Hukum Newton Dan Penerapannya

Sir Isaac Newton yakni seseorang yang telah berjasa dalam ilmu Fisika dibidang dinamika. Sampai ketika ini, penemuannya perihal gaya dan gerak masih dipakai dalam kehidupan sehari-hari.

Pengertian Gaya :

 

Gaya merupakan suatu besaran yang menyebabkan benda bergerak. Ketika seseorang mendorong kendaraan beroda empat yang mogok, orang tersebut menawarkan gaya pada kendaraan beroda empat itu. Pada olah raga bulu tangkis, sebuah gaya diberikan atlet pada bola sehingga menyebabkan bola berubah arah gerak. Ketika sebuah mesin mengangkat lift, atau martil memukul paku, atau angin meniup daun-daun pada sebuah pohon, berarti sebuah gaya sedang diberikan. Kita katakan bahwa sebuah benda jatuh lantaran gaya gravitasi. Jadi, gaya sanggup menyebabkan perubahan pada benda, yaitu perubahan bentuk, sifat gerak benda, kecepatan, dan arah gerak benda. Di sisi lain, gaya tidak selalu menyebabkan gerak. Sebagai contoh, kalau kalian mendorong tembok dengan sekuat tenaga, tetapi tembok tetap tidak bergerak. Sebuah gaya mempunyai nilai dan arah, sehingga merupakan vektor yang mengikuti aturan-aturan penjumlahan vektor yang telah dibahas sebelumnya Untuk mengukur besar atau kekuatan gaya, sanggup dilakukan dengan memakai neraca pegas.

Hukum Newton :

• Hukum Newton 1

Bagaimanakah relasi antara gaya dan gerak? Aristoteles (384-322 SM) percaya bahwa dibutuhkan sebuah gaya untuk menjaga supaya sebuah benda tetap bergerak sepanjang bidang horizontal. Ia mengemukakan alasan bahwa untuk menciptakan sebuah buku bergerak melintasi meja, kita harus menawarkan gaya pada buku itu secara kontinu. Menurut Aristoteles, keadaan alami sebuah benda yakni diam, dan dianggap perlu adanya gaya untuk menjaga supaya benda tetap bergerak. Lebih jauh lagi, Aristoteles mengemukakan, makin besar gaya pada benda, makin besar pula lajunya. Kira-kira 2000 tahun kemudian, Galileo Galilei (1564- 1642) menemukan kesimpulan yang sangat berbeda dengan pendapat Aristoteles. Galileo mempertahankan bahwa sama alaminya bagi sebuah benda untuk bergerak horizontal dengan kecepatan tetap, ibarat ketika benda tersebut berada dalam keadaan diam. Bayangkan pengamatan yang melibatkan sebuah gerak horizontal berikut ini untuk memahami gagasan Galileo. Untuk mendorong sebuah benda yang mempunyai permukaan bernafsu di atas meja dengan laju konstan dibutuhkan gaya dengan besar tertentu. Untuk mendorong benda lain yang sama beratnya tetapi mempunyai permukaan yang licin di atas meja dengan laju yang sama, akan memerlukan gaya lebih kecil. Jika selapis minyak atau pelumas lainnya dituangkan antara permukaan benda dan meja, maka hampir tidak dibutuhkan gaya sama sekali untuk menggerakkan benda itu. Pada urutan kasus tersebut, gaya yang dibutuhkan makin kecil. Sebagai langkah berikutnya, kita sanggup membayangkan sebuah situasi di mana benda tersebut tidak bersentuhan dengan meja sama sekali, atau ada pelumas yang tepat antara benda itu dan meja, dan mengemukakan teori bahwa sekali bergerak, benda tersebut akan melintasi meja dengan laju yang konstan tanpa ada gaya yang diberikan. Sebuah alas peluru baja yang bergulir pada permukaan horizontal yang keras mendekati situasi ini. Demikian juga kepingan pada meja udara, di mana lapisan udara memperkecil ukiran sehingga hampir nol. Galileo menciptakan kesimpulan hebatnya, bahwa kalau tidak ada gaya yang diberikan kepada benda yang bergerak, benda itu akan terus bergerak dengan laju konstan pada lintasan yang lurus. Sebuah benda melambat hanya kalau ada gaya yang diberikan kepadanya. Dengan demikian, Galileo menganggap ukiran sebagai gaya yang sama dengan dorongan atau tarikan biasa. Sebagai contoh, mendorong sebuah buku melintasi meja dengan laju tetap dibutuhkan gaya dari tangan kalian, hanya untuk mengimbangi gaya gesek. Jika sebuah buku bergerak dengan laju konstan, gaya dorong kalian sama besarnya dengan gaya gesek, tetapi kedua gaya ini mempunyai arah yang berbeda, sehingga gaya total pada benda (jumlah vektor dari kedua gaya) yakni nol. Hal ini sejalan dengan sudut pandang Galileo, lantaran benda bergerak dengan laju konstan ketika tidak ada gaya total yang diberikan padanya.

