BAB
I
PENDAHULUAN
A. LATAR
BELAKANG
Hukum
gerak Newton adalah hukum sains yang ditentukan oleh Sir Isaac Newton mengenai
sifat gerak benda.Hukum gerak Newton itu sendiri merupakan hukum yang fundamental.Artinya,
pertama hukum ini tidak dapat dibuktikan dari prinsip-prinsip lain, kedua hukum
ini memungkinkan kita agar dapat memahami jenis gerak yang paling umum yang
merupakan dasar mekanika klasik.
Dalam
kehidupan sehari-hari, gaya merupakan tarikan atau dorongan. Misalnya, pada
waktu kita mendorong atau menarik suatu benda atau kita menendang bola,
dikatakan bahwa kita mengerjakan suatu gaya dorong pada mobil mainan.
Pada
umumnya benda yang dikenakan gaya mengalami perubahan-perubahan lokasi atau
berpindah tempat.
B. TUJUAN
PENULISAN
1. Untuk
mengetahui pengertian Hukum Newton
2. Untuk
mengetahui bunyi Hukum I. Newton
3. Untuk
mengetahui bunyi Hukum II. Newton
4. Untuk
mengetahui bunyi Hukum III. Newton
5. Untuk
mengetahui perbedaan berat dan massa sehingga pembaca bisa membedakan antara
massa dan berat.
BAB
II
PEMBAHASAN
A. Pengertian
Hukum Newton
Hukum-hukum
Newton adalah hukum yang mengatur tentang gerak. Hukum gerak Newton itu sendiri
merupakan hukum yang fundamental. Artinya, pertama hukum ini tidak dapat
dibuktikan dari prinsip-prinsip lain. Kedua, hukum ini memungkinkan kita agar
dapat memahami jenis gerak yang paling umum yang merupakan dasar mekanika
klasik.
Hukum
gerak Newton adalah tiga hukum yang menjadi dasar mekanika klasik. Hukum ini
menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang
disebabkannya. Ketiga hukum gerak ini pertama dirangkum oleh Isaac Newton dalam
karyanya Philosophi Naturalis Principa Mathematica, pertama kali ditebitkan
pada 05 Juli 1687.
1. Hukum
I Newton
Bunyi Hukum I Newton
“Jika resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol maka benda diam akan tetap diam dan benda bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan “
Bunyi Hukum I Newton
“Jika resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol maka benda diam akan tetap diam dan benda bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan “
a) Hukun
Newton Pertama Sebagai Hukum Kelembaman
Hukum pertama Newton menyatakan bahwa
sebuah benda dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan akan
tetap diam atau akan terus bergerak dengan kecepatan konstan kecuali ada gaya
eksternal yang bekerja pada benda itu. Kecenderungan ini digambarkan dengan
mengatakan bahwa benda mempunyai kelembaman. Benda yang mula-mula diam akan
mempertahankan keadaan diamnya ( malas bergerak ), dan benda yang mula-mula
bergerak akan mempertahankan keadaan bergeraknya ( malas berhenti ). Sifat
benda yang cenderung mempertahankan keadaan geraknya ( diam atau bergerak )
inilah yang disebut kelembaman atau inersia ( kemalasan ). Oleh karena itu
hukum pertama Newton disebut juga hukum Kelembaman atau Hukum inersia.
Contoh
penerapan hukum I Newton yaitu :
i.
Sediakan alat-alat
antara lain Kelereng, kertas, dan meja!
ii.
Letakkan kelereng di
atas kertas pada meja yang mendatar hingga keadaan kelereng diam!
iii.
Tarik kertas dengan
mendadak / sentakan!
iv.
Ulangi langkah (ii)
tetapi kertas ditarik perlahan-lahan, kemudian hentikan kertas tersebut secara
mendadak!
v.
Amati yang
terjadi!
Berdasarkan
kegiatan diatas, dapat disimpulkan bahwa setiap benda yang diam cenderung untuk
tetap diam dan benda yang bergerak lurus beraturan cenderung untuk tetap
bergerak lurus beraturan ( ingin mempertahankan keadaannya ). Sifat demikian
itulah yang disebut sebagai kelembaman ( inersia ) suatu benda.
Hukum
I Newton dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan :
2. Hukum
II Newton
Bunyi
Hukum II Newton
“ Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan besar gaya itu ( searah dengan gaya itu ) dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut”.
“ Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan besar gaya itu ( searah dengan gaya itu ) dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut”.
Secara
matematis dapat ditulis :
Bila sebuah benda mengalami gaya sebesar F
maka benda tersebut akan mengalami percepatan.
Keterangan:
F : gaya (N atau dn)
m : massa (kg atau g)
a : percepatan (m/s2 atau
cm/s2)
a) Gaya,
Massa, dan Hukum Kedua Newton
Hukum kedua Newton menetapkan hubungan
antara besaran dinamika gaya dan massa dan besaran kinematika percepatan,
kecepatan, dan perpindahan. Gaya adalah suatu pengaruh pada sebuah benda yang
menyebabkan benda mengubah kecepatannya,
artinya dipercepat. Arah gaya adalah arah percepatan yang disebabkan jika gaya
itu adalah satu-satunya gaya yang bekerja pada benda tersebut. Besarnya gaya
adalah hasil kali massa benda dan besarnya percepatan yang dihasilkan gaya.
Massa adalah sifat intristik sebuah benda mengukur resistensinya terhadap
percepatan.
