Media Pembelajaran Fisika

Hukum Newton Tentang Gerak

Hukum Newton murupakan suatu hukum yang ada dalam dunia fisika yang menggambarkan hubungan antara suatu gaya yang bergerak dikarenakan adanya sebab. Hal ini menjadi pondasi dalam mekanika klasik dalam hukum fisika dengan 3 jenis hukum yang ada.

Pada awalnya hukum newton dikemukakan oleh seorang ahli fisikawan dalam masanya yang namanya dijadikan sebagai nama dari hukum ini. Bernama lengkap Potret Sir Isaac Newton (1643 – 1722). Seorang Fisikawan asal eropa yang menemukan hukum gravitasi, gukum gerak, kalkulus, spektrun, serta teleskop pantul.

Dikarenakan dedikasinya dalam dunia pendidikan dan ilmuwan. Sehingga, hukum yang diitemukan oleh newton ini diberi nama dengan hukum newton yang memiliki 3 konsep dasar. Yaitu Hukum Newton 1, Hukum Newton 2, dan Hukum Newton 3.

Hukum Newton 1

Bunyi Hukum Newton 1

Bunyi Hukum Newton 1 : “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“

Pengertian Hukum Newton 1

Dari bunyi hukum newton 1 ini dapat dipahami bahwasanya suatu benda akan berusaha mempertahankan keadaannya atapun posisi awalany yang ia miliki. Dimana, benda yang awalnya diam akan berusaha untuk tetap diam. Begitu juga jika benda yang awalnya bergerak akan berusaha untuk tetap bergerak.

Dikarenakan adanya kecendrungan dalam mempertahankan posisi semula yang dialami oleh suatu benda tersebut maka, hukum newton 1 ini disebut juga sebagai hukum inersia atau hukun kelembaman.

Dalam penerapan kesehariannya, hukum newton 1 ini memiliki contoh penerapan disaat anda berkendara apakah itu dengan motor, mobil, dan alat yang bergerak seperti lift. Kemudian, benda tersebut tiba – tida di rem atau berhenti secara mendadak. Maka, badan anda cenderung maju kedepan atau terus melaju kedepan. Hal inilah dimaksud dengan “kecendrungan untuk terus melaju”.

Hal yang sama juga terjadi saat anda akan mulai bergerak dari keadaan diam. Contoh yang paling terasa adalah saat anda berkendara dengan mobil. Anda cenderung tersentak kebelakang saat kendaraan mulai melaju.

Dari keda contoh diatas dan contoh yang anda alami dalam keseharian ini merupakan peristiwa dari hukum inersia atau kelembaman. Dimana, adanya kelembaman ini suatu benda dipengaruhi oleh massa benda tersebut yang semakin besar massa benda tersebut. Maka, semakin besar pula kelembamannya.

Dengan adanya pengaruh dari massa suatu benda. Maka, secara tidak langsung akan memperngaruhi besarnya daya dan gaya yang diperlukan untuk melakukan percepatan saat dalam kondisi diam atau menghentikan benda yang berada dalam kondisi bergerak.

Rumus Hukum Newton 1

Dengan demikian rumus newton 1 dapat dirumuskan sebagai berikut :

∑F = 0

Atau,

Resultan gaya (Kg m/s²)

Hukum Newton 2

Bunyi Hukum Newton 2

Bunyi Hukum Newton 2 : “Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya”.

Pengertian Hukum Newton 2

Berdasarkan dari bunyi hukum newton ke 2 ini. Dapat dipahami bahwasanya suatu gaya benda akan semakin bertambah besar jika diberikan dorongan daya yang searah dengan laju arah gaya benda tersebut. Namun, jika diberikan gaya tolak atau berlawanan arah dari gaya benda tersebut. maka, akan memperkecil atau memperlambat dari laju gaya benda tersebut.

Dikarenakan terjadi perubahan kecepatan dan perubahan laju dari benda yang mendapat gaya tersebut. Akan membuat total gaya dari massa benda dan percepatan benda yang diberikan dapat menyebabkan percepatan dan perlambatan benda tersebut. Dimana, Semakin besar percepatan atau perlambatan yang diberikan akan mempengaruhi arah gerak benda tersebut.

