Hukum Newton

Kompetensi dasar :

5.2 Menerapkan hukum Newton untuk menyelesaikan berbagai peristiwa dalam kehidupan sehari-hari.

Hukum-Hukum Newton Tentang Gerak

·         Hukum I Newton

Hukum I Newton 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.”

Setiap benda bersifat lembam, artinya benda cenderung mempertahankan kedudukanya, yaitu benda diam akan tetap diam dan benda bergerak cenderung tetap bergerak. Hukum I Newton juga menggambarkan sifat benda yang selalu mempertahankan keadaan diam atau keadaan bergeraknya yang dimanakan inersia atau kelembaman. Oleh karena itu, hukum I Newton disebut juga Hukum Kelembaman.

Secara sistematis hukum I Newton dirumuskan :

F= 0

Artinya, resultan gaya-gaya yang bekerja sama dengan nol. Jika resultan gaya sebuah benda sama dengan nol, berarti benda tersebut tidak memiliki percepatan atau percepatan sama dengan nol.

Contoh penerapan hukum I Newton

1.      Apabila kita sedang naik bus yang sedang berjalan, maka kita juga bergerak terhadap tanah, walaupun kita diam di dalam bus. Apabila kita turun dari bus yang masih dalam keadaan berjalan, agar kita tidak terjatuh, maka kita harus berlari mengikuti gerak bus tersebut.

2.      Apabila kita naik kendaraan yang sedang berjalan dan tia-tiba direm mendadak, kita terdorong kedepan. Tetapi jika kendaraan mua-mula diam kemudian bergerak maju, kita akan terdorong ke belakang.

3.      Kardus yang berada diatas mobil akan terlempar ketika mobil tiba-tiba membelok.

4.      Selembar kertas ang ditauh di bawah gelas berisi air ditarik dengan cepat, maka gelas tidak akan bergerak sedikitpun.

5.      Ketika di depan sepeda motor yang sedang melaju kencang melintas mobil, maka pengemudi motor akan terlempar kedepan saat motor direm secara mendadak.

·         Hukum II Newton

Bayangkan jika suatu lemari didorong oleh kamu dibandingkan dengan didorong dibantu oleh temanmu, maka lemari akan lebih sulit digeser. Dengan demikian, semakin besar gaya yang bekerja pada benda, benda akan bergerak semakin cepat. Sekarang bayangkan pula, 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. 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.

Bunyi hukum II Newton yaitu “ percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda”.

Secara matematis, hukum II Newton dapat dirumuskan sebagai berikut :

        Keterangan:

      a  : percepatan benda (m/s^2 )

            m : massa benda (kg)

Contoh penerapan hukum II Newton  

1.      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.

2.      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.

·         Hukum III Newton

Pernahkah kalian melihat seorang yang mendorong tembok? Apakah tembok itu bergeser? Tidak, karena tembok itu lebih kuat dari pada tangan kita, sebaliknya kita akan merasa terdorong ke belakang. Hal ini dikarenakan sebagai reaksi dari dorongan tanganmu tembok balik mengerjakan gaya ke tanganmu. Gaya pada tembok pada tanganmu inilah yang membuat kamu terdorong ke belakang.

Dari ilustrasi tersebut, Newton menyatakan bahwa gaya tunggal yang hanya melibatkan satu benda tak mungkin ada. Gaya hadir jika sedikitnya ada dua benda yang berinteraksi. Pada interaksi ini gaya-gaya selalu berpasangan. Jika A mengerjakan gaya pada B maka B akan mengerjakan gaya pada A. Gaya pertama dapat kamu sebut sebagai aksi dan gaya kedua sebagai reaksi. Ini tidak berarti bahwa aksi bekerja lebih dahulu baru timbul reaksi. Akan tetapi, kedua gaya ini terjadi bersamaan.

