HUKUM NEWTON
Hukum gerak Newton adalah tiga
hukum fisika yang menjadi dasar
mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara
gaya yang bekerja pada suatu benda dan
gerak yang disebabkannya. Hukum ini telah dituliskan dengan pembahasaan yang berbeda-beda selama hampir 3 abad,
[1] dan dapat dirangkum sebagai berikut:
- Hukum Pertama: setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut.[2][3][4] Berarti jika resultan gaya nol, maka pusat massa dari suatu benda tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan konstan (tidak mengalami percepatan). Hal ini berlaku jika dilihat dari kerangka acuan inersial.
- Hukum Kedua: sebuah benda dengan massa M mengalami gaya resultan sebesar F akan mengalami percepatan a yang arahnya
sama dengan arah gaya, dan besarnya berbanding lurus terhadap F dan
berbanding terbalik terhadap M. atau F=Ma. Bisa juga diartikan resultan
gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan turunan dari momentum linear benda tersebut terhadap waktu.
- Hukum Ketiga: gaya aksi dan reaksi dari dua benda memiliki
besar yang sama, dengan arah terbalik, dan segaris. Artinya jika ada
benda A yang memberi gaya sebesar F pada benda B, maka benda B akan
memberi gaya sebesar –F kepada benda A. F dan –F memiliki besar yang
sama namun arahnya berbeda. Hukum ini juga terkenal sebagai hukum
aksi-reaksi, dengan F disebut sebagai aksi dan –F adalah reaksinya.
Ketiga hukum gerak ini pertama dirangkum oleh
Isaac Newton dalam karyanya
PhilosophiƦ Naturalis Principia Mathematica, pertama kali diterbitkan pada 5 Juli 1687.
[5] Newton menggunakan karyanya untuk menjelaskan dan meniliti gerak dari bermacam-macam benda fisik maupun sistem.
[6] Contohnya dalam jilid tiga dari naskah tersebut, Newton menunjukkan bahwa dengan menggabungkan antara hukum gerak dengan
hukum gravitasi umum, ia dapat menjelaskan
hukum pergerakan planet milik
Kepler.
Hukum pertama Newton
Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo
quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus
impressis cogitur statum illum mutare.
Hukum I: Setiap benda akan mempertahankan
keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang
bekerja untuk mengubahnya.[11]
Hukum ini menyatakan bahwa jika
resultan gaya (
jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda) bernilai nol, maka
kecepatan benda tersebut konstan. Dirumuskan secara matematis menjadi:
Artinya :
- Sebuah benda yang sedang diam akan tetap diam kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.
- Sebuah benda yang sedang bergerak, tidak akan berubah kecepatannya kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.
Hukum pertama newton adalah penjelasan kembali dari hukum inersia yang sudah pernah dideskripsikan oleh
Galileo. Dalam bukunya Newton memberikan penghargaan pada
Galileo untuk hukum ini.
Aristoteles
berpendapat bahwa setiap benda memilik tempat asal di alam semesta:
benda berat seperti batu akan berada di atas tanah dan benda ringan
seperti asap berada di langit. Bintang-bintang akan tetap berada di
surga. Ia mengira bahwa sebuah benda sedang berada pada kondisi
alamiahnya jika tidak bergerak, dan untuk satu benda bergerak pada garis
lurus dengan kecepatan konstan diperlukan sesuatu dari luar benda
tersebut yang terus mendorongnya, kalau tidak benda tersebut akan
berhenti bergerak. Tetapi Galileo menyadari bahwa gaya diperlukan untuk
mengubah kecepatan benda tersebut (
percepatan),
tetapi untuk mempertahankan kecepatan tidak diperlukan gaya. Sama
dengan hukum pertama Newton : Tanpa gaya berarti tidak ada percepatan,
maka benda berada pada kecepatan konstan.
