Hukum Newton

Kompetensi
Kompetensi Dasar :
Menerapkan Hukum Newton sebagai prinsip dasar dinamika untuk : Gerak Lurus.
Indikator :
  1. Mengidentifikasikan materi prasarat Hukum Newton.
  2. Siswa dapat mendefinisikan hukum I Newton.
  3. Siswa dapat mendefinisikan hukum II Newton.
  4. Siswa dapat mendefinisikan hukum III Newton.
  5. Siswa dapat menghitung gaya gesek
  6. Siswa dapat menerapkan Hukum-hukum Newton dalam memecahkan masalah.
Materi
Pengantar
Kalian semua tentunya sering melihat mobil yang bergerak lurus.
Mengapa mobil dapat bergerak ?
Apa yang menyebabkan mobil dapat bergerak ?
Bagaimana cara menghitung kecepatannya ?
Bagaimana cara menghitung jarak yang ditempuhnya ?
Dalam waktu yang singkat dengan mempelajari materi ini, kalian akan mampu :
  1. Menghitung kecepatan benda yang bergerak.
  2. Menghitung jarak yang ditempuh oleh benda yang bergerak.
  3. Menjelaskan penyebab benda dapat bergerak.
  4. Menjelaskan hukum-hukum Newton tentang gerak.
  5. Menghitung gaya gesek.
  6. Menjelaskan penerapan hukum-hukum Newton tentang gerak
Hukum I Newton
Siapakah pencetus hukum Newton tentang gerak  ?
Hukum Newton tentang gerak dicetuskan oleh Sir Issaac Newton. Beliau lahir 4 Januari 1642 di Inggris dan meninggal pada tanggal 31 Maret 1727. Newton adalah seorang fisikawan, matematikawan, ahli Astronomi, dan ahli Kimia. Dalam bukunya :” Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, beliau membahas tentang gerak, dimana hukum ini masih kita pakai dan kita pelajari sampai sekarang. 
 
Bagaimanakah definisi hukum I Newton tentang gerak  ?
Hukum I Newton disebut juga hukum kelembaman (Inersia).
Pada dasarnya benda bersifat lembam artinya benda akan mempertahankan keadaannya, yaitu :
  • Bila benda dalam keadaan diam maka benda akan tetap diam.
  • Bila benda bergerak maka akan bergerak lurus beraturan.
Definisi hukum I Newton :
Bila tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda , maka ;
  • benda yang diam akan tetap diam
  • benda yang bergerak akan bergerak lurus beraturan.
Secara matematis ditulis ;
Þ SF = 0 maka a = 0, sehingga Dv = 0 maka v = 0 (untuk benda yang diam) dan v = konstan (untuk benda yang bergerak)
Bagaimanakah ciri-ciri hukum I Newton tentang gerak  ?
Ciri-ciri hukum I Newton :
  • Tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda  Þ  SF = 0.
  • Tidak mempunyai percepatan (perubahan kecepatan tiap detik)  Þ  a = 0
  • Jika diam akan tetap diam Þ v = 0
  • Jika bergerak akan bergerak lurus beraturan Þ v = c (Gerak Lurus Beraturan).
Contoh aplikasi hukum I Newton :
  • Penumpang terjungkal saat mobil yang bergerak cepat direm mendadak.
  • Koin di atas kertas di atas meja akan tetap di atas di atas meja jika kertas ditarik secara cepat.
  • Ayunan bandul sederhana.
  • Pemakaian roda gila pada mesin mobil.
Jika kita melempar batu ke atas di ruang angkasa maka batu itu akan bergerak lurus ke atas terus. Orang diam di atas mobil yang bergerak sebetulnya dia mempunyai kecepatan yang besarnya sama dengan kecepatan mobil yang ditumpanginya. Pada saat mobil direm mendadak maka orang itu tetap bergerak dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan mobil sebelum direm sehingga orang itu terpental.
Hukum II Newton
Bagaimanakah definisi hukum II Newton tentang gerak  ?
Definisi hukum II Newton adalah benda yang mengalami gaya akan mendapat percepatan yang besarnya ;
  • Berbanding lurus (sebanding) dengan besar resultan gaya-gaya yang mempengaruhinya.
  • Berbanding terbalik dengan massa benda itu
Secara Sistematis
Ditulis :
a : percepatan benda, satuannya    m/s2
f : gaya yang bekerja, satuannya   N (newton)
m : massa benda, satuannya Kg
Bagaimana kesetaraan Newton dengan Dyne  ?
Kesetaraan newton dengan dyne :
1N = 1Kg.m/s2 = (1000gr)(100cm/s2) -> jadi 1 newton = 105 dyne.