Contoh
penerapan Hukum II Newton :
Pada
gambar disamping, sebuah benda ditarik dengan gaya F. Dengan adanya gaya F,
maka benda bergerak dengan percepatan a. Pada kasus yang kedua, benda dengan
massa m ditarik oleh 2 orang dengan gaya 2F. Pada Kasus yang kedua ini, benda
bergerak dengan percepatan 2a, massa benda ditambah dan ditarik dengan gaya F.
Pada kasus yang ketiga benda bergerak dengan percepatan a/2 .
Dalam
hukum ini, Newton menyimpulkan sebagai berikut :
1. Percepatan
benda yang disebabkan adanya resultan gaya pada benda dengan massa m berbanding
langsung ( sebanding ) dengan besar resultan gaya. Makin besar gaya, makin
besar percepatan.
2. Percepatan
benda yang disebabkan adanya resultan gaya pada benda berbanding terbalik
dengan massa benda m. Makin besar massa, makin kecil percepatan.
Contoh
soal :
Mobil-mobilan
bermassa 2 Kg diam diatas lantai licin, kemudian diberi gaya tertentu dan
bergerak dengan percepatan 10m/s2. Berapakah gaya yang diberikan pada
mobil-mobilan?
Diketahui
: m
= 2 Kg
a = 10
m/s2
Ditanya
: F ?
Jawab
: F
= m.a
= 2 Kg . 10 m/s2 = 20 N
3. Hukum
III Newton
Hukum
III Newton tentang gerak menyatakan bahwa bila suatu benda melakukan gaya pada
benda lainnya, maka akan menimbulkan gaya yang besarnya sama dengan arah yang
berlawanan. Dengan kata lain, Hukum III Newton ini berbunyi :
Gaya
aksi = gaya
reaksi.
Gaya
aksi =
gaya yang bekerja pada benda.
Gaya
reaksi =
gaya reaksi benda akibat gaya aksi.
Untuk setiap gaya aksi yang
dilakukan, selalu ada gaya reaksi yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan,
atau gaya interaksi antara dua buah benda selalu sama besar tetapi berlawanan
arah. Harus selalu diingat bahwa pasangan gaya yang dimaksudkan dalam Hukum III
Newton ini bekerja pada dua benda yang berbeda. Gaya mana yang merupakan gaya
reaksi pada dasarnya tidak dapat ditentukan. Namun demikian, biasanya dalam
soal fisika disebutkan bahwa gaya aksi adalah gaya yang kita lakukan, meskipun
sebenarnya bisa dipertukarkan.
Hukum ketiga menyatakan bahwa tidak
ada gaya timbul di alam semesta ini, tanpa keberadaan gaya lain yang sama dan
berlawanan dengan gaya itu. Jika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda ( aksi )
maka benda itu akan mengerjakan gaya yang sama besar namun berlawanan arah (
reaksi ). Dengan kata lain gaya selalu muncul berpasangan. Tidak pernah ada
gaya yang muncul sendirian.
Sebagai Contoh ketika kita berjalan,
telapak kaki kita mendorong tanah kebelakang (aksi ). Sebagai reaksi, tanah
mendorong telapak kaki kita ke depan, sehingga kita berjalan kedepan.
Contoh
lain, Ketika seseorang mendayung perahu, pada waktu mengayunkan dayung,
pendayung mendorong air ke belakang ( aksi ). Sebagai reaksi, air memberi gaya
pada dayung kedepan sehingga perahu bergerak kedepan.
Secara
matematis, Hukum III Newton ditulis sebagai berikut :
FA = - FB
|
Atau
|
Faksi = - Freaksi
|
Yang bisa dibaca sebagai “ gaya benda A yang bekerja pada benda B sama dengan negativ gaya benda B yang bekerja pada benda A ”
1. Perbedan
Berat dan Massa
a) Berat
Gaya
yang paling umum dalam pengalaman sehari-hari adalah gaya tarikan grafitasi
bumi pada sebuah benda. Gaya ini dinamakanberat benda, w. Jika kita menjatuhkan
sebuah benda dekat permukaan bumi dan mengabaikan resistensi udara sehinngga
satu-satunya gaya yang bekerja pada benda itu adalah gaya karena grafitasi
(keadaan ini dinamakan jatuh bebas), benda dipercepat ke bumi dengan percepatan
9,81 m/s2. Pada tiap titik di ruang, percepatan ini sama untuk semua benda, tak
tergantung massanya. Kita namakan nilai percepatan ini g. Dari hukum kedua
Newton, kita dapat menulis gaya grafitasi Fg pada benda bermassa m sebagai :
Fg
= ma
Dengan menggunakan a = g dan menulis w
untuk gaya grafitasi, kita dapatkan :
w
= mg
Karena
g adalah sama untuk semua benda di suatu titik, kita dapat menyimpulkan bahwa
berat benda sebanding dengan massanya. Namun pengukuran g yang teliti di berbagai
tempat menunjukkan bahwa g tidak mempunyai nilai yang sama di mana-mana.
