Hukum Newton Soal dan Pembahasan

Hukum Newton adalah hukum yang menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya. Hukum gerak ini merupakan pondasi mekanika klasik yang dijabarkan dalam tiga Hukum Fisika.

Sesuai dengan namanya, Hukum Newton dikemukaan oleh seorang ahli fisika, matematika, dan filsafat dari Inggris yang bernama Sir Isaac Newton (1643 – 1722). Newton juga menemukan hukum gravitasi, hukum gerak, kalkulus, teleskop pantul, dan spektrum.

Hukum Newton 1

Bunyi: “Jika resultan pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap”.

Atau dapat ditulis dengan rumus

  

Berdasarkan hukum ini, kamu dapat memahami bahwa suatu benda cenderung mempertahankan keadaannya. Benda yang diam akan cenderung untuk tetap diam dan benda yang bergerak akan cenderung untuk tetap bergerak. Oleh karena itu, Hukum Newton I juga disebut sebagai hukum kelembaman atau hukum inersia.

Contoh Hukum Newton 1

1. Saat menaiki mobil yang bergerak cepat kemudian di rem penumpang akan terdorong kedepan.

2. Mobil berjalan keadaan pelan kemudian mendadak menginjak gas maka penumpang akan tercondong ke belakang.

3. Jika meletakkan misalnya koin pada atas kain kemudian kain tersebut di Tarik secara cepat, maka koin tersebut akan tetap.

Contoh-contoh diatas merupakan peristiwa kelembaman atau inersia. Sifat kelembaman suatu benda ditentukan oleh massa benda tersebut. Makin besar massa benda, maka kelembamannya akan semakin besar.

Massa merupakan besaran inersia suatu benda. Semakin besar massa suatu benda, maka akan semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk membuat benda tersebut melakukan akselerasi atau percepatan. Selain itu, massa benda yang besar akan lebih susah untuk digerakkan dari posisi diam dan susah dihentikan dari kondisi bergerak.

Hukum Newton 2

Bunyi: “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”.

Hukum Newton II dinotasikan dengan rumus:

Dimana :
 = gaya total yang bekerja pada benda (N)
 = massa benda (kg)
 = percepatan benda (m/s²)

Berdasarkan Hukum Newton II, kamu dapat memahami bahwa suatu benda akan bertambah kelajuannya jika diberikan gaya total yang arahnya sama dengan arah gerak benda. Akan tetapi, jika arah gaya total yang diberikan pada benda tersebut berlawanan dengan arah gerak benda maka gaya tersebut akan memperkecil laju benda atau bahkan menghentikannya.

Karena perubahan kelajuan atau kecepatan merupakan percepatan. Maka dapat disimpulkan bahwa gaya total yang diberikan pada benda dapat menyebabkan percepatan. 

Contoh Hukum Newton 2

1. Menarik gerobak mengangkut pupuk dari rumah ke lading

2. Jika di tarik dengan gaya yang sama mobil-mobil yang masasanya lebih besar (ada beban) percepatannya lebih kecil, sedangkan pada mobil-mobilan yang sama (massa sama) jika ditarik dengan gaya yang lebih besar akan mengalami percepatan yang lebih besar pula.

3. Mengiring bola pada permukaan datar

Hukum Newton 3

Bunyi: “Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama.”

Hukum newton 3 diterapkan pada tiga jenis gaya yaitu gaya gesek, gaya berat dan gaya sejenis.

1. Gaya Gesek

2. Gaya Berat

3. Gaya Sejenis

Contoh Hukum Newton 3

1. Pada saat duduk pada kursi busa, berat badan akan menekan kursi kebawah, sedangkan kursi akan menahan berat badan keatas.

2. Melempar bola pada dinding maka bola akan berbalik dengan kekuatan sama

3. Jika seseorang memakai sepatu roda dan mendorong dinding, maka dinding akan mendorong sebesar sama dengan gaya yang kamu keluarkan tetapi arahnya berlawanan, sehingga orang tersebut terdorong menjauhi dinding.

 

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Sebuah balok bermassa 5 kg (berat w = 50 N) digantung dengan tali dan diikatkan pada atap. Jika balok diam maka berapakah tegangan talinya?

Penyelesaian:

Gaya-gaya yang bekerja pada balok seperti gambar di bawah ini, karena balok diam, maka berlaku hukum I Newton yaitu sebagai berikut.

