Bab 11 Hukum-hukum Newton

Standar Kompetensi:

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

Kompetensi Dasar:

Menerapkan hukum Newton untuk menjelaskan ber-bagai peristiwa dalam kehidupan sehari – hari.

BAB 11

HUKUM-HUKUM

HUKUM-HUKUM

NEWTON

NEWTON

HUKUM-HUKUM

NEWTON

Hukum I Hukum III

Aksi = Reaksi

Hukum II F = m.a

atau EF = m.a benda bersifat

Pengaruh gaya terhadap sebuah benda, di antaranya dapat mengadakan perubahan gerak pada benda tersebut.

Pada materi ini akan dibahas pengaruh gaya terhadap gerak sebuah benda yang tertuang dalam hukum Newton I, II dan III.

A. HUKUM I NEWTON

Hukum I Newton menyatakan "Suatu benda tetap diam atau bergerak lurus beraturan jika tidak ada gaya yang bekerja pada benda itu atau jika resultan gaya yang bekerja pada benda itu sama dengan nol."

Dari pernyataan hukum I Newton di atas, secara matematika dapat pula dinyatakan bahwa syarat berlakunya hukum I Newton jika ΣF = 0 (jumlah aljabar gaya-gaya yang bekerja pada benda itu = 0).

Hukum I Newton disebut juga hukum kelembaman, artinya pada dasarnya setiap benda bersifat lembam, yaitu berusaha mempertahankan keadaannya. Jika benda dalam keadaan diam maka akan berupaya diam selamanya dan jika benda dalam keadaan bergerak akan berupaya bergerak selamanya. Sifat kelembaman benda sebanding dengan massa benda. Semakin besar massa benda, semakin besar pula sifat kelembamannya.

Perhatikan contoh-contoh di bawah ini.

Gambar 11.1(a) Gambar 11.1(b)

Gambar 11.1(a) : Menggambarkan seseorang sedang menarik seekor kam bing dalam keadaan diam.

Gambar 11.1(b) : Menggambarkan seseorang sedang menarik seekor kerbau dalam keadaan diam.

Sumber: Clip Art Gambar 11.2 Kereta api yang sedang bergerak

Untuk menghentikan kereta api yang sedang bergerak tidak mudah, karena massa kereta api begitu besarnya sehingga sifat kelembamannya juga besar. Contoh penerapan hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari misalnya, kalian naik kendaraan bus yang sedang bergerak stabil tiba-tiba direm dengan mendadak, tentu kalian akan terdorong ke depan. Tetapi, jika bus dipercepat dengan mendadak tentu kalian akan terdorong ke belakang. Mengapa demikian?

B. HUKUM II NEWTON

Hukum II Newton membahas hubungan antara gaya konstan yang bekerja pada benda terhadap percepatan yang timbul pada benda tersebut dan hubungan antara massa benda terhadap percepatan yang timbul pada benda akibat gaya konstan yang bekerja pada benda tersebut.

Sebelum kita membahas keterkaitan besaran-besaran di atas, kita ingat kembali pada grafik hubungan kecepatan (v) terhadap waktu (t) pada gerak lurus berubah beraturan (GLBB), seperti tampak pada gambar 11.3 berikut.

Gambar 11.3 Grafik hubungan v dan t pada GLBB

Dari grafik tersebut di dapat bahwa nilai percepatan (a) sebanding dengan besar sudut kemiringan grafik (α).

Untuk membahas hal di atas mari kita ikuti hasil percobaan yang menggunakan alat-alat dan rangkaian alat seperti gambar 11.4 berikut.

a ∞ α

t v

Gambar 11.4 Keterangan :

a = pita ticker timer e = katrol b = ticker timer f = papan luncur c = trolly g = beban d = benang

a. Kegiatan I

Pada kegiatan I menggunakan 1 trolly dengan beban yang digantung mula-mula 2 buah, kemudian 3 buah dan selanjutnya 4 buah!

Pada saat beban dilepas, ticker timer. Dengan demikian selama trolly bergerak pita ticker timer terekam ketikannya. Dari langkah kegiatan 1 jika kemudian pita ticker timer dipotong-potong dengan setiap potongannya mengandung sejumlah ketikan yang sama (misal 10 ketikan) maka terdapat grafik seperti gambar 11.5 di bawah.

Gambar 11.5

Informasi:

1. Penambahan beban digantung berarti penambahan gaya yang bekerja pada trolly. 2. Besar percepatan yang timbul pada trolly sebanding dengan besar sudut kecondongan grafik.