Gaya
tarikan bumi pada benda berubah dengan lokasi. Secara khusus, di titik-titik di
atas permukaan bumi, gaya karena gravitasi berubah secara terbalik dengan
kuadrat jarak benda dari pusat bumi. Jadi, sebuah benda memiliki berat sedikit
lebih kecil pada ketinggian yang sangat tinggi dibandingkan pada ketinggian
laut. Medan gravitasi juga sedikit berubah dengan garis lintang karena bumi
tidak tepat bulat tetapi agak datar di kutub-kutubnya. Jadi,berat tidak seperti
massa,bukan sifat intrinsik benda itu sendiri. Satuan SI untuk berat adalah N
(Newton).
b) Massa
Massa adalah sifat intrinsik dari
sebuah benda yang menyatakan resistensinya terhadap percepatan. Massa sebuah benda
dapat dibandingkan dengan massa benda lain dengan menggunakan gaya yang sama
pada masing- masing benda dan dengan mengukur percepatannya. Dengan demikian
rasio massa benda-benda itu sama dengan kebalikan rasio percepatan benda-benda
itu yang dihasilkan oleh gaya yang sama :
m1/m2
= a1/a2
Satuan
SI untuk massa adalah kg (kilogram)
A. APLIKASI HUKUM I NEWTON DALAM
KEHIDUPAN SEHARI-HARI:
1.
Pena yang berada di atas kertas di meja akan tetap disana
ketika kertas ditarik secara cepat.
2.
Ketika kita berdiri dalam bus yang sedang melaju kencang,
tiba-tiba bus direm, para penumpang akan terdorong ke depan.
3.
Demikian juga saat tiba-tiba bus dipercepat (di gas), para
penumpang terlempar ke belakang. Karena tubuh penumpang sedang mempertahankan
posisi diamnya.
4.
Ayunan bandul sederhana. Bandul jika tanpa gaya dari luar akan
tetap bergerak , dgn percepatan nol.
5.
Pada lift diam atau bergerak dengan kecepatan tetap, maka
percepatannya nol. Oleh karena itu, berlaku keseimbangan gaya (hukum I Newton).
6.
Saat kita salah memasang taplak padahal makanan sudah di taruh
di atasnya. Tenang, ketika kita tarik taplak tersebut lurus dan cepat, makanan
tidak akan bergeser.
7.
Benda diam yang ditaruh di meja tidak akan jatuh kecuali ada
gaya luar yang bekerja pada benda itu.
8.
Pemakaian roda gila pada mesin mobil.
9.
Bola Tolak peluru : akan diam jika tidak diberikan gaya dari
luar. Dalam tolak peluru, sifat kekekalan sebuah benda terdapat pada
peluru itu sendiri. Pada saat peluru dilempar, peluru akan terus bergerak secara
beraturan setelah itu akan jatuh dan berhenti, titik dimana peluru itu akan
berhenti, dan akan terus diam jika tidak digerakkan.
10.
Pada saat Dribbling : bola akan terus bergerak beraturan, dan
berhenti jika bola di pegang kedua tangan.
11.
Seseorang yang turun dari sebuah bis yang masih melaju akan
terjerembab mengikuti arah gerak bis.
12.
Kardus yang berada diatas mobil akan terlempar ketika mobil
tiba-tiba membelok.
B. APLIKASI HUKUM II NEWTON DALAM
KEHIDUPAN SEHARI-HARI:
1.
Benda yang melaju jika melakukan percepatan akan dirinya maka
gaya akan bertambah besar.
2.
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.
3.
Bus yang melaju dijalan raya akan mendapatkan percepatan
yang sebanding dengan gaya dan berbading terbalik dengan massa busl tersebut.
4.
Permainan Kelereng. Kelereng yang kecil saat dimainkan akan
lebih cepat menggelinding, sedangkan kelereng yang lebih besar relatif lebih
lama (percepatan berbanding terbalik dengan massanya).
5.
Menggeser barang pada bidang miring.
6.
Berat badan kita ( W= m g ).
7.
Saat melakukan lemparan tolak peluru : bola akan lebih jauh dan
cepat jika diberikan lemparan yang kuat begitu sebaliknya.
8.
Pada saat berlari : Menambah gaya kecepatan agar
menghasilkan percepatan yang maksimal. Semakin besar gaya yang
dikeluarkan oleh seorang atlit, maka akan semakin besar percepatannya.
9.
Mobil yang mogok akan lebih mudah didorong oleh dua orang,dibandingkan
diorong oleh satu orang.
10.
Jika terjadi tabrakan antara sebuah mobil dengan kereta api,
biasanya mobil akan terseret puluhan bahkan ratusan meter dari lokasi tabrakan
sebelum akhirnya berhenti. Terseretnya mobil menunjukkan terjadinya perubahan
kecepatan pada mobil, karena massa mobil jauh lebih kecil dari pada massa
kereta api, maka dengan gaya yang sama mobil medapan percepatan yang sangat
besar, sedangkan kereta api tidak mengalami percepatan.
- Pada saat shooting : cepat dan lambat pergerakan bola basket mempengaruhi jarak bola. Saat melakukan shooting, seorang atlet harus menentukan kekuatan gaya yang dibutuhkan untuk memasukkan sebuah bola ke dalam ring, tergantung jarak antara atlet dan ring.
C. APLIKASI HUKUM III NEWTON DALAM
KEHIDUPAN SEHARI-HARI:
1. Seseorang
memakai sepatu roda dan berdiri menghadap tembok. Jika orang tersebut mendorong
tembok (aksi), maka tembok
mendorongnya dengan arah gaya yang berlawanan(reaksi).
2. Ketika
menekan ujung meja dengan tangan, tangan kita mengerjakan gaya pada meja(aksi). Dan sebaliknya ujung
meja pun menekan tangan kita(reaksi).
3. Ketika
kaki pelari menolak papan start ke belakang(aksi), papan start mendorong pelari ke depan(reaksi) sehingga pelari
dapat melaju ke depan.
4. Ketika
seorang perenang menggunakan kaki dan tangannya untuk mendorong air ke belakang(aksi), air juga akan
mendorong kaki dan tangan perenang ke depan(reaksi).
