Jaka_Dwira0198

mungkin teman-teman hanya mengethaui bermacam-macam gerak dalam dua dimensi. Namun, ada yang kurang dalam pembahasan-pembahasan tersebut, yaitu kita mempelajari gerak tanpa peduli dengan apa yang menyebabkan gerak itu terjadi. Kita mempelajari benda memiliki percepatan, tetapi kita tidak pernah bertanya mengapa percepatan itu muncul. Bidang fisika yang hanya mempelajari gerak tanpa mengindahkan penyebab munculnya gerak tersebut dinamakan kinematika. Dalam kinematika kita membahas benda yang tiba-tiba bergerak, tiba-tiba berhenti, tiba-tiba berubah kecepatan, tanpa mencari tahu mengapa hal tersebut terjadi. Pada bab ini dan beberapa bab berikutnya kita akan mempelajari gerak beserta penyebab munculnya gerak tersebut.

Konsep Gaya
sebelum mempelajari hukum newton sebaiknya kita memahami gaya terlebih dahlu. Gaya dapat dipahami dengan mudah dari pengalaman sehari-hari, misalnya ketika anda menarik buku dari sebuah tumpukan, buku tersebut akan keluar dari tumpukan dan terlepas. Dalam hal ini ada gaya yang menyebabkan buku dapat keluar. Contoh lain adalah ketika anda mendorong sebuah benda pada lantai yang licin, benda tersebut akan bergerak dengan kecepatan tertentu. Dalam hal ini ada gaya yang menyebabkan benda bergerak. Namun tidak selalu ketika ada gaya yang diberikan terhadap suatu benda atau gaya yang bekerjapada satu benda akan selalu ada perpindahan, atau perubahan kecepatan. Ketika anda sedang duduk santai di atas kursi, sebenarnya kursi mengalami gaya berat dari tubuh anda karena adanya gravitasi bumi. Tetapi kursi tersebut tetap diam, dan anda juga tetap pada posisi ketinggian tertentu.

Gaya merupakan besaran vektor, sehingga jika sejumlah gaya bekerja pada sebuah benda,kita harus memperhatikan arahnya, dan penjumlahannya juga harus dilakukan secara vektor. Berikutnya kita mungkin menemukan istilah resultan gaya, yang merupakan hasi lpenjulahan vektoris, keseimbangan gaya, dan juga gaya bersih. Gaya dapat berlangsung pada sebuah benda secara langsung,disebut contact force dan juga gaya yang dialami benda secara tidak langsung yang disebut field force. Contoh dari field force adalah gaya yang mengakibatkan bulan berputar mengelilingi bumi, dan bumi berputar mengelilingimatahari. Contoh lain adalah magnet yang dapat mengakibatkan besi tertarik kepadanya.

gambar diatas merupakan foto Isaac Newton. isaac newton merupakan seorang fisikawan yang lahir pada tahun 1642. dia merupakan ilmuwan yang berpengaruh besar karena telah merumuskan hukum-hukum gerak yang sangat luar biasa. Newton menemukan bahwa semua persoalan gerak di alam semesta dapat diterangkan dengan hanya tiga hukum yang sederhana.

Hukum Newton I

Bunyi: “Jika resultan gaya yang bekerja pada benda yang sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam. Benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap lurus beraturan dengan kecepatan tetap”.

Jika resultan gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan 0, maka suatu benda yang diam akan tetap diam atau benda yang bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan atau secara matematis dapat ditulis:

Artinya benda akan bergerak dengan suatu percepatan jika jumlah gaya – gaya yang bekerja pada benda tersebut tidak sama dengan nol. Bila suatu benda sedang bergerak dengan suatu kecepatan konstan, maka benda tersebut akan tetap bergerak walaupun tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut, namun jika pada suatu benda yang bergerak dengan kecepatan konstan diberikan suatu gaya sehingga resulta gaya-gaya yang bekerja tidak sama dengan nol, maka benda tersebut akan mengalami percepatan atau perlambatan. Kondisi ini sulit diwujudkan pada kondisi normal di ruang terbuka, karena udara dan media luncur akan selalu memberikan gesekan (gaya) yang menyebabkan suatu benda akan berhenti bergerak (mengalami perlambatan) namun pada kondisi ruang hampa dan bebas gravitasi seperti di angkasa luar, kondisi ini sangat mudah terwujud.contohnya seperti pergerakan bumi mengitari matahari sesuai dengan orbitnya

