1 STASIUN
HUKUM NEWTON
Hukun New t on m enghubungkan percepat an sebuah benda dengan m assanya dan gaya-gaya yang bekerja padanya. Ada t iga hukum New t on t ent ang gerak, yait u Hukum I New t on, Hukum II New t on, dan
Hukum III New t on.
HUKUM I NEW TON
Hukum I New t on juga disebut Hukum Kelembaman
Perhat ikan bahw a hokum I New t on t idak m em buat perbedaan ant ara benda diam dan yang bergerak dengan kecepat an konst an. Sebuah benda dikat akan diam at au bergerak dengan kecepat an konst an t ergant ung dari kerangka acuan dim ana benda it u diam at i. Perhat ikan gam bar berikut ;
Gerbong
Buku
Gam bar 1. Gerak suat u benda relat ive t erhadap benda lain
Gam bar di at as m enunjukkan sebuah buku berada di at as m eja dalam sebuah gerbong keret a. Pada saat gerbong berhent i di st asiun, m aka gerbong dan buku dikat akan diam t erhadap st asiun. Jika gerbong bergerak meninggalkan st asun, m aka buku dikat akan bergerak relat ive t erhadap st asiun, dan buku dikat akan diam relat ive t erhadap gerbong. Jadi jika kerangka acuannya st asiun, m aka buku dikat akan
bergerak, t et api jika kerangka acuannya gerbong m aka buku dikat akan t et ap diam .
Sebuah kerangka acuan di m ana hukum –hukum New t on berlaku dinam akan kerangka acuan inersia
GAYA, M ASSA DAN HUKUM II NEW TON
Gaya adalah suat u pengaruh pada suat u benda yang m enyebabkan benda m engubah kecepat annya. Besarnya gaya adalah hasil kali massa benda dan besarnya percepat an yang dihasilkan gaya it u
M assa adalah sifat int rinsic sebuah benda yang mengukur resist ansi t erhadap percepat an. Rasio dua m assa dapat didefinisikan sebagaiberikut ; Jika gaya F dikerjakan pada benda berm assa m1, dan
m enghasilkan percepat an a1, m aka
2
F = ma1 (1)
Jika gaya yang sam a dikerjakan pada benda kedua yang m assanya m2 dan m enghasilkan percepat an a2,
m aka
F = ma 2 (2)
Dari (1) dan (2) diperoleh
ma1= ma 2 (3)
at au (4)
Dari persam aan (4) dapat dinyat akan bahw a jika sebuah benda lebih “ m assif” dibandingkan benda lainnya, m aka akan didapat kan bahw a sebuah gaya m enghasilkan percepat an lebih kecil pada benda yang lebih m asif. Secara eksperim en didapat kan bahw a rasio percepat an yang dihasilkan oleh gaya
yang sam a yang bekerja pada dua benda t idak t ergantung dari besar m aupun arah gaya. Rasio juga t idak t ergant ung dari jenis gaya yang bekerja (m isal gaya pegas, gaya yt arik gravit asi gaya list rik, dll).
HUKUM II NEW TON
Gam bar 2. Sebuah benda bergerak akibat pengaruh gaya F Percepat an sebuah benda berbanding t erbalik dengan massanya dan sebanding dengan gaya ekst ernal neto yang bekerja padanya
[image:2.612.169.440.352.688.2]3
Perlu diingat kan lagi disini bahw a persam aan diat as adalah persam aan vekt or, karena it u persam aan t ersebut set ara dengan t iga buah persam aan skalar yait u
Fx = m ax; Fy = m ay; dan Fz = m az
Gaya sebesar 1 New t on diart ikan sebagai besarnya gaya yang bila dikerjakan pada benda berm assa 1 kilogram akan m enghasilkan percepat an 1 m s-2.
4. BERAT DAN M ASSA
Berat sebuah benda adalah gaya gravit asional yang dilakukan oleh bum i padanya. Berat t erm asuk gaya, karena it u berat m erupakan besaran vect or dengan arah sesuai denga arah gaya gravit asi yait u m enuju
ke pusat bum i.
Jilk sebuah benda m assanya m dijat uhkan bebas m aka percepat annya adalah percepat an gravit asi g dan
gaya yang bekerja padanya adalah gaya berat
W
.
Jika hukum II New t onF
m
a
dit erapkan unt ukbenda jat uh bebas m aka
W
m
g
Karena arah W dan g sam a yait u ke pusat bum i, m aka gaya berat dapat dinyat akan:W = m g
Cont oh. 1.