5. Ketika
kita berjalan di atas tanah, telapak kaki kita mendorong tanah ke belakang.
Sebagai reaksi, tanah mendorong kaki kita ke depan sehingga kita dapat
berjalan.
6. Ketika
kita menembak, senapan mendorong peluru ke depan(aksi). Sebagai reaksi, peluru pun mendorong senapan
ke belakang.
7. Ketika
mendayung perahu, pada waktu mengayunkan dayung, pendayung mendorong air ke
belakang(aksi). Sebagai reaksi, air
memberi gaya pada dayung ke depan, sehingga perahu bergerak ke depan.
8. Ketika
seseorang membenturkan kepalanya ke tiang(aksi), dia akan merasa sakit karena tiang memberikan
gaya pada dia(reaksi).
9. Ketika
orang menendang bola, kaki memberikan gaya ke bola(aksi).Reaksi : bola memberikan gaya ke kaki.
10. Ketika
peluncuran roket, roket mendorong asap ke belakang(aksi). Reaksi : asap mendorong roket ke atas.
11. Ketika
mobil berjalan, ban mobil berputar ke belakang(aksi). Reaksi : mobil bergerak
ke depan.
12. Ketika
Anda duduk di kursi Anda, tubuh Anda memberikan gaya ke bawah pada kursi dan
kursi mengerahkan gaya ke atas pada tubuh Anda.
13. Seekor
ikan menggunakan sirip untuk mendorong air ke belakang. Karena hasil dari
kekuatan interaksi timbal balik, air juga harus mendorong ikan ke depan,
mendorong ikan melalui air.
14. Seekor
burung terbang dengan menggunakan sayapnya. Sayap burung mendorong ke bawah
udara. Karena hasil dari kekuatan interaksi timbal balik, udara juga harus
mendorong ke atas burung. Aksi-reaksi pasangan kekuatan memungkinkan burung
untuk terbang.
15. Ketika
kita meniup balon sampai mengembang, dan kemudian
melepaskannya. Ketika mulut balon dilepaskan, balon mendorong udara
keluar. Pada saat yang sama, udara juga mendorong balon. Gaya dorong udara
menyebabkan balon terbang.
16. Ketika
melakukan percobaan dengan menaiki perahu dan melemparkan sesuatu, entah batu
atau benda lain ke luar dari perahu. Ini dilakukan ketika perahu sedang diam.
Maka perahu akan bergerak ke belakang jika anda melempar ke depan, dan
sebaliknya.
17. Ketika
ikan gurita bergerak ke depan dengan menyemprotkan air ke belakang (gaya aksi);
air yang disemprotkan tersebut mendorong ikan gurita ke depan (gaya reaksi),
sehingga ikan gurita bisa berenang bebas di dalam air laut.
18. Peristiwa
gaya magnet.
19. Adanya
gaya gravitasi.
20. Gaya
listrik.
21. Pantulan
bola basket saat dribbling : Saat bola didribbling, pasti memanfaatkan lantai
sebagai tempat untuk memantulkan bola tersebut ke atas.
22. Sebuah
lokomotif menarik gerbong, gaya diberikan lokomotif kepada gerbong.
D. CONTOH-CONTOH HUKUM NEWTON
Contoh Hukum I Newton adalah:
-meja yang diam selamanya akan diam (tidak bergerak) selama tidak ada gaya yang bekerja padanya,
-karung di atas mobil terlempar ke depan ketika mobilnya tiba-tiba berhenti karena tabrakan.
Contoh Hukum II Newton
-Jika ditarik dengan gaya yang sama mobil-mobilan yang massanya lebih besar (ada beban) percepatannya lebih kecil
-Mobil-mobilan yang sama (massa sama) jika ditarik dengan gaya yang lebih besar akan mengalami percepatan yang lebih besar pula
Contoh Hukum III Newton
-duduk di atas kursi berat badan tubuh mendorong kursi ke bawah sedangkan kursi menahan (mendorong) badan ke atas.
-Jika seseorang memakai sepatu roda dan mendorong dinding, maka dinding akan mendorong sebesar sama dengan gaya yang kamu keluarkan tetapi arahnya berlawanan, sehingga orang tersebut terdorong menjauhi dinding
Contoh Hukum I Newton adalah:
-meja yang diam selamanya akan diam (tidak bergerak) selama tidak ada gaya yang bekerja padanya,
-karung di atas mobil terlempar ke depan ketika mobilnya tiba-tiba berhenti karena tabrakan.
Contoh Hukum II Newton
-Jika ditarik dengan gaya yang sama mobil-mobilan yang massanya lebih besar (ada beban) percepatannya lebih kecil
-Mobil-mobilan yang sama (massa sama) jika ditarik dengan gaya yang lebih besar akan mengalami percepatan yang lebih besar pula
Contoh Hukum III Newton
-duduk di atas kursi berat badan tubuh mendorong kursi ke bawah sedangkan kursi menahan (mendorong) badan ke atas.
-Jika seseorang memakai sepatu roda dan mendorong dinding, maka dinding akan mendorong sebesar sama dengan gaya yang kamu keluarkan tetapi arahnya berlawanan, sehingga orang tersebut terdorong menjauhi dinding
Contoh Soal
Hukum newton gerak rotasi
1. Kotak lampu digantung pada
sebuah pohon dengan menggunakan tali, batang kayu dan engsel seperti terlihat
pada gambar berikut ini:
Jika :
AC = 4 m
BC = 1 m
Massa batang AC = 50 kg
Massa kotak lampu = 20 kg
Percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2
Tentukan besarnya tegangan tali yang menghubungkan batang kayu dengan pohon!