Dari hasi kegiatan I, didapat bahwa besar percepatan (a) sebanding dengan besar gaya yang bekerja pada benda (F).

b. Kegiatan II

Ulangi langkah kegiatan I, tetapi mengganakan beban yang tetap! Adapu jumlah trolly diubah dengan cara menumpuk beberapa trolly! Ternyata dengan menggunakan trolly 3 buah, 2 buah, dan 1 buah diperolah grafik seperti gambar 11.6 berikut.

a ∞F

kecepatan

(waktu) 2 beban

kecepatan

(waktu) 3 beban

kecepatan

(waktu) 4 beban

(a)

(b) (c)

(d) _(e)

Gambar 11.6 Informasi :

Penambahan jumlah trolly berarti penambahan massa trolly.

Berdasarkan kegiatan II, diperoleh bahwa besar perecapatan berbanding terbalik dengan massa benda.

Berdsarkan kegaitan I dan II di atas , maka hukum II Newton dapat dinyatakan dengan bentuk persamaan:

atau

Catatan :

1. Jika banyaknya gaya yang bekerja pada benda lebih dari satu buah maka diperoleh:

2. Hukum II Newton dalam penerapannya berhubungan dengan gerak lurus berubah beraturan.

Contoh Soal:

1. Sebuah benda mula–mula diam kemudian diberikan gaya sehingga percepatan yang timbul 2 m/s2_{. Jika massa benda 10 kg, hitunglah gaya yang bekerja!}

Penyelesaian:

Diketahui: a = 2 m/s2 m = 10 kg Ditanya: F = ...? Jawab: F = m . a

F = 10 kg x 2 m/s2 = 20 kg m/s2_{= 20 N} Jadi, gaya yang bekerja sebesar 20 N.

ΣF = m . a

F = m . a

a F

m

=

a 1 m

∞

kecepatan

(waktu)

3 trolly 2 trolly

kecepatan

(waktu)

1 trolly kecepatan

(waktu)

Keterangan:

a = percepatan (m/s2₎

F = gaya (N)

2. Mobil dengan massa 900 kg saat akan melaju dari keadaan diam gaya yang bekerja 1800 N. Hitunglah percepatannya!

Penyelesaian :

Diketahui : m = 900 kg F = 1800 N Ditanya : a = ...? Jawab :

Jadi, percepatan mobil 2 m/s2

3. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 72 km/jam kemudian direm dengan gaya konstan sehingga dalam waktu 5 sekon kecepatannya menjadi 36 km/jam. Jika massa mobil 8 ton hitung:

a. gaya untuk mengerem,

b. waktu yang diperlukan mulai mobil direm sampai berhenti. Penyelesaian:

= - 16000 N (tanda (–) : berlawanan dengan arah gerak benda) b. v_t= v_o+ at

0 = 20 – 2.t 2t = 20

t = 20_/

2= 10 sekon

Jadi untuk berhenti membutuhkan waktu 10 sekon.

UJI PEMAHAMAN

Kerjakan soal di bawah ini dengan benar!

1. Mobil balap dalam waktu 10 detik menambah kecepatannya dari 10 m/s menjadi 30 m/s. Berapakah besar gaya mesin jika massa mobil 5 ton?

2. Seorang sopir mengendarai truk dengan kecepatan 30 m/s dan dalam 5 detik meningkatkan kecepatan menjadi 40 m/s. Karena kurang menguasai kendaraannya, truk menabrak pohon. Berapakah gaya benturan yang ditimbulkan truk, jika massa truk 6 ton?

C. HUKUM III NEWTON

Hukum III Newton disebut juga dengan hukum aksi-reaksi. Artinya jika pada suatu benda diberikan gaya sebagai aksi maka benda tersebut akan melawan dengan gaya sebagai gaya reaksi.

Hukum III Newton menyatakan "Jika suatu benda I mengerjakan gaya terhadap benda II maka benda II mengerjakan gaya pada benda I yang besarnya sama, tetapi dengan arah yang berlawanan dengan arah gaya dari benda I".

Secara matematis hukum III Newton dapat dinyatakan :

Agar lebih jelasnya, perhatikan kejadian di bawah ini :

Gambar 11.7

Seorang yang naik kereta roda menarik tali yang diikatkan pada tembok.

Ketika orang tersebut menarik tali ke arah belakang, yang terjadi orang beserta kereta rodanya bergerak ke depan. Hal tersebut dapat terjadi karena pada saat orang memberi aksi pada tali ke arah belakang maka tali meberi reaksi pada orang ke arah depan. Dari kejadian tersebut jelaslah bahwa jika kita memberi aksi pada benda, maka benda itu memberi reaksi pada kita yang besarnya sama dengan arah berlawanan.