Hukum III Newton
Bagaimanakah definisi hukum III Newton  ?
Definisi hukum III Newton adalah bila benda A melakukan gaya pada benda B sebagai aksi , maka benda B akan melakukan gaya balik terhadap benda A sebagai reaksi yang besarnya sama tapi arahnya  berlawanan.
Apakah syarat-syarat hukum III Newton  ?
Syarat-syarat hukum III Newton :
  • Yang bekerja adalah gaya-gaya luar.
  • Gaya-gaya itu harus segaris kerja.
  • Pasangan aksi-reaksi hadir jika 2 benda berinteraksi.
  • Aksi-reaksi bekerja pada 2 benda yang berbeda
  • Aksi-reaksi sama besar tapi berlawanan arah  -> FA = - FB.
Orang mengeluarkan gaya untuk mendorong tembok ( Fo ) sebagai aksi, maka tembok akan melakukan gaya balik ( FT ) terhadap orang itu sebagai reaksi yang besarnya sama tapi arahnya berlawanan --> Fo = - FT
Contoh-contoh gaya aksi-reaksi adalah :
  1. Gaya gravitasi.
  2. Gaya magnet.
  3. Gaya listrik

Gaya Gesek (gesekan)
Bagaimanakah definisi gesekan (gaya gesek) itu  ?
Gaya gesek adalah gaya yang melawan gaya tarik atau gaya dorong yang bekerja pada suatu benda . Atau gesekan adalah gaya yang timbul pada dua permukaan benda yang bergesekan yang arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda .
Gaya gesek merupakan gaya sentuh yang muncul jika permukaan dua zat  yang bersentuhan secara fisik, dengan arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan bidang sentuh dan berlawanan dengan arah gerak relatif benda itu.
Apakah keuntungan dan kerugian akibat gesekan  ?
Manfaat yang ditimbulkan akibat gesekan :
  1. Benda dapat bergerak (berjalan) di atas lantai tanpa tergelincir .
  2. Laju kendaraan dapat di-rem , sehingga terhindar dari kecelakaan.
  3. Menahan / menghambat benda-benda angkasa yang jatuh ke bumi.
Kerugian yang ditimbulkan akibat gesekan :
  1. Kita harus mengeluarkan banyak energi , untuk melawan gesekan.
  2. Gesekan menyebabkan benda yang berputar menjadi aus (rusak).
  3. Gesekan menyebabkan benda menjadi panas.
Bagaimana usaha kita untuk mengurangi gesekan  ?
Usaha-usaha untuk mengurangi gesekan :
  1. Memakai pelumas.
  2. Memakai silinder untuk mendorong peti.
  3. Memakai pelor atau gotri atau bola-bola besi kecil.
Berikan contoh-contoh gesekan yang merugikan dan yang menguntungkan  !
Contoh-contoh gesekan yang merugikan :
  1. Gesekan udara dengan permukaan mobil     (menghambat laju mobil)
  2. Gesekan permukaan ban dengan jalan         (ban menjadi aus).
  3. Gesekan organ-organ mesin yang berputar  (organ mesin menjadi aus).
  4. Gesekan tali dengan katrol                            (menguras energi kita).
  5. Gesekan peti dengan lantai yang kita tarik    (menguras energi kita).
Contoh-contoh gesekan yang menguntungkan
  1. Gesekan parasut dengan udara    (penerjun selamat sampai di tujuan)
  2. Gesekan angin dengan layar         (perahu dapat bergerak)
  3. Gesekan kaki dengan lantai           (kita dapat berjalan)
  4. Gesekan roda dengan jalan           (kendaraan dapat melaju)
  5. Gesekan pada pengereman           (laju kendaraan dapat dikurangi)
Apa saja yang mempengaruhi besarnya gaya gesek  ?
  1. Koefisien gesekan ( μ ) adalah tingkat kekasaran permukaan yang bergesekan.
    Makin kasar kontak bidang permukaan yang bergesekan makin besar gesekan yang ditimbulkan.
    Jika bidang kasar sekali , maka μ = 1.
    Jika bidang halus sekali , maka μ = 0.
  2. Gaya normal (N) adalah gaya reaksi dari bidang akibat gaya aksi dari benda.
    Makin besar gaya normalnya makin besar gesekannya.
Ada berapa macam gaya gesek  ?
Gaya gesek dibedakan menjadi dua macam , yaitu:
  1. Gaya gesek statis adalah gaya gesek benda sebelum bergerak
    Ingat ; untuk benda yang belum bergerak
  2. Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek benda setelah bergerak
fs : gaya gesek statis , satuannya    N.
fk : gaya gesek kinetis , satuannya   N.
N : gaya normal , satuannya   N.
μs : koefisien gesek statis
μk : koefisien gesek kinetis
Bagaimana cara merumuskan gaya normal  ?Cara merumuskan gaya normal adalah dengan memakai persamaan hukum I Newton, yaitu ;
  • Benda di atas bidang datar ditarik gaya mendatar