Contoh Hukum Newton I dalam Kehidupan Sehari-hari
- Saat mobil bergerak cepat di rem mendapak penumpang akan serasa terdorong kedepan
- Mobil yang anda naiki setelah direm mendadak, lalu mobil tiba-tiba bergerak kedepan, maka anda akan terdorong ke belakang
- Koin yang diatas kertas yang diletakkan di meja akan tetap, jika kertas ditarik cepat
Hukum kedua Newton
Hukum Kedua adalah Perubahan dari gerak selalu
berbanding lurus terhadap gaya yang dihasilkan / bekerja, dan memiliki
arah yang sama dengan garis normal dari titik singgung gaya dan benda.
Hukum kedua menyatakan bahwa total gaya pada sebuah partikel sama dengan banyaknya perubahan
momentum linier p terhadap waktu :
Karena hukumnya hanya berlaku untuk sistem dengan massa konstan,
[13][14][15] variabel massa (sebuah konstan) dapat dikeluarkan dari operator
diferensial dengan menggunakan
aturan diferensiasi. Maka,
Dengan
F adalah total gaya yang bekerja,
m adalah massa benda, dan
a adalah percepatan benda. Maka total gaya yang bekerja pada suatu benda menghasilkan percepatan yang berbanding lurus.
Massa yang bertambah atau berkurang dari suatu sistem akan
mengakibatkan perubahan dalam momentum. Perubahan momentum ini bukanlah
akibat dari gaya. Untuk menghitung sistem dengan massa yang bisa
berubah-ubah, diperlukan persamaan yang berbeda.
Sesuai dengan
hukum pertama,
turunan momentum terhadap waktu tidak nol ketika terjadi perubahan
arah, walaupun tidak terjadi perubahan besaran. Contohnya adalah
gerak melingkar beraturan. Hubungan ini juga secara tidak langsung menyatakan
kekekalan momentum:
Ketika resultan gaya yang bekerja pada benda nol, momentum benda
tersebut konstan. Setiap perubahan gaya berbanding lurus dengan
perubahan momentum tiap satuan waktu.
Hukum kedua ini perlu perubahan jika
relativitas khusus diperhitungkan, karena dalam kecepatan sangat tinggi hasil kali massa dengan kecepatan tidak mendekati momentum sebenarnya.
Impuls
Impuls J muncul ketika sebuah gaya
F bekerja pada suatu interval waktu Ī
t, dan dirumuskan sebagai
[16][17]
Impuls adalah suatu konsep yang digunakan untuk menganalisis tumbukan.
[18]
Sistem dengan massa berubah
Sistem dengan massa berubah, seperti roket yang bahan bakarnya digunakan dan mengeluarkan gas sisa, tidak termasuk dalam
sistem tertutup dan tidak dapat dihitung dengan hanya mengubah massa menjadi sebuah fungsi dari waktu di hukum kedua.
[14] Alasannya, seperti yang tertulis dalam
An Introduction to Mechanics karya Kleppner dan Kolenkow, adalah bahwa hukum kedua Newton berlaku terhadap partikel-partikel secara mendasar.
[15]
Pada mekanika klasik, partikel memiliki massa yang konstant. Dalam
kasus partikel-partikel dalam suatu sistem yang terdefinisikan dengan
jelas, hukum Newton dapat digunakan dengan menjumlahkan semua partikel
dalam sistem:
dengan
Ftotal adalah total gaya yang bekerja pada sistem,
M adalah total massa dari sistem, dan
apm adalah percepatan dari
pusat massa sistem.