Untuk lebih jelasnya mengenai panjang aksi dan reakasi, perhatikan gambar 11.8 berikut yang menggambarkan sebuah buku yang terletak di atas meja.

Gambar 11.8

ANGKUMAN

1. Hukum I Newton menyatakan bahwa benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan jika resultan gaya sama dengan nol.

a. Benda bersifat lembam b. ΣF = 0

2. Hukum II Newton secara matematis ditulis F = m . a atau ΣF = m . a 3. Hukum III Newton menyatakan bahwa aksi = reaksi dan ditulis:

F_aksi = F_reaksi

R

Keterangan:

W_B= Gaya bumi menarik buku W_B' = Gaya buku menarik bumi

N₁= Gaya normal oleh meja terhadap buku N₂= Gaya normal oleh buku terhadap meja

Dari gaya-gaya yang muncul pada sistem tersebut di atas, maka yang merupakan pasangan gaya aksi dan reaksi adalah:

a. W_Bdan W_B' b. N₁dan N₂

D. PENERAPAN HUKUM NEWTON DALAM KEHIDUPAN

SEHARI-HARI

Dalam kehidupan sehari-hari hukum newton banyak diterapkan pada hal-hal sebagai berikut.

1. Orang yang sedang mendayung sampan.

I. Pilihlah satu jawaban yang paling benar !

1. Hukum I Newton membahas tentang ....

a. percepatan benda b. kelembaman benda c. gaya aksi reaksi d. gerak melingkar

2. Besar percepatan yang timbul akibat gaya adalah ....

a. berbanding terbalik dengan gaya

b. berbanding lurus dengan kuadrat gaya

c. berbanding lurus dengan massa benda

d. berbanding terbalik dengan massa benda

3. Jika resultan gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda berharga nol maka benda tersebut .... a. bergerak dengan percepatan

tetap

b. mungkin bergerak dengan kecepatan tetap

c. pasti diam

d. bergerak kemudian diam 4. Gaya sebesar 60 N bekerja pada

benda bermassa 2 kg di atas lantai licin, hingga benda dari diam menjadi bergerak. Setelah 2 sekon jarak yang ditempuh ....

a. 25 m c. 75 m

b. 60 m d. 125 m

5.

Dari gambar di atas jika benda mempunyai massa 2 kg maka per-cepatan yang timbul adalah .... a. 25 m/s2 _{c. 125 m/s}2 b. 100 m/s2 _{d. 225 m/s}2

6.

Dari gambar di atas jika sistem setimbang maka besar gaya tegangan tali ( T ) sebesar ....

a. 4 N c. 14 N

b. 6 N d. 40 N

7. Untuk mendapatkan percepatan yang besar pada sebuah benda, diperlukan ....

a. gaya yang besar, massa yang besar

b. gaya yang kecil, massa yang kecil

c. gaya yang kecil, massa yang besar

d. gaya yang besar, massa yang kecil

8.

Dari keempat gambar di atas, yang mempunyai percepatan terbesar adalah gambar nomor ....

a. (1) c. (3)

b. (2) d. (4)

10.

Gambar di samping adalah perlengkapan percobaan hukum II Newton. Jika massa trolly = 0,5 kg maka grafik hubungan kecepatan terhadap 0,5 kg waktu yang terekam pada pita ticker timer yang benar adalah ....

a.

II. Kerjakan soal di bawah ini !

1. Jika kita naik bus yang sedang melaju dengan kecepatan konstan kemudian dipercepat dengan tiba-tiba ternyata tubuh kita terdorong ke belakang. Akan tetapi jika kemudian di rem dengan tiba-tiba ternyata tubuh kita terdorong ke depan.

Hal ini berdasarkan hukum newton ke berapa? Beri penjelasan!

2. Mengapa kita sulit mendapatkan gerak benda di sekitar kita berdasar hukum I Newton?

3. Seorang anak naik sepatu roda kemudian mendorong tembok ke arah selatan, maka apa yang terjadi dengan orang beserta sepatu rodanya?

Beri penjelasan! Berdasar hukum newton ke berapa?

4. Sebuah benda dengan massa 5 kg yang mula-mula diam dikerjakan gaya konstan sebesar 10 N. Berapa jarak yang ditempuh benda setelah 10 sekon? 5. Sebuah kawat hanya mampu menahan gaya 20 N. Sebuah benda digantung