Hal ini tidak berlaku untuk semua hal. Misalkan ketika anda berada di dalam sebuah bus, lalu tiba-tiba bus direm, maka benda-benda yang diletakkan di lantai bus ataupun di dalam bus akan bergerak ke arah depan. Padahal tidak ada seorang pun yang menarik atau mendorong benda tersebut. Dalam kasus seperti ini hukum newton pertama menjadi tidak berlaku, sebenarnya tidak ada gaya yang bekerja pada benda-benda tersebut. Yang terjadi adalah, benda-benda tersebut akan mempertahankan kecepatanya semula. Inilah yang disebut dengan inersia. Supaya Hukum Newton ini dapat berlaku, maka diberikan referensi inersia yaitu bumi, atau benda yang bergerak dengan kecepatan yang konstan.

Hukum Newton II

Bunyi: “Percepatan dari suatu benda akan sebanding dengan jumlah gaya (resultan gaya) yang bekerja pada benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massanya”.

Image result for laws newton second gif

apa yang terjadi jika sebuah gaya total diberikan pada benda ?

Newton berpendapat bahwa kecepatan akan berubah. Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkin menyebabkan lajunya bertambah. Akan tetapi, jika gaya total itu mempunyai arah yang berlawanan dengan gerak benda, gaya tersebut akan memperkecil laju benda. Jika arah gaya total yang bekerja berbeda arah dengan arah gerak benda, maka arah kecepatannya akan berubah (dan mungkin besarnya juga). Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, berarti dapat dikatakan bahwa gaya total dapat menyebabkan percepatan.

Bagaimana hubungan antara percepatan dan gaya? Pengalaman sehari-hari dapat menjawab pertanyaan ini. Ketika kita mendorong kereta belanja, maka gaya total yang terjadi merupakan gaya yang kita berikan dikurangi gaya gesek antara kereta tersebut dengan lantai. Jika kita mendorong dengan gaya konstan selama selang waktu tertentu, kereta belanja mengalami percepatan dari keadaan diam sampai laju tertentu, misalnya 4 km/jam.

Jika kita mendorong dengan gaya dua kali lipat semula, maka kereta belanja mencapai 4 km/jam dalam waktu setengah kali sebelumnya. Ini menunjukkan percepatan kereta belanja dua kali lebih besar. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang diberikan. Selain bergantung pada gaya, percepatan benda juga bergantung pada massa.

Jika kita membawa mobil yang penuh dengan belanjaan, kita akan menemukan bahwa mobil yang penuh memiliki percepatan yang lebih lambat. Dapat disimpulkan bahwa makin besar massa maka akan makin kecil percepatannya, meskipun gayanya sama. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya.

Hukum kedua Newton menyatakan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan perubahan momentum linier (p) terhadap waktu (t) atau dapat ditulis :

Persamaan (1) di atas dapat diselesaikan menjadi :

Untuk kasus kecepatan benda yang jauh lebih kecil dari kecepatan cahaya maka dm/dt dapat diabaikan sehingga persamaan (2) dapat disederhanakan menjadi :

F adalah gaya yang bekerja pada suatu benda, m adalah massa benda dan a adalah percepatan pada pusat massa benda. Untuk kasus dengan banyak gaya yang bekerja pada benda, maka F adalah resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut.

Hukum Newton III

Bunyi: “Jika suatu benda memberikan gaya pada benda lain maka benda yang dikenai gaya akan memberikan gaya yang besarnya sama dengan gaya yang di terima dari benda pertama tetapi arahnya berlawanan”.

Jika kita menarik sebuah tali yang terkait pada sebuah tembok, maka tembok juga akan menarik kita dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah dengan gaya tarik yang kita berikan, seperti pada gambar dibawah ini.

