Hukum Newton

Dalam kehidupan sehari-hari, kita melihat benda yang bergerak. Mulai mobil, motor, maupun manusia, silih berganti bergerak di hadapan kita. Gerak tersebut pastinya melibatkan besaran yang mengakibatkannya. Konsep penyebab benda bergerak pada fisika kita kenal dengan gaya.

Gaya merupakan besaran fisika yang dapat mengakibatkan benda bergerak, yaitu berupa tarikan dan dorongan. Gaya juga bisa mengakibatkan benda berubah bentuk seperti pada pegas, maupun berubah arah seperti motor yang sedang berbelok di tikungan.

Konsep gaya pertama kali dikenalkan oleh Sir Isacc Newton pada tahun 1687 melalui bukunya yang fenomenal, yaitu Mathematical Principles of Natural Philosophy. Menurut newton gaya mengakibatkan akselerasi suatu benda. Fisikawan merangkum konsep gaya yang kemudian kita kenal dengan 3 Hukum Newton.

Hukum I Newton

"Tanpa adanya gaya yang bekerja pada benda atau apabila total gaya yang bekerja pada benda bernilai nol, benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan."

\[ \Sigma F = 0 \]

Hukum I Newton disebut juga dengan hukum kelembaman, atau inertia law. Contoh dari hukum I Newton adalah benda yang diam tanpa adanya gaya yang kita berikan. Contoh lainnya adalah control cruise pada mobil. Pada mobil modern, terdapat fitur ini dimana saat fitur ini diaktifkan, mobil akan memberikan gaya yang mengimbangi gaya gesek udara dan hambatan lainnya sehingga mobil akan melaju dengan kecepatan yang konstan.

Hukum II Newton

"Besarnya akselerasi suatu benda berbanding lurus dengan gaya yang diberikan dan berbanding terbalik dengan massa benda."

Secara matematis hukum II newton dapat dituliskan:

\[ a = \frac{\Sigma F}{m} \quad \text{atau} \quad \Sigma F = m \cdot a \]

dimana \(a\) adalah percepatan dalam \(\text{m/s}^2\), \(F\) adalah gaya dalam \(\text{N}\) (newton), dan \(m\) adalah massa dalam \(\text{kg}\).

Contoh Soal Hukum II Newton (Dasar):

Sebuah benda bermassa \(20 \text{ kg}\) didorong dengan gaya \(100 \text{ N}\). Berapakah akselerasi benda akibat gaya tersebut?

Solusi:
Jelas, \(m = 20 \text{ kg}\), \(F = 100 \text{ N}\);
Maka percepatannya adalah:
\[ a = \frac{F}{m} = \frac{100}{20} = 5 \, \text{m/s}^2 \]

Hukum III Newton

"Apabila suatu gaya (aksi) bekerja pada suatu benda, benda tersebut akan memberikan gaya (reaksi) yang bernilai sama dengan arah yang berlawanan."

\[ F_{\text{aksi}} = -F_{\text{reaksi}} \]

💡 Rumus Turunan Hukum Newton (Sering Keluar di Soal)

Dalam menyelesaikan soal-soal ujian, Hukum Newton sering kali diturunkan menjadi beberapa bentuk gaya spesifik berikut:

• 1. Gaya Berat (\(w\)): Gaya tarik bumi pada benda.
  \[ w = m \cdot g \]
• 2. Gaya Normal (\(N\)): Gaya reaksi permukaan tegak lurus terhadap benda.
  Pada bidang datar: \[ N = m \cdot g \] Pada bidang miring (sudut \(\theta\)): \[ N = m \cdot g \cdot \cos\theta \]
• 3. Gaya Gesek (\(f\)): Gaya yang menahan gerak benda.
  \[ f = \mu \cdot N \]
• 4. Benda di dalam Lift (Tegangan Tali / Gaya Normal Nyata):
  Lift bergerak naik dipercepat: \[ N = m(g + a) \] Lift bergerak turun dipercepat: \[ N = m(g - a) \]

Hubungan Hukum Newton dengan Gerak Peluru (Parabola)

Tahukah kamu bahwa Gerak Peluru sangat erat kaitannya dengan Hukum II Newton? Ketika sebuah peluru (atau bola) ditembakkan melambung ke udara, kita mengabaikan hambatan udara. Artinya, tidak ada gaya pada arah horizontal (\(\Sigma F_x = 0\)), sehingga kecepatannya konstan (berlaku Hukum I Newton / GLB).