    N = w = m.g
  • Benda di atas bidang datar ditarik gaya membentuk sudut
  • Benda di atas bidang miring membentuk sudut
Bagaimanakah arah gaya-gaya yang bekerja pada benda  ?
Arah gaya normal (N) selalu tegak lurus dengan dengan bidang (letak benda)
Arah gaya berat (w) selalu ke bawah (pusat bumi)
Arah gaya gesek (f) selalu berlawanan dengan arah gerak benda.
Arah gaya gerak ( F ) searah dengan gerak benda.
Bagaimanakah cara menentukan nilai gaya gesek ( gesekan )  ?
Menentukan nilai gesekan (f) :
Bila ;
F = fs , maka benda tepat akan bergerak
F > fs , maka benda bergerak
Ingat  !
Ketika kita mendorong benda secara terus-menerus, maka muncul fs yang membesar dari nol sampai fs maksimum (benda tepat akan bergerak), setelah benda bergerak maka gaya gesek menurun sampai mencapai nilai yang tetap yang disebut gaya gesek kinetis (dinamis)
Maka dalam keadaan bergerak , koefisien gesekan antara benda dengan bidang akan mengecil , sehingga μs >  μk.

Penerapan Hukum Newton
Bagaimanakah aplikasi hukum Newton  ?
Prinsip:
  1. Jika benda diam maka memakai Hukum I Newton, yaitu
    1. Jika benda bergerak Þ  maka memakai Hukum II Newton , yaitu ;
Bagaimanakah aplikasi hukum I Newton  ?
1. Benda digantung pada seutas tali gesekan diabaikan
 
*) Jika benda diam , maka : T = w Þ  T = m.g
*) Jika benda naik , maka : T – w = m.a Þ  T = m(g + a)
*) Jika benda turun , maka : w – T = m.a Þ T = m(g – a)
T : tegangan tali = ……… N.
    1. Benda digantung pada tali yang bercabang
       
Bagaimanakah aplikasi hukum II Newton  ?
1. Benda terletak pada katrol (kerekan ) gesekan diabaikan

*) Besarnya percepatan benda :
a : percepatan , satuannya    m/s2 
*) Besarnya tegangan tali :
mB : massa benda yang besar , satuannya   Kg
mK : massa yang kecil , satuannya   Kg
T : gaya tegang (tegangan) tali , satuannya    N
2. Benda di dalam lift gesekan diabaikan

*) Jika lift naik , maka :
NN : gaya normal benda pada saat lift naik, satuannya N
NT : gaya normal benda pada saat lift turun, satuannya N
*) Jika lift turun, maka :
3. Benda di atas bidang data
      • Gaya yang bekerja searah perpindahan
      • Gaya yang bekerja membentuk sudut q terhadap perpindahan (arah horisontal)
Gandengan beberapa benda ditarik dengan gaya F
Benda 1 ;  gaya-gaya yang bekerja
Σ Fy = 0 Þ N1 – w1 = 0   Þ  N1 =  m1.g.
Σ Fx = m.a  Þ F – f1 - T = m1.a
           f1            w1     f2         w2                    T = F – m1.g. μk – m1.a.
Benda 2 ; gaya-gaya yang bekerja
Σ Fy = 0 Þ N2 – w2 = 0   Þ  N2 =  m2.g.
Σ Fx = m.a  Þ T – f2 = m2.a   Þ T = m2.a + m2.g. μk
Seluruh sistem ;
ΣFx = Σm.a   Þ F – f1 – f2 = (m1 + m2).a
N1 : gaya normal benda 1 , satuannya  N.
N2 : gaya normal benda 2 , satuannya N.
f1 : gaya gesek benda 1  , satuannya N.
f2 : gaya gesek benda 2  , satuannya N.
T : tegangan (gaya tegang) tali , satuannya N.
F  : gaya tarik , satuannya N.
a : percepatan  , satuannya  m/s2.
Benda 1 pada bidang miring , maka
Σ Fy = 0 Þ N1 – w1x = 0ÞN1 =  m1.g.cos θ.
                                                                                                     Jika w2 > w1y + f1 , maka benda 2 turun dan benda 1 menaiki bidang miring, maka:
Σ Fx = m.a Þ T – w1y – f1 = m1.a
θ  Þ T = m1.a + m1.g.sin θ + N1. μk
Benda 2 tergantung
Σ Fx = m.a Þw2 – T= m2.aÞ  T = w2 - m2.a   Þ
Jika w2 + f1 < w1y  , maka benda 2 naik dan benda 1 menuruni bidang miring, maka
Σ Fx = m.a Þ w1y - T– f1 = m1.a
Σ Fx = m.a ÞT – w2= m2.a  Þ  T= w2 + m2.a
  Þ
a : percepatan , satuannya   m/s2
T : tegangan tali , satuannya   N.