Sebuah balok 4 kg diam saat t = 0. Sebuah gaya t unggal konst an yag horisont al F. Pada t = 3 s balok berpindah 2,25 m .Hit unglah gaya F.
Diket ahui : m = 4 kg
, Δx = 2,25 m, t = 3 s, v
o = 0Di t anyakan : F
Jaw ab :
Karena gaya F konst an, m aka percepat an balok juga konst an, sehingga besarnya kecepat an dapat dihit ung sebagai berikut ;
F = m a, a dihit ung m enggunakan persam aan;
∆
= +∆
== ∆ = ( , )
( ) = 0,5 /
F = m a = 4 kg x 0,5 m / s2 = 2 N
4
Sifat pasangan gaya aksi-reaksi adalah sebagai berikut
(1) sam a besar,
(2) arahnya berlaw anan, dan
(3) bekerja pada benda yang berlainan (sat u bekerja pada benda A, yang lain bekerja pada benda B.
(4) t erlet ak pada sat u garis lurus (merupakan sifat t ambahan)
F’n W
Fn
W’
Gam bar 3. Pasanagn Gaya aksi –reaksi
Gam bar 3 m enunjukan pasangan aksi-reaksi , yait u W adalah gaya yang dikerjakan pada balok oleh bum i (gaya t arik bum i) dan W’ = - W adalah gaya yang dikerjakan oleh balok pada bum i. M eja yang
m enyent uh balok akan m em berikan gaya ke at as Fn . Balok t erhadap m eja juag m em berikan gaya F’n = -
Fn yang arahnya ke baw ah. Pasangan Fn dan F’n juga m erupakan pasangan aksi reaksi.
Cont oh 2.
sebuah balok m assanya m dit arik sepanjang bidang dat ar licin oleh gapa F m endat ar (lihat gam bar).
Set iap gaya m ekanik selalu m uncul berpasangan sebagai akibat saling t indak ant ara dua benda. Bila benda A dikenai gaya oleh gaya B, m aka benda B akan dikenai gaya oleh benda A. Pasangan gaya ini dikenal sebagai pasangan aksi-reaksi.
Set iap gaya mekanik selalu muncul berpasangan, yang sat u disebut aksi dan yang lain disebut reaksi, sedemikian rupa sehingga aksi = - reaksi.Yang mana disebut aksi dan yang mana yang disebut reaksi
tidaklah penting,
yang penting kedua-duanya ada.
[image:4.612.129.338.414.529.2]5 N
F
W
a. Jika m assa balok 2 kg, berpakah gaya norm al (N)nya?
b. Berapa gaya F yang dibut uhkan agar balok m endapat kecepat an horizont al 4m / s dalam t em po 2 s m ulai dari keadaan diam ?
Penyelesaiann:
a. Dari hokum II New t on dengan ay = 0, m aka :
N
s
m
kg
mg
W
N
sehingga
W
N
atau
ma
F
y
y,
0
,
2
.
10
/
2
20
b. Dari gam bar, balok akan bergerak searah sum bu x, m aka m enurut hukum II New t on;
x
ma
F
sem ent ara it uv = vo+ at , karena vo = 0 , v = 4 m / s dan t = 2 s, m aka
4 = 0 + a 2, sehingga a = 2 m / s2
Fx= m ax. = 20kg 0,2 m / s 2
= 4 N
GAYA-GAYA DI ALAM
Berbagai gaya yang diam at i di alam dapat dijelaskan lew at em pat int eraksi dasar yang t erjadi ant ara part ikel-part ikel elem ent er;
1. Gaya garvit asi, m isalnya gelom bang pasang disebabkan gaya gravit asi yang dikerjakan ant ara bulan dan m at ahari
2. Gaya elekt rom agnet ik, m isalnya kilat an –kilat an pet ir adalah hasil gaya elekt rom agnet 3. Gaya nuklir kuat , m isalnya ledakn bom hodrogen
4. Gaya nuklir lem ah, m isalnya int eraksi lem ah ant ara m uon dan elect ron digam barkan oleh fot o bilik aw an dengan w arna palsu yang m enunjukan jejak sinar kosm ik m uon (hijau) dan sebuah elect ron (m erah) yang dikeluarkan dari sebuah at om
Cont oh-cont oh pasangan sist em dan lingkungan besert a hukum gaya yang berlaku :
Pasangan dua benda t it ik sist em , pasangan sat elit -bumi : Gaya garavit asi.
