Hukum 1 dan 2 Newton tentang Gerak

Hukum I Newton

Menurut Newton, benda yang awalnya diam akan selalu mempertahankan keadaan diamnya. Misalnya buku yang kamu tinggalkan diatas meja, sampai kapanpun akan terus berada diam diatas meja jika tidak ada yang memindahkannya.

Selain itu, Newton juga mengatakan bahwa jika pada suatu benda yang bergerak lurus dengan kecepatan konstan tidak ada resultan gaya yang bekerja padanya, maka benda itu akan terus bergerak.

Penalaran – penalaran ini akhirnya dirumuskan oleh Newton dalam hukum pertamanya yang berbunyi “suatu benda akan 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”

Secara matematika, hukum I Newton dapat ditulis sebagai berikut :

Jika R = ∑F = 0 ==> maka v = konstan (bergerak lurus beraturan) atau a = 0

Dengan :
R = resultan gaya
∑F = jumlah total aljabar gaya – gaya yang bekerja pada benda
a = percepatan
v = kecepatan

Hukum I Newton sering juga disebut hukum kelembaman. Kelembaman (inersia) adalah sifat suatu benda yang selalu mempertahankan keadaan awal atau kedudukannya. Maksudnya, jika suatu benda awalnya diam maka benda itu akan berusaha mempertahankan keadaan diamnya atau jika suatu benda sedang bergerak maka benda itu akan selalu mempertahankan gerakannya.

Berikut beberapa contoh hukum Newton I/ hukum kelembaman dalam kehidupan sehari hari :
1. Saat mobil berhenti (diam) maka kita yang didalam mobil juga diam. Ketika mobil itu mulai berjalan lagi, kita akan tersentak kebelakang untuk mempertahankan keadaan awal kita yang diam.
2. Saat mobil bergerak, maka kita yang didalamnya juga bergerak. Ketika mobil itu di rem, maka kita akan terdorong ke depan sebagai upaya kita mempertahankan keadaan awal yang bergerak.

Kelembaman suatu benda bergantung pada massa benda. Semakin besar massa nya, maka sifat kelembaman benda itu (upaya untuk mempertahankan keadaan awal) juga semakin besar.

Contohnya, perhatikanlah gambar di bawah ini.

Jika kedua benda yang massanya 20 kg dan 100 kg awalnya diam, maka orang pada ilustrasi A akan lebih mudah menarik benda dibandingkan dengan orang pada ilustrasi B. hal ini disebabkan karena benda dengan massa yang lebih besar akan cenderung punya sifat kelembaman/mempertahankan keadaan awal lebih besar.

Sekarang marish kita lihat penerapan hukum I Newton dalam beberapa soal berikut :

Contoh Soal 1
Sebuah benda bermassa 1,5 kg digantungkan pada seutas tali seperti gambar di bawah ini.

Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s^2 dan benda dalam keadaan seimbang, tentukanlah gaya tegangan tali!

Jawab :
Karena ada kata – kata benda dalam keadaan seimbang, artinya benda tersebut berada dalam keadaan diam. Pada benda yang diam, berlaku hukum I Newton. Padabenda akan ada dua buah gaya yang bekerja yaitu :
1. Gaya berat (w) yaitu gaya yang meraik benda ke arah bawah dan dipengaruhi oleh gravitasi. Gaya berat dapat dicari menggunakan rumus : w = m x g, dengan m = massa benda dan g = percepatan gravitasi.
2. Gaya tegangan tali ke arah atas.

Jika kita gambarkan kedua gaya yang bekerja pada benda diatas dalam diagram vektor, kita – kita bentuknya seperti ini :

Ingat, gaya yang bekerja ke arah atas diberi tanda + dan yang kearah bawah diberi tanda -.

Pada hukum I Newton berlaku :
R = ∑F = 0
T + (-w) = 0
T – w = 0
T = w = m x g = 1,5 kg x 10 m/s^2 = 15 kg m/s^2 = 15 N

Jadi gaya tegangan tali pada gambar diatas = 15 N

Contoh Soal 2
Sebuah benda digantung dengan seutas tali sehingga timbul gaya tegangan pada tali sebesar 150 N. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s^2 dan benda dalam keadaan simbang, berapakah massa benda tersebut?

Jawab :
Soal ini kebalikan dari soal diatas ya! Yang ditanyakan kali ini adalah massa benda.

Diketahui dalam soal :
T = 150 N
g = 10 m/s^2

Karena benda digantung dengan tali sama seperti soal 1, maka gambar dan resultan gaya nya juga sama. Benda juga dalam keadaan seimbang, sehingga berlaku hukum I Newton.
R = ∑F = 0
T + (-w) = 0
T – w = 0 untuk mencari massa benda, kita butuh harga w
w = T
m x g = 150 kg m/s^2
m = 150 kg m/s^2/10 m/s^2
m = 15 kg

jadi massa benda untuk menimbulkan tegangan tali sebesar 150 N adalah 15 kg.