Berdasarkan inovasi ini, Isaac Newton (1642-1727), membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis Newton perihal gerak dirangkum dalam “tiga aturan gerak”-nya yang terkenal. Dalam karya besarnya, Principia (diterbitkan tahun 1687), Newton menyatakan terima kasihnya kepada Galileo. Pada kenyataannya, aturan pertama Newton perihal gerak sangat bersahabat dengan kesimpulan Galileo. Hukum I Newton menyatakan bahwa:

"Setiap benda tetap berada dalam keadaan membisu atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali kalau diberi gaya total yang tidak nol."

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan membisu atau gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia (kelembaman). Sehingga, Hukum I Newton sering disebut Hukum Inersia. Hukum I Newton tidak selalu berlaku pada setiap kerangka acuan. Sebagai contoh, kalau kerangka teladan kalian tetap di dalam kendaraan beroda empat yang dipercepat, sebuah benda ibarat cangkir yang diletakkan di atas dashboard mungkin bergerak ke arah kalian (cangkir tersebut tetap membisu selama kecepatan kendaraan beroda empat konstan). Cangkir dipercepat ke arah kalian tetapi baik kalian maupun orang atau benda lain menawarkan gaya kepada cangkir tersebut dengan arah berlawanan. Pada kerangka teladan yang dipercepat ibarat ini, Hukum I Newton tidak berlaku. Kerangka teladan di mana Hukum I Newton berlaku disebut kerangka teladan inersia. Untuk sebagian besar masalah, kita biasanya sanggup menganggap bahwa kerangka teladan yang terletak tetap di Bumi yakni kerangka inersia (walaupun hal ini tidak tepat benar, lantaran disebabkan oleh rotasi Bumi, tetapi cukup mendekati). Kerangka teladan yang bergerak dengan kecepatan konstan (misalnya sebuah mobil) relatif terhadap kerangka inersia juga merupakan kerangka teladan inersia. Kerangka teladan di mana aturan inersia tidak berlaku, ibarat kerangka teladan yang dipercepat di atas, disebut kerangka teladan noninersia. Bagaimana kita sanggup yakin bahwa sebuah kerangka teladan yakni inersia atau tidak? Dengan menyidik apakah Hukum I Newton berlaku. Dengan demikian Hukum I Newton berperan sebagai definisi kerangka teladan inersia.

• Hukum Newton 2 

Hukum I Newton menyatakan bahwa kalau tidak ada gaya total yang bekerja pada sebuah benda, maka benda tersebut akan tetap diam, atau kalau sedang bergerak, akan bergerak lurus beraturan (kecepatan konstan). Selanjutnya, apa yang terjadi kalau sebuah gaya total diberikan pada benda tersebut? Newton beropini bahwa kecepatan akan berubah. Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkin menyebabkan lajunya bertambah. Akan tetapi, kalau gaya total itu mempunyai arah yang berlawanan dengan gerak benda, gaya tersebut akan memperkecil laju benda. Jika arah gaya total yang bekerja berbeda arah dengan arah gerak benda, maka arah kecepatannya akan berubah (dan mungkin besarnya juga). Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, berarti sanggup dikatakan bahwa gaya total sanggup menyebabkan percepatan. Bagaimana relasi antara percepatan dan gaya?