Benda di dekat perm ukaan bum i : Gaya berat .Benda diikat dengan t ali : Tegangan t ali.
6
Benda diikat pada pegas: gaya HookeBenda t erbenam dalam fluida: gaya apung Archimedes
Benda berm uat an q bergerak dalm m edan list rik E dan m edan M agnet B : gaya Lorent zPert anyaan:
1. Jika sebuah benda t ak m em punyai percepat an dapat kah Anda m enyim pulkan bahw a t idak ada gaya yang bekerja pada benda it u ?
2. Jika hanya ada sat u gaya yang bekerja pada benda, apakah benda m engalami percepat an? Apakah benda pernah m engalami kecepat an nol?
3. Sebuah benda m engalami percepat an 4 m / s2 ket ika gaya Fo bekerja padanya..Berapakah
percepat annya bila gaya m enjadi 2X?
4. Sebuah gaya 15 N dikerjakan pada benda berm assa m . Benda bergerak dalam garis lurus dengan kelajuan yang bert am bah 10 m / s set iap 2 s. Hit unglah m assa benda!
5. Sebuah benda 5 kg dit arik sepanjang perm ukaan horizont al yang licin oleh gaya horizont al 10 N.
a. Jika benda diam pada t = 0, berapakah kecepat an benda set elah 3 s? b. Berapakah jarak yag dit em puh sejak dari t = 0 sam pai t = 3 s?
6. Sebuah gaya t unggal 10 N bekerja pada part ikel berm assa m . Part ikel berangkat dari keadaan diam dan bergerak dalam garis lurus sejauh 18 m dalam 6 s. Hit unglah m assa part ikel! 7. Carilah berat anak perem puan yang berm assa 50 kg
8. Gaya gravit asi yang dikerjakan oleh bum i pada benda yang ket inggiannya h di at as perm ukaan
bum i dinyat akan dengan persam aan,
=
( )
Dengan RE adalah jari-jari bum i = 6370 km dan g percepat an gravit asi. (a) Hit unglah berat w anit a
yang m assanya 80 kg di perm ukaan bum i, (b) Hit unglah berat w anit a it u pada ket inggian 300 km di at as perm ukaan bum i,
GESEKAN
N N N N N
T1 T2 T3 T4
Fs fs fs fk
W W W W W
7
GESEKAN
Seperti telah disebutkan pada bagian yang lalu, dua buah benda yang saling bersentuhan akan saling
memberikan gaya kontak. Bila bidang sentuh tidak licin, maka gaya kontak mempunyai komponen
sepanjang bidang sentuh yang disebut gaya gesekan statik,dan gaya gesekan untuk benda dalam keadaan
bergerak disebut gaya gesekan kinetik. Arah gaya gesekan ini selalu sepanjang bidang sentuh dan
berusaha melawan gerak relatif bidang sentuhnya.
Besar gaya gesek statik mempunyai batas maksimum, nilai maksimumnya sebanding dengan gaya normal
N dan konstanta perbandingan
sdisebut
koefisien gesekan statik
f
smax=
sN.
Jenis
gesekan Persamaan Keterangan
Statik
Gaya harus lebih besar dari gaya gesek m aksim um ini unt uk m em buat benda bergerak dari keadaan diam.
Digunakan unt uk objek yang diam .
Arah gaya gesek berlaw anan dengan arah gaya yang bekerja pada benda.
Kinetik
Gaya berlaw anan dengan kecepat an.
Selalu lebih kecil dari gaya gesek st at ik
Digunakan unt uk benda yang m eluncur/ sliding.
N N
F= 0 F fs
W=m g W=m g
Benda t idak bergerak F< fs benda belum bergerak
N N
F fs =
s N F fkW= m g W = m g
8 Cont oh
Sebuah benda m em iliki m assa 0,8 kg di at as bidang m iring dengan sudut 30o . Jika benda
bergerak dengan percepat an 0,1 m / s2 dan kefisien gesek kinet isnya 0,3 , t ent ukan gaya yang bekerja agar benda
a. bergerak ke at as b. bergerak ke baw ah.
2. Sebuah balok m assa 1 kg dilet akkan dia at as bidang m iring dan digant ungkan m elalui kat rol (lihat gam bar). Jika koefisien gesek kinet is 0,1 dan koef isien gesek st at is 0,2;
a. Berapakah m assa beban agar balok seim bang