Namun, pada arah vertikal, satu-satunya gaya yang bekerja menarik benda tersebut ke bawah adalah Gaya Berat / Gravitasi (\(w\)). Jika kita masukkan ke dalam Hukum II Newton:

\[ \Sigma F_y = m \cdot a_y \] \[ -w = m \cdot a_y \] \[ -m \cdot g = m \cdot a_y \] \[ a_y = -g \]

Inilah alasan mutlak mengapa dalam setiap rumus gerak peluru vertikal (GLBB), nilai percepatannya selalu menggunakan \( a = -g \) (percepatan gravitasi bumi), karena terikat kuat oleh prinsip Hukum II Newton!

---

Kumpulan Contoh Soal Analisis Hukum Newton

Soal 1: Gaya Gesek pada Bidang Datar

Sebuah balok kayu bermassa \(5 \text{ kg}\) ditarik dengan gaya mendatar sebesar \(30 \text{ N}\) di atas lantai yang kasar. Jika koefisien gesek kinetik antara balok dan lantai adalah \(\mu_k = 0{,}2\) dan percepatan gravitasi \(g = 10 \text{ m/s}^2\), berapakah percepatan balok tersebut?

Solusi:
1) Tentukan Gaya Normal (\(N\)):
Karena di bidang datar, \(N = m \cdot g = 5 \times 10 = 50 \text{ N}\).

2) Hitung Gaya Gesek Kinetik (\(f_k\)):
\[ f_k = \mu_k \cdot N = 0{,}2 \times 50 = 10 \text{ N} \]
3) Terapkan Hukum II Newton:
Gaya gesek selalu berlawanan arah dengan gaya tarik, maka: \[ \Sigma F = m \cdot a \] \[ F - f_k = m \cdot a \] \[ 30 - 10 = 5 \cdot a \] \[ 20 = 5a \implies a = \frac{20}{5} = 4 \text{ m/s}^2 \]

Soal 2: Dinamika di dalam Lift

Seseorang yang bermassa \(60 \text{ kg}\) sedang menaiki lift di sebuah gedung bertingkat. Berapakah gaya desakan kaki orang tersebut ke lantai lift (Gaya Normal) jika lift sedang bergerak naik dengan percepatan \(2 \text{ m/s}^2\)? (\(g = 10 \text{ m/s}^2\))

Solusi:
Berdasarkan rumus turunan Hukum Newton untuk lift yang bergerak naik dipercepat, gaya normal (berat semu) akan terasa lebih berat: \[ N = m(g + a) \] \[ N = 60(10 + 2) \] \[ N = 60(12) = 720 \text{ N} \] (Perhatikan: Berat aslinya hanyalah \(600 \text{ N}\), namun karena lift naik dipercepat, timbangan akan membaca beratnya seolah-olah menjadi \(720 \text{ N}\)!)

Soal 3: Balok Meluncur di Bidang Miring

Sebuah kotak es dibiarkan meluncur turun pada bidang miring licin (tanpa gesekan) yang memiliki sudut kemiringan \(\theta = 30^\circ\) terhadap garis mendatar. Tentukan percepatan meluncur kotak es tersebut! (\(g = 10 \text{ m/s}^2\))

Solusi:
Pada bidang miring yang licin, satu-satunya gaya yang menarik benda ke bawah sejajar dengan kemiringan bidang adalah komponen gaya berat, yaitu \(w \sin\theta\).

Berdasarkan Hukum II Newton: \[ \Sigma F = m \cdot a \] \[ w \sin\theta = m \cdot a \] \[ m \cdot g \sin\theta = m \cdot a \] (Coret massa \(m\) di kedua ruas) \[ a = g \sin\theta \] \[ a = 10 \cdot \sin(30^\circ) \] \[ a = 10 \cdot 0{,}5 = 5 \text{ m/s}^2 \]

Share this post