ΣF = 0

T – w = 0

T – 50 = 0

T = 50 N

Jadi, gaya tegangan tali yang bekerja pada balok tersebut adalah 50 Newton.

 

2. Sebuah benda bermassa 40 kg ditarik melalui katrol sehingga memiliki posisi seperti yang diperlihatkan pada gambar (a) di bawah ini. Jika sistem itu diam, maka berapakah gaya F?

Penyelesaian:

Benda yang bermassa akan memiliki berat.

w = mg

w = 40 kg × 10 m/s2

w = 400 N

pada sistem itu bekerja tiga gaya yaitu w, F, dan T yang tidak segaris, sehingga menentukan resultannya dapat digunakan sumbu koordinat XY (metode analisis) seperti pada gambar (b) di atas. Sistem diam berarti berlaku Hukum 1 Newton sebagai berikut.

■ Pada sumbu-Y

ΣFy = 0

T sin 53o – w = 0

T(0,8) – 400 = 0

0,8T = 400

T = 400/0,8

T = 500 N

■ Pada sumbu-X

ΣFx = 0

F – T cos 53o = 0

F – (500)(0,6) = 0

F – 300 = 0

F = 300 N

Jadi, gaya F yang bekerja pada sistem tersebut adalah 300 Newton.

 

3. Benda bermassa 10 kg diikat tali dan dibentuk sistem seperti pada gambar (a) berikut ini. Jika sistem itu diam dan percepatan gravitasi g = 10 m/s2maka tentukan tegangan tali T1 dan T2!

Penyelesaian:

Berat benda adalah sebagai berikut.

w = mg

w = 10 kg × 10 m/s2

w = 100 N

Dengan menggunakan metode analisis sama seperti pada contoh soal sebelumnya di mana diagram gaya ditunjukkan pada gambar (b), maka resultan gaya yang bekerja pada sistem ini adalah sebagai berikut.

■ Pada sumbu-Y

ΣFy = 0

T1 sin 60o + T2 sin 30o – w = 0

T1 (1/2√3) + T2 sin (1/2) – 100 = 0

1/2√3 T1 + 1/2 T2 = 100

(Kedua ruas dikali 2)

√3 T1 + T2 = 200

T2 = 200 – √3 T1 ……….. pers. (a)

■ Pada sumbu-X

T2 cos 30o – T1 cos 60o = 0

T2 (1/2√3) – T1 (1/2) = 0

1/2√3 T2 – 1/2T1 = 0 ……….. pers. (b)

{subtitusikan persamaan (a) ke persamaan (b)}

1/2√3(200 – √3 T1) – 1/2T1 = 0

100√3 – 3/2T1 – 1/2T1 = 0

3/2T1 + 1/2T1 = 100√3

4/2T1 = 100√3

2T1 = 100√3

T1 = 50√3 N

Untuk memperoleh nilai T2, kita subtitusikan nilai T1 = 50√3 ke persamaan (a) sehingga kita peroleh nilai sebagai berikut.

T2 = 200 – √3 T1

T2 = 200 – √3(50√3)

T2 = 200 – 150

T2 = 50 N

Dengan demikian, nilai T1 dan T2 berturut-turut adalah 50√3 N dan 50 N.

4. Sebuah truk dapat menghasilkan gaya sebesar 7000 N. Jika truk tersebut dapat bergerak dengan percepatan 3,5 m/s2, maka tentukan massa truk tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

ΣF = 7000 N

a = 3,5 m/s2

Ditanyakan: m = …?

Jawab:

Jadi, massa truk tersebut adalah 2 ton.

5. Balok A bermassa 4 kg diletakkan di atas balok B yang bermassa 6 kg. Kemudian balok B ditarik dengan gaya F di atas lantai mendatar licin sehingga gabungan balok itu mengalami percepatan 1,8 m/s2. Jika tiba-tiba balok A terjatuh maka berapakah percepatan yang dialami oleh balok B saja?

Penyelesaian:

Diketahui:

mA = 4 kg

mB = 6 kg

a1 = 1,8 m/s2

Ditanyakan: a2 = …?

Jawab:

Keadaan balok pertama (tergantung) dan kedua (A jatuh) dapat di gambarkan seperti pada gambar di bawah ini.

Pada kedua kejadian berlaku hukum II Newton sebagai berikut.

F = ma

F = (mA + mB)a1

F = (4 + 6)1,8

F = 18 N

Gaya F juga bekerja pada keadaan kedua sehingga diperoleh:

F = mBa2

18 = 6a2

berarti a2 = 3 m/s2