Sistem dengan massa yang berubah-ubah seperti roket atau ember yang
berlubang biasanya tidak dapat dihitung seperti sistem partikel, maka
hukum kedua Newton tidak dapat digunakan langsung. Persamaan baru
digunakan untuk menyelesaikan soal seperti itu dengan cara menata ulang
hukum kedua dan menghitung momentum yang dibawa oleh massa yang masuk
atau keluar dari sistem:
[13]
dengan
u adalah kecepatan dari massa yang masuk atau keluar
relatif terhadap pusat massa dari objek utama. Dalam beberapa konvensi,
besar (
u d
m/d
t) di sebelah kiri persamaan, yang juga disebut
dorongan,
didefinisikan sebagai gaya (gaya yang dikeluarkan oleh suatu benda
sesuai dengan berubahnya massa, seperti dorongan roket) dan dimasukan
dalam besarnya
F. Maka dengan mengubah definisi percepatan, persamaan tadi menjadi
Contoh Hukum Newton 2 (II) dalam Kehidupan Sehari-hari
- Gaya yang ditimbulkan ketika menarik gerobak yang penuh dengan padi, untuk dipindahkan kerumah dari sawah
- 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
Hukum ketiga Newton
“ |
Lex
III: Actioni contrariam semper et Ʀqualem esse reactionem: sive
corporum duorum actiones in se mutuo semper esse Ʀquales et in partes
contrarias dirigi. |
” |
“ |
Hukum
ketiga : Untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besar dan
berlawanan arah: atau gaya dari dua benda pada satu sama lain selalu
sama besar dan berlawanan arah. |
” |
Benda apapun yang menekan atau menarik benda lain mengalami tekanan
atau tarikan yang sama dari benda yang ditekan atau ditarik. Kalau anda
menekan sebuah batu dengan jari anda, jari anda juga ditekan oleh batu.
Jika seekor kuda menarik sebuah batu dengan menggunakan tali, maka kuda
tersebut juga "tertarik" ke arah batu: untuk tali yang digunakan, juga
akan menarik sang kuda ke arah batu sebesar ia menarik sang batu ke arah
kuda.
Hukum ketiga ini menjelaskan bahwa semua gaya adalah
interaksi antara benda-benda yang berbeda,
[20] maka tidak ada gaya yang bekerja hanya pada satu benda. Jika benda
A mengerjakan gaya pada benda
B, benda
B secara bersamaan akan mengerjakan gaya dengan besar yang sama pada benda
A
dan kedua gaya segaris. Seperti yang ditunjukan di diagram, para
peluncur es (Ice skater) memberikan gaya satu sama lain dengan besar
yang sama, tetapi arah yang berlawanan. Walaupun gaya yang diberikan
sama, percepatan yang terjadi tidak sama. Peluncur yang massanya lebih
kecil akan mendapat percepatan yang lebih besar karena hukum kedua
Newton. Dua gaya yang bekerja pada hukum ketiga ini adalah gaya yang
bertipe sama. Misalnya antara roda dengan jalan sama-sama memberikan
gaya gesek.
Secara sederhananya, sebuah gaya selalu bekerja pada sepasang benda,
dan tidak pernah hanya pada sebuah benda. Jadi untuk setiap gaya selalu
memiliki dua ujung. Setiap ujung gaya ini sama kecuali arahnya yang
berlawanan. Atau sebuah ujung gaya adalah cerminan dari ujung lainnya.
Secara matematis, hukum ketiga ini berupa persamaan vektor satu
dimensi, yang bisa dituliskan sebagai berikut. Asumsikan benda A dan
benda B memberikan gaya terhadap satu sama lain.
Dengan
- Fa,b adalah gaya-gaya yang bekerja pada A oleh B, dan
- Fb,a adalah gaya-gaya yang bekerja pada B oleh A.
Newton menggunakan hukum ketiga untuk menurunkan hukum
kekekalan momentum,
[21] namun dengan pengamatan yang lebih dalam, kekekalan momentum adalah ide yang lebih mendasar (diturunkan melalui
teorema Noether dari
relativitas Galileo
dibandingkan hukum ketiga, dan tetap berlaku pada kasus yang membuat
hukum ketiga newton seakan-akan tidak berlaku. Misalnya ketika
medan gaya memiliki momentum, dan dalam
mekanika kuantum.
Contoh Hukum Newton 3 (III) dalam Kehidupan Sehari-hari
Contoh umum: adanya gaya gravitasi, Peristiwa gaya magnet, gaya listrik
- Duduk di atas kursi berat badan tubuh mendorong kursi ke bawah sedangkan kursi menahan (mendorong) badan ke atas.
- 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
SUMBER : http://www.artikelsiana.com/2015/07/bunyi-hukum-newton-12-3-rumus-contoh-contoh.html
https://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_gerak_Newton