Hukum Newton III ini adalah untuk benda yang kontak dengan benda lain. Misalnya buku yang diletakkan di atas meja, atau di atas lantai,benda yang digantung,bola yang ditendang, dll. Secara matematika Hukum Newton III dituliskan. Untuk memahami hukum ini kita dapat melihat pengalaman sehari-hari kita, misalnya ketika anda menyandarkan tangan di diding, maka pada saat itu ada gaya yang menekan dinding. Gaya ini disebut sebagai gaya aksi. Lalu pada saat yang sama diding juga akan memberikan gaya yang mengimbangi gaya dorong anda. Gaya ini disebut sebagai gaya reaksi. Besar nilai antara gaya aksi dan gaya reaksi adalah sama, tetapi dengan arah yang berbeda. Gaya aksi akan dialami oleh dinding, dan gaya reaksi akan dialami oleh anda yang sedang bersandar.
Image result for palu hukum newton

Contoh lain adalah ketika anda memukul paku ke dinding. Pada saat marti mengenai kepala paku, pada saaat itu paku akan mengalami gaya aksi. Dan pada saat yang sama juga paku akan memberikan gaya reaksi yang besarnya sama dengan besar gaya aksi tetapi dengan arah yang berlawanan. Namun perlu diperhatikan bahwa gaya aksi dan reaksi ini bekerja pada benda yang berbeda. Maksudya gaya aksi diberikan oleh benda A kepada benda B, maka gaya tersebut bekerja pada benda B. Sedangkan gaya yang reaksi, yaitu gaya yang diberikan benda B ke benda A akan bekerja pada benda A. Dari penjelasan ini terlihat bahwa penerapan Hukum Newton III berbeda dengan penerapan Hukum Newton I dan II, karena pada Hukum Newton I dan II gaya yang ditinjau adalah pada benda yang sama.Syarat gaya aksi dan reaksi adalah :

Sama besar
Berlawanan arah
Bekerja pada satu garis gaya
Bekerja pada 2 benda yang berbeda

Ada bebeberapa contoh pasangan gaya aksi reaksi:

1. Dua orang yang saling mendorong dengan kereta di lantai sehingga keduanya akan bergerak berlawanan.

2. Seorang yang duduk di atas kereta dan melemparkan sebuah benda untuk dapat menggerakkan kereta. Ketika orang melemparkan bola, ia memberi sebuah gaya dorong pada bola, demikian juga sebaliknya bola memberi gaya dorong pada orang tersebut sehingga orang dapat bergerak.

3. Seorang yang menaiki kereta dan membuka tabung gas, dimana gas keluar akibat didorong oleh gaya tekan di dalam tabung, demikian sebaliknya, gas juga memberikan sebuah dorongan sehingga orang bersama kereta tersebut dapat bergerak.

4. Roket penggerak pesawat ulang-alik, dimana mesin roket akan menghasilkan gaya untuk mendorong gas buangan ke bawah, demikian sebaliknya, akan ada gaya sebaliknya yang mendorong roket tersebut bergerak naik.

5. Seorang yang menembakkan peluru dari senapan dimana peluru akan terdorong keluar oleh suatu gaya, demikian sebaliknya, senapan juga akan terdorong mundur ke belakang.

Namun, kita perlu berhati-hati bahwa ada gaya-gaya yang sering kita lihat dan gunakan dalam gambar, yang nampaknya adalah pasangan gaya aksi dan reaksi namun sebenarnya bukan. Tentukan apakah pasangan gaya-gaya pada gambar A, B dan C merupakan pasangan gaya aksi dan reaksi! Berikan penjelasanmu!

Diagram Gaya Bebas

Dalam hukum Newton II seperti diungkapkan dalam persamaan ,yang dimaksud gaya F adalah gaya total yang bekerja pada benda. Jika pada benda bekerja sejumlah gaya maka semua gaya tersebut harus dijumlahkan terlebih dahulu (secara vektor) sebelum menerapkan persamaan percepatan. Untuk menghandari kesalahan dalam menghitung gaya-gaya yang bekerja pada benda, kita akan sangat tertolong apabila terlebih dahulu melukis diagram gaya bebas yang bekerja pada benda.

contoh 1

Sebuah pegas mempunyai konstanta k dan sebuah benda dengan massa m digantungkan pada pegas tersebut, pegas tersebut diregangkan sebesar ∆x, hitunglah percepatan pegas pada saat dilepaskan pada regangan ∆x!

Gambar diagram benda bebas :

Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbu X tidak ada, sedangkan jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbu Y adalah :

Contoh 2

Perhatikan gambar diatas, sebuah balok dengan massa m berada pada papan luncur yang licin. Uraikan gaya – gaya pada balok dan berapa besar percepatan balok ?

Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbuh Y adalah :

N disebut gaya normal atau biasa ada yang menulis dalam notasi F_N

W adalah gaya berat benda yang besarnya massa dikali dengan gravitasi bumi.

Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbuh X adalah :

Contoh 3

Sama seperti pada soal no 2 hanya saja pada papan luncur terdapat gesekan yang menghambat balok untuk bergerak. Hitunglah besar gaya (F) minimum untuk memulai balok bergerak bila koefisien gesek statis di ketahui sebesar μ_s.

diagram benda bebas :

Jumlah gaya-gaya searah sumbu Y adalah:

Jumlah gaya-gaya searah sumbu X adalah :

Jadi besarnya gaya minimum untuk menggerak balok adalah sebesar koefisien gesek statis dikali dengan gaya normal balok.

Gaya gesek ada 2 yaitu gaya gesek statis yang besarnya koefisien gesek statis ( μ_s )dikali dengan gaya normal ( N )dan gaya gesek kinetik (μ_k) yang besarnya koefisien gesek kinetik dikali gaya normal ( N ). Gaya gesek kinetik bekerja pada benda yang bergerak sedangkan gaya gesek statis bekerja pada benda yang diam. Koefisien gesek statis lebih besar dari pada koefisien gesek kinetik.

Contoh 4

Sama seperti soal pada no 2, tetapi balok bergerak dan papan luncur memiliki koefisien gesek kinetik (μ_k), carilah percepatan balok

diagram benda bebas adalah :

Jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

Jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu X adalah :

Contoh 5

Carilah percepatan pada balok yang ditarik dengan gaya F yang membentuk sudut terhadap garis horizontal sebesar α seperti pada gambar berikut ini.

Diagram benda bebas adalah :

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y adalah :

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :

N di subtitusi dari hasil penguraian gaya-gaya pada sumbu Y.

Contoh 6.

Carilah percepatan balok bermassa m yang meluncur menuruni suatu permukaan bidang miring yang licin dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. (lihat gambar berikut ini)

Diagram benda bebas untuk soal no 6 adalah :

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y:

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :

Jadi untuk bidang miring tanpa gesekan, maka percepatan suatu benda yang meluncur di atasnya hanya di tentukan oleh gravitasi bumi dan sudut kemiringan bidang miring. Bila sudut sama dengan 90 derajat, maka sama saja benda bergerak jatuh bebas, atau a = g.

Contoh 7.

Sebuah balok berapa pada bidang miring dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. Bidang miring memiliki koefisien gesek statis sebesar ( μ_s ), Hitung berapa besar gaya minimum untuk menahan balok agar tidak bergerak pada bidang miring !.

Jawab :

Diagram benda bebas :

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y adalah:

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :

Contoh 8.

Sebuah balok berapa pada bidang miring dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. Bidang miring memiliki koefisien gesek kinetik sebesar ( μ_k ), Balok ditahan dengan sebuah gaya dari bawah yang arahnya searah bidang datar (lihat gambar) hitunglah berapa percepatan balok.

jawab

diagarm benda bebas untuk soal no 8:

jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu X adalah :

Contoh 9.

Sebuah bola bertali yang massanya m digantungkan pada tali yang panjangnya L dan bergerak dengan kelajuan konstan v dalam lingkaran horizontal berjari-jari r. tali membentuk sudut θ yang diberikan oleh θ = r/L , seperti ditunjukkan pada gambar 14. carilah tegangan dalam tali dan kelajuan bola.

Jawab:

diagram benda bebas untuk soal no 9 adalah :

jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu X adalah :

Maka tegangan tali dapat dengan mudah dihitung bila sudut θ diketahui.

kelajuan bola dapat dihitung sebagai berikut :

Contoh 10

Seember air diputar dalam lingkaran vertikal berjari-jari r. Jika kelajuannya adalah v_t di puncak lingkaran, carilah gaya yang dikerjakan pada air oleh ember di puncak lingkaran. carilah juga nilai minimum v_t agar air tetap di dalam ember.

Jawab :

Diagram benda bebas untuk soal ini adalah :

Jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

F_P adalah gaya yang dikerjakan oleh ember terhadap air. Kelajuan minimum agar air dalam ember tidak tumpah jika F_P = 0 maka di dapat :

Contoh 11

Seorang berdiri di atas timbangan yang diletakan di dalam sebuah elevator, seperti digambarkan pada gambar 18. Berapakah skala yang terbaca pada timbangan jika elevator dipercepat ke atas dan dipercepat ke bawah?

Jawab: