapat mendekat ke dermaga karena adanya gaya reaksi yang arahnya berlawanan dengan gaya tarik yang diberikan oleh nelayan.