Penyelesaian
Penguraian gaya-gaya dengan mengabaikan gaya-gaya di titik A (karena akan dijadikan poros):
AC = 4 m
BC = 1 m
Massa batang AC = 50 kg
Massa kotak lampu = 20 kg
Percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2
Tentukan besarnya tegangan tali yang menghubungkan batang kayu dengan pohon!
Penyelesaian
Penguraian gaya-gaya dengan mengabaikan gaya-gaya di titik A (karena akan dijadikan poros):
2. Seorang
anak memanjat tali dan berhenti pada posisi seperti diperlihatkan gambar
berikut!
Tentukan
besar tegangan-tegangan tali yang menahan anak tersebut jika massa anak adalah
50 kg!
Penyelesaian
Penguraian gaya-gaya dari peristiwa di atas seperti berikut:
Penyelesaian
Penguraian gaya-gaya dari peristiwa di atas seperti berikut:
3. Seorang
anak bermassa 50 kg berdiri diatas tong 50 kg diatas sebuah papan kayu bermassa
200 kg yang bertumpu pada tonggak A dan C.
Jika
jarak anak dari titik A adalah 1 meter dan panjang papan kayu AC adalah 4 m,
tentukan :
a) Gaya yang dialami tonggak A
b) Gaya yang dialami tonggak C
a) Gaya yang dialami tonggak A
b) Gaya yang dialami tonggak C
Penyelesaian
Berikut ilustrasi gambar penguraian
gaya-gaya dari soal di atas :
4. Seorang anak bermassa 100 kg
berada diatas jembatan papan kayu bermassa 100 kg yang diletakkan di atas dua
tonggak A dan C tanpa dipaku. Sebuah tong berisi air bermassa total 50 kg
diletakkan di titik B.
Jika jarak AB = 2 m, BC = 3 m dan AD = 8
m, berapa jarak terjauh anak dapat melangkah dari titik C agar papan kayu tidak
terbalik?
5. Tiga buah beban m1,
m2 dan m3 digantungkan dengan tali melalui dua
katrol tetap yang licin (lihat gambar).
Bila
sistem dalam keadaan seimbang dan m2 = 500 gram tentukan:
a) massa m1
b) massa m3
Penyelesaian
a) massa m1
b) massa m3
Penyelesaian
Sebuah mobil mempunyai massa 3.000 kg. Dari keadaan diam mulai bergerak setelah 12 sekon kecepatan mobil mencapai 6 m/s. Hitunglah gaya yang bekerja pada mobil !
Penyelesaian:
Diketahui : m = 3 000 kg
vo = 0 m/s
vt = 6 m/s
t = 12 s
Ditanyakan : F = …… ?
Jawab : Mencari percepatan (a)
∆v
a = ---------
Δt
(6 – 0) m/s
a = ---------------
(12 – 0) s
a = 0,5 m/s2
Mencari gaya (F)
F = m . a
F = 3 000 kg . 0,5 m/s2
F = 1 500 N
Jadi gaya yang bekerja pada mobil adalah 1 500 N
Sebuah bola bilyard diletakkan pada permukaan yang licin sekali (anggap gesekannya tidak ada). Dua gaya bekerja pada bola ini seperti pada Gb. Hitung percepatan tersebut jika massanya, 0,5 kg.
Penyelesaian:
Kita urai gaya-gaya yang bekerja padaarah sumbu x dan y seperti pada Gb. Kemudian baru kita hitung komponen dari percepatan yang disebabkan oleh gaya-gaya ini.
Diketahui :
F1 = 10 N
F2 = 20 N
θ1 = 370
θ2 = 1430
Ditanya : a?
Jawab :
F1X = F1 cos 01
= 10 cos 37°
= 8 N
F1y = Fl sin 01
= 10 sin 37°
= 6 N
F2X = F2 cos 02
= 20 cos 143°
= -16 N
F2y = F2
sin 02
= 20 sin 143°
=12 N
= 20 sin 143°
=12 N
FX = F1X
+ F2X
= 8 – 16
= -8 N
= 8 – 16
= -8 N
FY = F1Y
+ F2y
= 6 + 12
= 18 N
= 6 + 12
= 18 N
aX = mFX
= 5.08−
= - 16 m/s2
= 5.08−
= - 16 m/s2
aY = mFY
= 5.018
= 36 m/s2
= 5.018
= 36 m/s2
a =
22YXaa+
= 2236)16(+−
= 39,4 m.s-2
= 2236)16(+−
= 39,4 m.s-2
Sebuah
mobil bermassa 10 000 kg, bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Mobil direm dan
berhenti setelah menempuh jarak 200 m. Berapakah gaya pengeremannya?
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 10 000 kg
v0 = 0 m/s
v = 20 m/s
Δx = 200 m
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 10 000 kg
v0 = 0 m/s
v = 20 m/s
Δx = 200 m
Ditanya :
F?
Jawab :
F = m.a
v2 = v02 + 2.a.Δx
F = m.a
v2 = v02 + 2.a.Δx
a =
tvvΔ−.2202
= )200.(220022−
= - 1 m/s2 (diperlambat)
= )200.(220022−
= - 1 m/s2 (diperlambat)
F = m.a
= 10 000 (-1)
= - 10 000 N (berlawanan arah kecepatan mobil)
= 10 000 (-1)
= - 10 000 N (berlawanan arah kecepatan mobil)
Suatu benda dijatuhkan dari atas bidang miring
yang licin dan sudut kemiringan 300. Tentukanlah percepatan benda tersebut jika
g = 10 m/s2 dan massa benda 4 kg
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 4 kg
g = 10 m/s2
θ = 300
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 4 kg
g = 10 m/s2
θ = 300
Ditanya :
a ?
