Makalah Fisika dasara "Hukum Newton"

 

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 “

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”.

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.

11.        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 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):

 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: 

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

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?

Titik C jadikan poros, saat papan tepat akan terbalik N_A = 0

 

 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

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 

FX = F1X + F2X 
= 8 – 16 
= -8 N 

FY = F1Y + F2y 
= 6 + 12 
= 18 N 

aX = mFX 
= 5.08− 
= - 16 m/s2 

aY = mFY 
= 5.018 
= 36 m/s2 

a = 22YXaa+ 
= 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 

Ditanya : F? 

Jawab : 
F = m.a 
v2 = v02 + 2.a.Δx 

a = tvvΔ−.2202 
= )200.(220022− 
= - 1 m/s2 (diperlambat) 

F = m.a 
= 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 

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

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”.

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