Contoh hukum newton 2 dapat diamati saat anda menggelindingkan bola ditanah datar. Jika semula anda menggelindingkan bola dari kanan menuju kiri lalu memberikan gaya dari kanan pula dengan cara menendang bola tersebut. Maka, bola tersebut akan mendapat gaya searah dari kanan kekiri yang membuatnya mengalami percepatan.

Contoh lain dari hukum newton 2 adalah ketika anda melempar batu keatas secara vertikal. Pada awalnya batu tersebut akan melaju keatas dengan kecepatan yang konstan. Kemudian, akibat adanya gaya gravitasi akan memperlambat batu dan menghentikannya. Lalu, batu tersebut akan kembali ke bumi dengan kecepatan dari massa batu ditambah dengan adanya gaya gravitasi yang mempercepat batu tersebut.

Rumus Hukum Newton 2

Dengan demikian, dikarenakan adanya keterkaitan antara percepatan dan gaya atau percepatan dengan massa benda. Sehingga, gaya yang ada berbanding lurus dengan percepatan yang dipengaruhi massa benda tersebut. Dapat dirumuskan sebagai berikut :

F = m a

Dengan,

F = gaya (N)
m = massa benda (Kg)
a = percepatan (m/s2)

Contoh Soal Hukum Newton 2

Sebuah bola besi memiliki massa 100 kg. Kemudian, bola besi tersebut menggelinding sehingga memperoleh gaya percepatan 9,8 m/s2. Berapa besar gaya yang diperlukan untuk menggelindingkan bola tersebut?

Pembahasan

Diketahui:
m = 100 kg
a = 9,8 m/s2

Ditanya: F = … ?

Jawab:
F = m a
= 100 kg x 9,8 m/s2
= 980 kg m/s2
= 980 N
Jadi, gaya yang diperlukan adalah 980 N.

Hukum Newton 3

Bunyi Hukum Newton 3

Bunyi Hukum Newton 3 : “Setiap aksi akan menimbulkan reaksi, jika suatu benda memberikan gaya pada benda yang lain maka benda yang terkena gaya akan memberikan gaya yang besarnya sama dengan gaya yang diterima dari benda pertama, tetapi arahnya berlawanan“.

Pengertian Hukum Newton 3

Dari bunyi hukum newton ke 3 ini dimana setiap aksi akan menimbulkan aksi atau setiap sebab akan menimbulkan akibat. Dimana, setiap gaya sebab yang diberikan akan menghasilkan besarnya gaya akibat yang dihasilkan. Pada contoh penerapan hukum newton ke 3 ini bekerja pada setiap benda yang diberikan gaya aksi akan menghasilkan gaya reaksi. Namun, gaya aksi reaksi tersebut saling berlawanan arah dan bekerja pada benda yang berbeda.

Sebagai contoh hukum newton 3, ketika anda memukul paku dengan paku. Dimana, palu adalah gaya aksi dengan gaya dari paku adalah gaya reaksi dari palu tersebut. Saat anda memukul paku dengan palu, begitu palu menyentuh paku, palu berhenti sesaat atau bahkan memantul. Gaya berhenti sesaat atau bahkan memantul tersebut merupakan gaya reaksi yang dihasilkan oleh aksi palu tersebut.

Contoh Penerapan Hukum Newton 3

Sebuah benda dengan berat (w) yang berada diatas meja. Meja akan memberikan reaksi gaya normal (N), sehingga N = W dengan arah gaya saling berlawanan.

Menggantung benda secara vertikal akan menghasilkan gaya tegang tali (T) yang sama besarnya dgn massa benda (W) dengan arah yang berlawan.

Ketika seseorang dengan berat (W) menaiki lift. Saat dalam keadaan diam, gaya yang dihasilkan sama dengan berat orang tersebut (F = W). Saat lift bergerak naik maka, gaya yang dihasilkan lebih besar dari berat orang (F > W). Ketika lift turun makan berat orang tersebut lebih besar dari gaya yang dihasilkan (F < W).