Bunyi Hukum III Newton yaitu, “ jika suatu benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua pun mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan”. Kedua gaya tersebut adalah gaya aksi-reaksi. Secara matematis hukum III Newton dirumuskan :

F1 = - F2

                             Dimana :                            F1 = gaya aksi

                                                     F2 = gaya reaksi

Tanda negatif menunjukkan kedua gaya berlawanan arah.

Contoh penerapan hukum III Newton

1.      Untuk dapat bergerak ke depan, gurita memancarkan air ke belakang. Gaya yang terpancar itu diimbangi oleh gaya yang mendorong guria ke depan yang disebut gaya aksi-reaksi.

2.      Mesin roket atau jet melakukan gaya aksi melalui gas buangan ke belakang. Sebagai reaksinya, gas buangan tersebut melakukan gaya yang sama besarnya pada roket atau jet ke depan. Karena massa gas buangan kecil, gaya tersebut terlontar ke belakang dengan kecepatan tinggi. Gaya reaksi gas buangan mampu menggerakkan roket atau jet ke depan.

3.      Saat senapan ditembakkan oleh pemburu maka peluru terlontar, ternyata senapan juga mengguncang bahu pemburu yang menyangga senapan tersebut.

4.      Roda kendaraan melakukan gaya ke belakang pada jalan. Akibatnya jalan juga melakukan gaya dorong sama besarnya ke depan sebagai reaksi.

5.      Pada seorang penyelam, kaki dan tangan penyelam mendorong air ke belakang (gaya aksi) sehingga badan penyelam terdorong ke depan sebagai gaya reaksi.

Gaya

BAB 5. GAYA, USAHA dan ENERGI

Standar Kompetensi :

5. Memahami peranan usaha, gaya dan energi dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar :

5.1 Mengidentifikasi jenis-jenis gaya, penjumlahan gaya dan pengaruhnya pada suatu benda yang dikenai gaya.

GAYA

A. Pengertian Gaya

ü  Gaya adalah suatu dorongan atau tarikan yang dapat mengakibatkan perubahan gerak benda atau bentuk benda.

ü  Berdasarkan sifatnya, gaya dibedakan menjadi dua yaitu :

1.    Gaya sentuh, adalah gaya yang disebabkan adanya sentuhan.

Contoh : gaya gesek, gaya otot, gaya mesin, gaya pegas.

2.    Gaya tak sentuh, adalah gaya yang terjadi tanpa adanya sentuhan dengan benda.

Contoh : gaya magnet, gaya listrik, dan gaya grafitasi.

ü  Macam-macam gaya berdasarkan penyebabnya yaitu :

1.    Gaya listrik, yaitu gaya yang timbul karena muatan listrik.

2.    Gaya pegas, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh pegas.

3.    Gaya mesin, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh mesin.

4.    Gaya magnet, yaitu gaya yang dirimbulkan oleh magnet.

5.    Gaya grafitasi, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh gaya tarik bumi.

6.    Gaya otot, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh otot.

7.    Gaya gesek, yaitu gaya yang timbul akibat dari gesekan antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan.

ü  Perubahan-perubahan yang terjadi karena pengaruh gaya, antara lain :

1.    Benda diam menjadi bergerak.

2.    Benda bergerak menjadi diam.

3.    Bentuk dan ukuran benda berubah.

4.    Arah gerak benda berubah.

5.    Kecepatan benda berubah.

B. Besaran dan Satuan Gaya

•      Gaya merupakan besaran vektor karena mempunyai arah dan nilai.
•    Gaya merupakan besaran turunan, karena satuan gaya diturunkan dari satuan besaran pokok, yaitu besaran pokok  panjang, massa dann waktu.
•      Satuan gaya dalam SI adalah Newton (N)
•     1Newton adalah gaya yang memberikan percepatan 1 m/s^2 kepada bendayang massanya 1 kg.
•      Satuan gaya dalam cgs adalah dyne (1 N = 10^5 dyne). 
•         Besar gaya diukur dengan neraca pegas atau dinamometer.