Pengalaman sehari-hari sanggup menjawab pertanyaan ini. Ketika kita mendorong kereta belanja, maka gaya total yang terjadi merupakan gaya yang kita berikan dikurangi gaya gesek antara kereta tersebut dengan lantai. Jika kita mendorong dengan gaya konstan selama selang waktu tertentu, kereta belanja mengalami percepatan dari keadaan membisu hingga laju tertentu, contohnya 4 km/jam. Jika kita mendorong dengan gaya dua kali lipat semula, maka kereta belanja mencapai 4 km/jam dalam waktu setengah kali sebelumnya. Ini memperlihatkan percepatan kereta belanja dua kali lebih besar. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang diberikan. Selain bergantung pada gaya, percepatan benda juga bergantung pada massa. Jika kita mendorong kereta belanja yang penuh dengan belanjaan, kita akan menemukan bahwa kereta yang penuh mempunyai percepatan yang lebih lambat. Dapat disimpulkan bahwa makin besar massa maka akan makin kecil percepatannya, meskipun gayanya sama. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya. Hubungan ini selanjutnya dikenal sebagai Hukum II Newton, yang bunyinya sebagai berikut:

"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 II Newton tersebut dirumuskan secara matematis dalam persamaan:

ΣF = m.a

dengan:

a = percepatan (m/s²) m = massa benda (kg)

ΣF = resultan gaya (N)

Satuan gaya berdasarkan SI yakni newton (N). Dengan demikian, satu newton yakni gaya yang dibutuhkan untuk menawarkan percepatan sebesar 1 m/s² kepada massa 1 kg. Dari definisi tersebut, berarti 1 N = 1 kg.m/s². Dalam satuan cgs, satuan massa yakni gram (g). Satuan gaya yakni dyne, yang didefinisikan sebagai besar gaya yang dibutuhkan untuk memberi percepatan sebesar 1 cm/s² kepada massa 1 g. Dengan demikian, 1 dyne = 1 g.cm/s². Hal ini berarti 1 dyne = 10^-5 N.

•  Hukum Newton 3

Hukum II Newton menjelaskan secara kuantitatif bagaimana gaya-gaya memengaruhi gerak. Tetapi kita mungkin bertanya, dari mana gaya-gaya itu datang? Berdasarkan pengamatan mengambarkan bahwa gaya yang diberikan pada sebuah benda selalu diberikan oleh benda lain. Sebagai contoh, seekor kuda yang menarik kereta, tangan seseorang mendorong meja, martil memukul/ mendorong paku, atau magnet menarik paku. Contoh tersebut memperlihatkan bahwa gaya diberikan pada sebuah benda, dan gaya tersebut diberikan oleh benda lain, contohnya gaya yang diberikan pada meja diberikan oleh tangan.

Newton menyadari bahwa hal ini tidak sepenuhnya ibarat itu. Memang benar tangan menawarkan gaya pada meja. Tetapi meja tersebut terperinci menawarkan gaya kembali kepada tangan. Dengan demikian, Newton beropini bahwa kedua benda tersebut harus dipandang sama. Tangan menawarkan gaya pada meja, dan meja menawarkan gaya balik kepada tangan. Hal ini merupakan inti dari Hukum III Newton, yaitu:

"Ketika suatu benda menawarkan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut menawarkan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama."

Hukum III Newton ini kadang dinyatakan sebagai aturan aksi-reaksi, “untuk setiap agresi ada reaksi yang sama dan berlawanan arah”. Untuk menghindari kesalahpahaman, sangat penting untuk mengingat bahwa gaya “aksi” dan gaya “reaksi” bekerja pada benda yang berbeda. Kebenaran Hukum III Newton sanggup ditunjukkan dengan contoh berikut ini. Perhatikan tangan kalian ketika mendorong ujung meja. Bentuk tangan kalian menjadi berubah, bukti kasatmata bahwa sebuah gaya bekerja padanya. Kalian sanggup melihat sisi meja menekan tangan kalian. Mungkin kalian bahkan sanggup mencicipi bahwa meja tersebut menawarkan gaya pada tangan kalian; rasanya sakit! Makin besar lengan berkuasa kalian mendorong meja itu, makin besar lengan berkuasa pula meja tersebut mendorong balik. Perhatikan bahwa kalian hanya mencicipi gaya yang diberikan pada kalian, bukan gaya yang kalian berikan pada benda-benda lain.

Sumber http://pengetahuan-olandsky.blogspot.com