Rumus Hukum Newton 3

1. Gaya Gesek

2. Gaya Berat

3. Berat Sejenis

Contoh Soal Hukum Newton 3

Kereta M dipercepat ke kanan dengan percepatan

. Abaikan semua gesekan, massa katrol, dan juga massa tali. Anggap g = 10 m/s². Jika

maka tegangan tali T pada sistem …. (Simak UI 2010)

(A) 8 N
(B) 12 N
(C) 15 N
(D) 20 N
(E) 25 N

Pembahasan:

Karena yang mengalami percepatan adalah kereta M, maka kotak yang juga mengalami percepatan yang nilai dan arahnya sama adalah kotak 3 karena terletak secara vertikal tepat di sebelah kanan, serta kotak 2 karena terhubung dengan kotak 3. Percepatan pada kotak satu tidak sama dengan nilai percepatan pada kotak 2 dan 3.

Persamaan Hukum Newton 2 pada kotak 1 secara horizontal dapat ditullis dengan:

tidak dapat dihitung.

Persamaan pada kotak 2 secara horizontal dapat ditullis dengan:

Persamaan pada kotak 3 secara vertikal dapat ditullis dengan:

disubstitusikan dengan persamaan kotak 2.

Kita dapat mencari nilai sebesar:

Jadi, tegangan tali T pada sistem sebesar 12 N

Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

A. Konsepsi Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak benda dalam lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. Jadi, ciri utama GLBB adalah bahwa dari waktu ke waktu kecepatan benda berubah, semakin lama semakin cepat/lambat...sehingga gerakan benda dari waktu ke waktu mengalami percepatan/perlambatan. Dalam artikel ini, kita tidak menggunakan istilah perlambatan untuk gerak benda diperlambat. Kita tetap saja menamakannya percepatan, hanya saja nilainya negatif. Jadi perlambatan sama dengan percepatan negatif.

Contoh sehari-hari GLBB adalah peristiwa jatuh bebas. Benda jatuh dari ketinggian tertentu di atas permukaan tanah. Semakin lama benda bergerak semakin cepat. Kini, perhatikanlah gambar di bawah yang menyatakan hubungan antara kecepatan (v) dan waktu (t) sebuah benda yang bergerak lurus berubah beraturan dipercepat.

vo = kecepatan awal (m/s)

vt = kecepatan akhir (m/s)

a = percepatan

t = selang waktu (s)

Perhatikan bahwa selama selang waktu t , kecepatan benda berubah dari vo menjadi vt sehingga kecepatan rata-rata benda dapat dituliskan:

Kita tahu bahwa kecepatan rata-rata :

dan dapat disederhanakan menjadi :

S = jarak yang ditempuh

seperti halnya dalam GLB (gerak lurus beraturan) besarnya jaraktempuh juga dapat dihitung dengan mencari luasnya daerah dibawah grafik v - t

Bila dua persamaan GLBB di atas kita gabungkan, maka kita akan dapatkan persamaan GLBB yang ketiga.....

B. Contoh-Contoh GLBB

1. Gerak Jatuh Bebas

Ciri khasnya adalah benda jatuh tanpa kecepatan awal (vo = nol). Semakin ke bawah gerak benda semakin cepat.Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi (a = g) (besar g = 9,8 m/s2 dan sering dibulatkan menjadi 10 m/s2)

Rumus gerak jatuh bebas ini merupakan pengembangan dari ketiga rumus utama dalam GLBB seperti yang telah diterangkan di atas dengan modifikasi : s (jarak) menjadi h (ketinggian) dan vo = 0 serta percepatan (a) menjadi percepatan grafitasi (g).

coba kalian perhatikan rumus yang kedua....dari ketinggian benda dari atas tanah (h) dapat digunakan untuk mencari waktu yang diperlukan benda untuk mencapai permukaan tahah atau mencapai ketinggian tertentu... namun ingat jarak dihitung dari titik asal benda jatuh bukan diukur dari permukaan tanah

sebagai contoh : Balok jatuh dari ketinggian 120 m berapakah waktu saat benda berada 40 m dari permukaan tanah?

jawab : h = 120 - 40 = 80 m

t = 4 s

2. Gerak Vertikal ke Atas

Selama bola bergerak vertikal ke atas, gerakan bola melawan gaya gravitasi yang menariknya ke bumi. Akhirnya bola bergerak diperlambat. Akhirnya setelah mencapai ketinggian tertentu yang disebut tinggi maksimum (h max), bola tak dapat naik lagi. Pada saat ini kecepatan bola nol (Vt = 0). Oleh karena tarikan gaya gravitasi bumi tak pernah berhenti bekerja pada bola, menyebabkan bola bergerak turun. Pada saat ini bola mengalami jatuh bebas....