C. Melukis Gaya

ü  Gaya diberi simbol F dan digambarkan dalam bentuk anak panah dengan ketentuan arah panah menunjukkan arah gaya dan panjang anak panah menunjukkan besaran gaya, dan titik pangkalnya disebut dengan titik tangkap gaya.

ü  Contoh :

F = 50 N

Artinya, gaya F sebesar 50 N dengan arah ke kanan.

D. Perpaduan Gaya (Resultan Gaya)

Dua buah gaya atau lebih yang bekerja pada suatu benda dalam satu garis kerja dapat diganti dengan sebuah resultan gaya, diberi lambang R. Besar resultan gaya bergantung dari arah masing-masing gaya yang bekerja.

Perpaduan gaya ada 2, yaitu :

1.      Dua buah gaya segaris dan searah.

Dua buah gaya atau lebih yang segaris dan searah dapat diganti dengan sebuah gaya lain yang besarnya sama dengan jumlah gaya-gaya tersebut.

Contoh :

1. Dua buah gaya masing-masing F1 20 N dan F2 7,5 N bekerja pada suatu benda dengan arah ke kanan. Hitung resultan kedua benda tersebut dan tentukanlah pula arahnya!

Penyelesaian

Diketahui    : F1 = 20 N ke kanan

             F2 = 7,5 N ke kanan

Dit              : R.......................?

Jawab         :

R = F1 + F2

   = 20 N + 7,5 N   = 27,5 N ke kanan

2.      Dua buah gaya yang segaris dan berlawanan arah.

Dua buah gaya segaris dan berlawanan arah sama dengan selisih gaya-gaya tersebut dan arahnya sama dengan arah gaya ya g lebih besar.

Contoh :

Dua buah gaya masing-masing F1 = 50 N ke kiri dan F2 = 30 N ke kanan. Hitung resultan gaya kedua buah bena tersebut dan tentukan pula arahnya!

Penyelesaian :

Diketahui    :  F1 = 50 N ke kiri

             F2 = 30 N ke kanan

Dit              : R.......................?

Jawab         :

R = F1 + F2

    =  - 50 N + 30 N                                     (tanda – menunjukkan arah yang berlawanan)

    = - 20 N

Karena R = -20 N, maka arah gaya tersebut ke kiri.

3.      Jika dua buah gaya yang bekerja pada suatu titik saling tegak lurus, maka resutannya dirumuskan sebagai berikut :

4.      Jika dua buah gaya segaris yang sama besarnya tetapi berlawanan arah, resultanya sama dengan nol, maka benda tidak mengalami perubahan gerak dan dikatakan dalam keadaan seimbang.

R = 0

 

E. Gaya Gesekan

Pernahkah kamu mengamati permukaan ban mobil ? Mobil memiliki permukaan yang kasar dan beralur. Jika mobil dipakai terus menerus, lama kelamaan ban mobil akan menjadi aus / licin. Mengapa bisa terjadi hal demikian?

Jadi, ban mobilselalu berhadapan dengan permukaan jalan yang kasar. Permukaan jalan kasar inilah yang terus menerus mengikis ban mobil hingga akhirnya aus atau licin. Gesekan antara permukaan jalan dengan ban mobil dinamakan gaya gesek. Gaya gesek mempunyai arah yang berlawanan dengan arah gerak benda. Sehingga dapat disimpulkan bahwa gaya gesek adalah gaya yang ditimbulkan oleh dua buah benda yang bergesekan dan arahnya belawanan dengan arah gerak benda.

-          Ciri – ciri gaya gesek :

1.      Antara dua buah benda yang bersentuhan terjadi gaya gesek.

2.      Sebuah benda akan bergerak jika gaya yang bekerja pada benda lebih besar dari gaya geseknya.

3.      Gaya gesek selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda.

4.      Besarnya gaya gesek antara dua buah benda ditentukan oleh kekasaran permukaan-permukaan benda yang bersentuhan.

-          Gaya gesekan dibedakan menjadi dua, yaitu :

1.      Gaya gesekan statis, yaitu gaya gesekan yang terjadi pada dua buah benda dalam keadaan diam atau tidak bergerak.

2.      Gaya gesekan kinetis, yaitu gaya gesekan yang terjadi padabenda yang bergerak.

-          Besarya gaya gesekan dipengaruhi oleh :

1.      Kekasaran permukaan benda.

2.      Luas permukaan bidang.

3.      Gaya tekan pada bidang.

-          Gaya gesek ada yang menguntungkan dan ada yang merugikan, seperti berikut :

1.      Gaya gesek yang menguntungkan, antara lain :

a.       Gaya gesekan antara ban mobil dengan aspal jalan sehingga mobil dapat berjalan.

b.      Gesekan pada rem untuk memperlambat jalanya kendaraan.

c.       Gesekan antara telapak kaki dengan permukaan lantai, sehingga kita dapat berjalan.

d.      Gaya gesek antara amplas dengan kayu sehingga permukaan kayu menjadi halus, dan masih banyak yang lain.

2.      Gaya gesek yang merugikan, antara lain :

a.       Gesekan antara komponen-komponen mesin sehingga komponen mesin cepat aus.

b.      Gesekan antara ban dengan aspal sehingga ban menjadi aus.

c.       Gesekan pada rem sehingga jalannya kendaraan terhambat.

d.      Gesekan mobil dengan udara sehingga mobil berjalan lambat, dan lain-lain.

-          Untuk mengurangi gaya gesek dilakukan dengan cara :

a.       Menaruh benda di atas roda

b.      Memisahkan dua permukaan dengan udara

c.       Memperlicin permukaan benda dengan pelumas.

F. Berat dan Massa

Didalam kehidupan sehari-hari, kadang istilah berat disalah artikan sebagai massa, misalnya seorang anak mempunyai berat 25 Kg. Penggunaan kata berat di situ tidak tepat, karena yang dimaksud adalah massa benda (badan). Untuk mengetahui lebih lanjut, kama berikut inilah perbedaan massa dengan berat :

No.	Berat	Massa
1 2 3 4	Besarnya tergantung tempatnya Alat ukurnya neraca pegas Satuannya newton Besaran vektor dan besaran turunan	Dimana-mana selalu tetap Alat ukurnya neraca ohaus (timbangan) Satuanya Kg Besaran skalar dan besaran pokok

-          Massa adalah ukuran banyaknya materi yang terkandung dalam suatu benda. Diukur dengan neraca dan satuan dalam SI adalah Kg, massa tidak memiliki arah, oleh karena itu termasuk besaran skalar.

-          Berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Berat merupakan besaran vektor karena memiliki nilai dan arah. Arah berat selalu tegak lurus terhadap permukaan bumi, berat diukur dengan menggunakan dinamometer dan mempunyai satuan dalam SI Newton (N).
      Perbandingan antara berat dan massa benda disebut dengan percepatan grafitasi, yang dirumuskan : 

-         

W = m . g

                                dimana : W = berat benda (N)

                                               m = massa benda (Kg)                                                                                                                               g  = percepatan grafitasi (m/s^2)

-          Besarnya percepatan grafitasi dipermukan bumi tidak tepat sama. Misalnya percepatan grafitasi di daerah kutub dengan daerah khatulistiwa itu berbeda. Hal ini dikarenakan jari-jari bumi di daerah khatulistiw. Percepatan grafitasi bumi di daerah kutub lebih besar dari pada percepatan bumi di daerah khatulistiwa.

G. Berat Jenis

ρ = m/v

Massa jenis adalah massa benda tiap satuan volume, dapat dirumuskan :

Berat jenis suatu benda adalah berat benda setiap satuan volume. Masing-masing jenis benda walaupun volumenya sama tetapi beratnya bisa berbeda-beda. Berat benda tiap satuan volume disebut berat jenis. Secara matematis berat jenis dapat dirumuskan :