Hukum Newton

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). Ia menemukan hukum gravitasi, hukum gerak, kalkulus, teleskop pantul, dan spektrum.

(Lihat juga: Gaya Gesek dan Gerak Parabola)

Potret Sir Isaac Newton

foto isaac newton
[Sumber: www.biography.com]

Agar kamu memahami materi Hukum Gerak Newton dengan baik, kamu harus memahami terlebih dahulu:

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”.

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 penerapan Hukum Newton I dapat kamu amati apabila kamu sedang dalam kendaraan yang sedang bergerak kemudian direm secara mendadak, maka badan kamu akan terdorong ke depan. Itulah yang dimaksud dengan “kecenderungan untuk tetap melaju”. Contoh lainnya dapat kamu amati apabila kamu sedang duduk pada kendaraan yang diam kemudian bergerak secara mendadak, maka badan kamu akan tersentak ke belakang. Itulah yang dimaksud dengan “kecenderungan untuk tetap diam”.

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”.

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 penerapan hukum Newton II dapat kamu amati apabila kamu menendang sebuah bola (artinya kamu memberikan gaya kepada bola), maka bola tersebut akan bergerak dengan percepatan tertentu.

Hukum Newton II dinotasikan dengan rumus:

\Sigma F = m \cdot a

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

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.”

Contoh penerapannya adalah saat kamu memukul meja (artinya memberikan gaya kepada meja), maka meja tersebut akan memberikan gaya kembali kepada tangan kamu dengan besar yang sama dan berlawanan arah dengan arah gaya yang kamu berikan. Oleh karena itu, semakin besar kamu memukul meja, maka tangan kamu akan semakin sakit karena meja melakukan gaya yang juga semakin besar ke tangan kamu. Perhatikan gambar dibawah.

hukum aksi reaksi
[Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]

Hukum Newton III dinotasikan dengan rumus:

F_1 = - F_2

F_{aksi} = - F_{reaksi}

Dimana:
F_1 = gaya yang diberikan pada benda 2 (N)
F_2 = gaya yang diterima kembali pada benda 1 (N)

Contoh Soal

contoh soal hukum newton
Kereta M dipercepat ke kanan dengan percepatan a_0 = 2 \: m/s^2. Abaikan semua gesekan, massa katrol, dan juga massa tali. Anggap g = 10 m/s2. Jika m_1 = m_2 = m_3 = 2 \: kg maka tegangan tali T pada sistem …. (Simak UI 2010)

(A) 8 N
(B) 12 N
(C) 15 N
(D) 20 N
(E) 25 N

Pembahasan:

Karena yang mengalami percepatan adalah kereta M, maka kotak yang juga mengalami percepatan yang nilai dan arahnya sama adalah kotak 3 karena terletak secara vertikal tepat di sebelah kanan, serta kotak 2 karena terhubung dengan kotak 3. Percepatan pada kotak satu tidak sama dengan nilai percepatan pada kotak 2 dan 3.

Persamaan Hukum Newton 2 pada kotak 1 secara horizontal dapat ditullis dengan:

\Sigma F_1 = m_1 \cdot a_1 \newline \newline T = m_1 \cdot a_1

T = m_1 \cdot a_1 \longrightarrow tidak dapat dihitung.

Persamaan pada kotak 2 secara horizontal dapat ditullis dengan:

\Sigma F_2 = m_2 \cdot a \newline \newline T_2 - T = m_2 \cdot a \newline \newline T_2 = m_2 \cdot a + T

Persamaan pada kotak 3 secara vertikal dapat ditullis dengan:

\Sigma F_3 = m_3 \cdot a

m_3 \cdot g - T_2 = m_3 \cdot a \longrightarrow disubstitusikan dengan persamaan kotak 2.

m_3 \cdot g - (m_2 \cdot a + T) = m_3 \cdot a \newline \newline m_3 \cdot g - m_2 \cdot a - T = m_3 \cdot a \newline \newline m_3 \cdot g - T = m_3 \cdot a + m_2 \cdot a \newline \newline m_3 \cdot g - T = (m_3 + m_2)a

Kita dapat mencari nilai sebesar:

T = m_3 \cdot g - (m_3 + m_2)a \newline \newline T = (2 \: kg)(10 \: m/s^2) - (2 \: kg + 2 \: kg) 2 \: m/s^2 = 12 \: N

Jadi, tegangan tali T pada sistem sebesar 12 \: N

Jawaban: B

Judul artikel: Hukum Newton
Kontributor: Ibadurrahman
Mahasiswa S2 Departemen Teknik Mesin FTUI

Materi lainnya:

  1. Hukum Hooke
  2. Gelombang Bunyi
  3. Gerak Lurus Beraturan