Jadi bola mengalami dua fase gerakan. Saat bergerak ke atas bola bergerak GLBB diperlambat (a = - g) dengan kecepatan awal tertentu lalu setelah mencapai tinggi maksimum bola jatuh bebas yang merupakan GLBB dipercepat dengan kecepatan awal nol.

Pada saat benda bergerak naik berlaku persamaan :

vo = kecepatan awal (m/s)

g = percepatan gravitasi

t = waktu (s)

vt = kecepatan akhir (m/s)

h = ketinggian (m)

3. Gerak Vertikal ke Bawah

Berbeda dengan jatuh bebas, gerak vertikal ke bawah yang dimaksudkan adalah gerak benda-benda yang dilemparkan vertikal ke bawah dengan kecepatan awal tertentu. Jadi seperti gerak vertikal ke atas hanya saja arahnya ke bawah. Sehingga persamaan-persamaannya sama dengan persamaan-persamaan pada gerak vertikal ke atas, kecuali tanda negatif pada persamaan-persamaan gerak vertikal ke atas diganti dengan tanda positif.

C. Rangkuman GLB dan GLBB

D. Contoh Soal dan jawaban Gerak Lurus Berubah Beraturan

Sebelumnya kita membahas tentang gerak lurus berubah beraturan atau GLBB yaitu tentang pengertiannya serta persamaan atau rumus-rumusnya, maka sekarang giliran contoh soal dan jawabannya.

Contoh soal pertama

Sebuah mobil yang berhenti di tempat parkir tiba-tiba bergerak dengan percepatan 2 meter/sekon2. Berapa kecepatan mobil tersebut setelah selang waktu 1 menit?.

Jawab

Mobil mula-mula berhenti pada saat t1 = 0 s, maka v1 = 0 m/s. Dengan menggunakan perhitungan berikut ini kita bisa mengetahui kecepatan mobil pada saat 1 menit = 60 s.

Jadi kecepatan mobl tersebut saat t = 1 menit yaitu 120 m/s.

Contoh soal kedua

Ada sebuah truk mula-mula bergerak dengan kecepatan 60 km/jam. Berapa besar percepatan truk tersebut agar truk dapat berhenti pada waktu 6 menit?

Jawab

Diketahui:
v1 = 60 km/jam = 60.000 : 3600 = 16,67 m/s
v2= 0 km/jam = 0 m/s
t1= o s
t2= 6 menit = 360 s
a = ….?

Dengan menggunakan persamaan seperti pada contoh satu, kita dapat mengetahui percepatannya yaitu

Nilai minus (-) merupakan tanda bahwa truk tersebut mengalami perlambatan.

Contoh soal ketiga

Sebuah mobil berhenti di pinggir jalan. Kemudian bergerak dengan percepatan 40 km/jam2. Berapa jarak yang dapat ditempuh mobil tersebut dalam 1 menit?

Jawab

Diketahui:
a = 40 km/jam2
t = 1 menit = 0,0167 jam
x1= 0
v1= 0
x2= …..?

Dengan menggunakan persamaan (3) kita bisa melakukan perhitungan menjadi seperti ini

Jadi dalam waktu 1 menit mobil terebut akan menempuh jarak sebesar 5,5578 meter dari tempat pemberhentian semula.

Contoh soal keempat

Sebuah benda bergerak sesuai dengan gambaran grafik di bawah ini yaitu sebuah grafik yang menghubungkan antara kecepatan (v) terhadap waktu (t).

a. Jelaskan gerakan partikel tersebut selama bergerak 10 detik?
b. Berapa jarak yang ditempuh benda tersebut selama 10 detik?

Jawab

a. Pada waktu 4 detik pertama benda tersebut bergerak GLBB dengan nilai percepatan 10 m/s2. Kemudian bergerak GLB dengan kecepatan konstan sebesar 40 m/s selama 4 detik. Kemudian mengalami perlambatan sebesar -20 m/s2.
b. Untuk menghitung jarak total selama 10 detik, maka kita harus menjumlahkan jarak pada 4 detik pertama + jarak pada 4 detik kedua + jarak pada 2 detik terakhir.

Dengan begitu, maka jarak (x) dapat kita ketahui dari persamaan (3) menjadi