Jawab :
F = mg sin θ
θ mg mg cos θ
F = - mg sin θ = ma
a = - g sin θ
= - 10 sin 300
= - 10 . (0,5)
= 5 m/s2
Massa benda satu dan dua masing-masing 6 kg dan 2 kg. Hitung percepatan dan tegangan tali jika g = 10 m/s2
Penyelesaian :
Untuk penyelesaian soal diatas, sitem kita tinjau untuk masing-masing benda
Diket :
m1 = 6 kg
m2 = 2 kg
g = 10 m/s2
Ditanya : T?, a?
Jawab :
Karena benda benda satu lebih berat dari benda dua maka benda bergerak kebawah
Untuk benda satu :
T – W1 = m1a1
T – 60 = -6a (1)
Untuk benda dua :
T – W2 sin 300 = m2a2
T – 20 (0,5) = 2 a2
T – 10 = 2 a (2)
Dari persamaan (1) dan (2)
T – 60 = - 6 a
T – 10 = 2 a -
50 = 8a
a = 6,25 m/s2
T – 10 = 2 a
T = 2(6,25) + 10
= 22,5N
Percepatan benda : 6,25 m/s2 dan gaya tegangan tali : 22,5 N
F = mg sin θ
θ mg mg cos θ
F = - mg sin θ = ma
a = - g sin θ
= - 10 sin 300
= - 10 . (0,5)
= 5 m/s2
Massa benda satu dan dua masing-masing 6 kg dan 2 kg. Hitung percepatan dan tegangan tali jika g = 10 m/s2
Penyelesaian :
Untuk penyelesaian soal diatas, sitem kita tinjau untuk masing-masing benda
Diket :
m1 = 6 kg
m2 = 2 kg
g = 10 m/s2
Ditanya : T?, a?
Jawab :
Karena benda benda satu lebih berat dari benda dua maka benda bergerak kebawah
Untuk benda satu :
T – W1 = m1a1
T – 60 = -6a (1)
Untuk benda dua :
T – W2 sin 300 = m2a2
T – 20 (0,5) = 2 a2
T – 10 = 2 a (2)
Dari persamaan (1) dan (2)
T – 60 = - 6 a
T – 10 = 2 a -
50 = 8a
a = 6,25 m/s2
T – 10 = 2 a
T = 2(6,25) + 10
= 22,5N
Percepatan benda : 6,25 m/s2 dan gaya tegangan tali : 22,5 N
Benda bermassa m = 10 kg berada di atas
lantai kasar ditarik oleh gaya F = 12 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan
statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1
tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda
Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan
gambar berikut:
a) Gaya normal
Σ Fy = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis
maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
fsmaks = μs N
fsmaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya gesek statis maksimum
masih lebih besar dari gaya yang menarik benda (F) sehingga benda masih berada
dalam keadaan diam. Sesuai dengan hukum Newton untuk benda diam :
Σ Fx = 0
F − fges = 0
12 − fges = 0
fges = 12 N
c) Percepatan gerak benda
Benda dalam keadaan diam, percepatan
benda NOL
Soal No. 2
Perhatikan gambar berikut, benda
mula-mula dalam kondisi rehat!
Benda bermassa m = 10 kg berada di atas
lantai kasar ditarik oleh gaya F = 25 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan
statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1
tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda
d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2
sekon
Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan
gambar berikut:
a) Gaya normal
Σ Fy = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis
maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
fsmaks = μs N
fsmaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya yang gesek statis maksimum
(20 N) lebih kecil dari gaya yang menarik benda (25 N), Sehingga benda
bergerak. Untuk benda yang bergerak gaya geseknya adalah gaya gesek dengan
koefisien gesek kinetis :
fges = fk = μk N
fges = (0,1)(100) = 10 N
c) Percepatan gerak benda
Hukum Newton II :
Σ Fx = ma
F − fges = ma
25 − 10 = 10a
a = 15/10 = 1,5 m/s2
d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2
sekon
S = Vo t + 1/2 at2
S = 0 + 1/2(1,5)(22)
S = 3 meter
Soal No. 3
Perhatikan gambar berikut, benda 5 kg
mula-mula dalam kondisi tidak bergerak!
Jika sudut yang terbentuk antara gaya F
= 25 N dengan garis mendatar adalah 37o, koefisien gesek kinetis permukaan
lantai adalah 0,1 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 tentukan nilai:
a) Gaya normal
b) Gaya gesek
c) Percepatan gerak benda
(sin 37o = 0,6 dan cos 37o = 0,8)
Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan
gambar berikut:
a) Gaya normal
Σ Fy = 0
N + F sin θ − W = 0
N = W − F sin θ = (5)(10) − (25)(0,6) =
35 N
b) Gaya gesek
Jika dalam soal hanya diketahui
koefisien gesek kinetis, maka dipastikan benda bisa bergerak, sehingga fges= fk
:
fges = μk N
fges = (0,1)(35) = 3,5 N
c) Percepatan gerak benda
Σ Fx = ma
F cos θ − fges = ma
(25)(0,8) − 3,5 = 5a
5a = 16,5
a = 3,3 m/s2
Soal No. 4
Perhatikan gambar berikut, balok 100 kg
diluncurkan dari sebuah bukit!
Anggap lereng bukit rata dan memiliki
koefisien gesek 0,125. Percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan sin 53o = 0,8, cos
53o = 0,6. Tentukan nilai dari :
a) Gaya normal pada balok
b) Gaya gesek antara lereng dan balok
c) Percepatan gerak balok
Pembahasan
Gaya-gaya pada balok diperlihatkan
gambar berikut:
a) Gaya normal pada balok
Σ Fy = 0
N − W cos θ = 0
N − mg cos 53o = 0
N − (100)(10)(0,6) = 0
N = 600 Newton
b) Gaya gesek antara lereng dan balok
fges = μk N
fges = (0,125)(600) = 75 newton
c) Percepatan gerak balok
Σ Fx = ma
W sin θ − fges = ma
mg sin 53o − fges = ma
(100)(10)(0,8) − 75 = 100a
a = 725/100 = 7,25 m/s2
Soal No. 5
Balok A massa 40 kg dan balok B massa 20
kg berada di atas permukaan licin didorong oleh gaya F sebesar 120 N seperti
diperlihatkan gambar berikut!
Tentukan :
a) Percepatan gerak kedua balok
b) Gaya kontak yang terjadi antara balok
A dan B
Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok
Tinjau sistem :
Σ F = ma
120 = (40 + 20) a
a = 120/60 m/s2
b) Gaya kontak yang terjadi antara balok
A dan B
Cara pertama, Tinjau benda A :
Σ F = ma
F − Fkontak = mA a
120 − Fkontak = 40(2)
Fkontak = 120 − 80 = 40 Newton
Cara kedua, Tinjau benda B :
Σ F = ma
Fkontak = mB a
Fkontak = 20(2) = 40 Newton
Soal No. 6
Balok A dan B terletak pada permukaan
bidang miring licin didorong oleh gaya F sebesar 480 N seperti terlihat pada
gambar berikut!
Tentukan :
a) Percepatan gerak kedua balok
b) Gaya kontak antara balok A dan B
Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok
Tinjau Sistem :
Gaya-gaya pada kedua benda (disatukan A
dan B) terlihat pada gambar berikut:
Σ F = ma
F − W sin 37o = ma
480 − (40 + 20)(10)(0,6) = (40 + 20) a
a = 120/60 = 2 m/s2
b) Gaya kontak antara balok A dan B
Cara pertama, tinjau balok A
Gaya-gaya pada balok A terlihat pada
gambar berikut :
Σ F = ma
F − WA sin 37o − Fkontak = mA a
480 − (40)(10) (0,6) − Fkontak = (40)(2)
480 − 240 − 80 = Fkontak
Fkontak = 160 Newton
Cara kedua, tinjau benda B
Σ F = ma
Fkontak − WB sin 37o = mB a
Fkontak − (20)(10)(0,6) =(20)(2)
Fkontak = 40 + 120 = 160 Newton
Soal No. 7
Balok A beratnya 100 N diikat dengan
tali mendatar di C (lihat gambar). Balok B beratnya 500 N. Koefisien gesekan
antara A dan B = 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai = 0,5. Besarnya
gaya F minimal untuk menggeser balok B adalah....newton
A. 950
B. 750
C. 600
D. 320
E. 100
(Sumber Soal : UMPTN 1993)
Pembahasan
fAB → gaya gesek antara balok A dan B
fBL → gaya gesek antara balok B dan
lantai
fAB = μAB N
fAB = (0,2)(100) = 20 N
fBL = μBL N
fBL = (0,5)(100 + 500) = 300 N
Tinjau benda B
Σ
Fx = 0
F − fAB − fBL = 0
F − 20 − 300 = 0
F = 320 Newton
Soal No. 8
Benda pertama dengan massa m1 = 6 kg dan
benda kedua dengan massa m2 = 4 kg dihubungkan dengan katrol licin terlihat
pada gambar berikut !
Jika lantai licin dan m2 ditarik gaya ke
kanan F = 42 Newton, tentukan :
a) Percepatan benda pertama
b) Percepatan benda kedua
c) Tegangan tali T
Pembahasan
a) Percepatan benda pertama
Hubungan antara percepatan benda pertama
(a1) dan percepatan benda kedua (a2) adalah:
a1 = 2a2
atau
a2 = 1/2a1
Tinjau m2
F − 2T = m2a2
42 − 2T = 4a2
42 − 2T = 4(1/2)a1
42 − 2T = 2a1 (Pers. 1)
Tinjau m1
T = m1a1
T = 6 a1 (Pers. 2)
Gabung Pers. 1 dan Pers. 2
42 − 2T = 2a1
42 − 2(6a1) = 2a1
42 = 14 a1
a1 = 42/14 = 3 m/s2
b) Percepatan benda kedua
a2 = 1/2a1
a2 = 1/2(3) = 1,5 m/s2
c) Tegangan tali T
T = 6a1 = 6(3) = 18 Newton
Soal No. 9
Massa A = 4 kg, massa B = 6 kg
dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F = 40 N ke kanan dengan sudut 37o
terhadap arah horizontal!
Jika koefisien gesekan kinetis kedua
massa dengan lantai adalah 0,1 tentukan:
a) Percepatan gerak kedua massa
b) Tegangan tali penghubung antara kedua
massa
Pembahasan
Tinjauan massa B :
Nilai gaya normal N :
Σ Fy = 0
N + F sin 37o = W
N + (40)(0,6) = (6)(10)
N = 60 − 24 = 36 N
Besar gaya gesek :
fgesB = μk N
fgesB = (0,1)(36) = 3,6 N
Hukum Newton II:
Σ Fx = ma
F cos 37o − fgesB − T = ma
(40)(0,8) − 3,6 − T = 6 a
28,4 − T = 6 a → (persamaan 1)
Tinjauan gaya-gaya pada massa A
Σ Fx = ma
T − fgesA = ma
T − μk N = ma
T − μk mg = ma
T − (0,1)(4)(10) = 4 a
T = 4a + 4 → Persamaan 2
Gabung 1 dan 2
28,4 − T = 6 a
28,4 − ( 4a + 4) = 6 a
24,4 = 10a
a = 2,44 m/s2
b) Tegangan tali penghubung antara kedua
massa
T = 4a + 4
T = 4(2,44) + 4
T = 13,76 Newton
Soal No. 10
Diberikan gambar sebagai berikut!
Jika massa katrol diabaikan, tentukan:
a) Percepatan gerak kedua benda
b) Tegangan tali penghubung kedua benda
Pembahasan
Tinjau A
Σ Fx = ma
T − WA sin 37o = mA a
T − (5)(10)(0,6) = 5 a
T − 30 = 5a → (Persamaan 1)
Tinjau B
Σ Fx = ma
WB sin 53o − T = mB a
(10)(0,8) − T = 10 a
T = 80 − 10 a → (Persamaan 2)
Gabung 1 dan 2
T − 30 = 5a
(80 − 10 a) − 30 = 5 a
15 a = 50
a = 50/15 = 10/3 m/s2
b) Tegangan tali penghubung kedua benda
T − 30 = 5a
T − 30 = 5( 10/3)
T = 46,67 Newton
Hukum ketiga menyatakan bahwa tidak ada gaya timbul di alam semesta ini,
tanpa keberadaan gaya lain yang sama dan berlawanan dengan gaya itu. Jika
sebuah gaya bekerja pada sebuah benda ( aksi ) maka benda itu akan mengerjakan
gaya yang sama besar namun berlawanan arah ( reaksi ). Dengan kata lain gaya
selalu muncul berpasangan. Tidak pernah ada gaya yang muncul sendirian.
Sebagai Contoh, ketika kita berjalan, telapak kaki kita mendorong tanah
kebelakang (aksi). Sebagai reaksi, tanah mendorong telapak kaki kita ke depan,
sehingga kita berjalan
kedepan.
Contoh lain, Ketika seseorang mendayung perahu, pada waktu mengayunkan dayung,
pendayung mendorong air ke belakang ( aksi ). Sebagai reaksi, air memberi gaya
pada dayung kedepan sehingga perahu bergerak kedepan.
BAB
III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Hukum-hukum
Newton adalah hukum yang mengatur tentang gerak.
Hukum I Newton berbunyi “ Jika resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol maka benda diam akan tetap diam dan benda bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan”. Dimana Hukum II Newton berbunyi “ Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan besar gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa benda itu “. Dimana Hukum III Newton berbunyi “ bila suatu benda melakukan gaya pada benda lainnya, maka akan menimbulkan gaya yang besarnya sama dengan arah yang berlawanan”.
Hukum I Newton berbunyi “ Jika resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol maka benda diam akan tetap diam dan benda bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan”. Dimana Hukum II Newton berbunyi “ Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan besar gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa benda itu “. Dimana Hukum III Newton berbunyi “ bila suatu benda melakukan gaya pada benda lainnya, maka akan menimbulkan gaya yang besarnya sama dengan arah yang berlawanan”.
Massa
berbeda dengan berat. Massa adalah sifat intristik dari sebuah benda yang
menyatakan resistensinya terhadap percepatan, sedangkan berat bergantung pada
hakikat dan jarak benda-benda lain yang mengerjakan gaya-gaya gravitasional
pada benda itu.
B. Saran
Penulis
menyarankan agar penimbangan berat badan sebaiknya dilakukan pada lantai,
karena berat yang terbaca adalah berat yang sesungguhnya.
DAFTAR
PUSTAKA
http://thamaro.blogspot.com/2012/12/makalah-hukum-newton.html
Ruwanto, Bambang. 2009. Asas-asas Fisika 2A. Yogyakarta:Yudhistira
Sugijono, dkk. 1996. Konsep-konsep Fisika. Klaten: PT Intan Pariwara
http://id.wikibooks.org/wiki/Rumus-Rumus_Fisika_Lengkap/Gaya_dan_tekanan
Saran saya, desain blog anda jangan terlalu gelap seperti ini. Tlong diberi animasi, musik, atau background ny jangan brwarna hitam agar org yg berkunjung di blog anda tidak jenuh. Terima kasih :)
BalasHapusUtk postingannya, makasih ya sangat bermanfaat buat saya dan yg lainnya :)
wah komentarny sangat-sangat membangun... terimakasih y sudah mengingatkan... dan terimakasih juga telah berkunjung... semoga bermanfaat...
BalasHapusIy, ini sdh lebih baik dr sebelumnya. Saya tunggu postingan selanjutnya :)
BalasHapusmbak aku komentar soal yg ini
BalasHapus4. Seorang anak bermassa 100 kg berada diatas jembatan papan kayu bermassa 100 kg yang diletakkan di atas dua tonggak A dan C tanpa dipaku. Sebuah tong berisi air bermassa total 50 kg diletakkan di titik B
itu gambarnya yg terkahir tidak bisa di buka mbak soalnya saya mau belajar yg soal no.4 itu
sekian terima kasih
Huruf nya jadi ga jelas gara2 dikasih background rumus2 gitu
BalasHapusKalo bisa jgan pake backgraoun yg wrna nya hampir sama dengan hurufnya