HUKUM II NEWTON TENTANG GERAK

Misalkan pada sebuah balok kita ikatkan karet gelang pada ujungnya. Kemudian balok itu kita beri gaya dengan cara menariknya sehingga balok akan bergerak dan memiliki percepatan yang searah dengan gaya tarik yang kamu diberikan.

Sekarang diatas balok itu, kita letakkan balok lain sehingga massa nya bertambah. Kemudian kita beri juga gaya dengan cara menariknya menggunakan karet gelang.

Ada dua kemungkinan yang terjadi :
1. Jika gaya yang kita berikan sama, maka percepatan yang dialami oleh balok I akan lebih besar dibandingkan balok II.
2. Jika kita ingin percepatannya sama, maka gaya yang diberikan pada balok II akan jauh lebih besar dibandingkan dengan balok I.

Dari hasil pengamatan ini, Newton akhirnya merumuskan hukum keduanya tentang gerak yang berbunyi :
1. Jika ada gaya luar yang bekerja pada benda, maka benda akan mengalami percepatan.
2. Arah percepatan sama dengan arah resultan gaya.
3. Resultan gaya sebanding dengan massa benda dikalikan percepatannya.

Atau dengan kata lain “ percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa benda”

Secara matematikan hukum II Newton dapat ditulis sebagai berikut :

R = ∑F = m x a
Atau
a = ∑F/m

dengan :
R = resultan gaya
∑F = jumlah aljabar gaya – gaya yang bekerja pada benda (N = kg m/s^2)
m = massa benda (kg)
a = percepatan (m/s^2)

Agar kalian lebih memahati tentang hukum II Newton diatas, marilah kita lihat beberapa contoh soal berikut :

Contoh Soal 1
Sebuah mobil mainan bermassa 0,5 kg ditarik dengan gaya sebesar 1,5 N hingga bergerak. Bila gaya gesek antara lantai diabaikan, berapakan percepatan yang dialami mobil?

Jawab :
Diketahui : F = 1,5 N dan m = 0,45 kg

Karena gaya yang bekerja padabenda hanya 1 buah, maka F = ∑F = 1,5 N = 1,5 kg m/s^2

Percepatan (a) = ∑F/m =(1,5 kg m/s^2)/(0,5 kg) = 3 m/s^2

Contoh Soal 2
Sebuah benda bermassa 20 kg ditarik oleh dua buah gaya yang berlawanan arah seperti ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Jika gaya gesek pada permukaan diabaikan, maka berapakah percepatan yang dialami benda tersebut dan kemana arahnya?

Jawab :
Karena ada dua buah gaya yang bekerja pada benda, maka ∑F nya adalah jumlah aljabar gaya – gaya yang bekerja pada benda. Ingan gaya ke kanan diberi tanda + sedangkan gaya ke kiri diberi tanda -.

∑F = F1 + (- F2) = 8 – 13 = - 5 N = - 5 kg m/s^2
Maksudnya, resultan gaya pada benda trersebut adalah sebesar 5 N ke arah kiri. Ingat, pada hukum II Newton dikatakan bahwa arah percepatan sama dengan arah resultan gaya. Jadi arah percepatan benda padagambar diatas juga kekiri.

Besar percepatannya adalah :
a = ∑F/m = 5 kg m/s^2 / 20 kg = 0,25 m/s^2

Contoh Soal 3
Benda A bermassa 2 kg dan benda B bermassa 4 kg, keduanya dihubungkan dengan seutas tali seperti gambar di bawah ini. Jika kedua benda ditarik dengan gaya sebesar 25,2 N dan gesekan dengan lantai diabaikan, tentukanlah percepatan kedua benda tersebut!

Jawab :
Karena kedua benda terhubung oleh tali dan ditarik dengan gaya yangsama, maka percepatan yang dialami oleh kedua benda adalah sama.

a = F/m = 25,2 N/ (m A + m B) = 25,2 kg m/s^2/ 6 kg = 4,2 m/s^2

Contoh Soal 4
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?

Jawab :
Untuk mencari gaya benturan kita membutuhkan data percepatan (a) dan massa (m). percepatan kan belum ada pada soal diatas, sehingga perlu kitacari terlebih dahulu.

Masih ingatkah kalian dengan rumus mencari percepatan?
Percepatan (a) = kecepatan (v) / waktu (t)
= V akhir – V awal/ t
= (40 – 30) m/s/5 s
= 10/5 m/s^2
= 2 m/s^2

Untuk menghitung gaya benturan truk dengan pohon, kita pakai hukum II Newton yaitu :
F = m x a = 6 ton x 2 m/s^2 = 6000 kg x 2 m/s^2 = 12.000 N