bagian 1 - ITB BLOGS

Casmika Saputra
1
BAGIAN 1
MENGENAL HUKUM NEWTON
1. 1 Mengenal Hukum I Newton dan Konsep Gaya
Eh, apa sih Hukum I Newton itu?
Pertanyaan diatas akan saya bahas. Newton sebagai mana yang telah dipaparkan pada bab
sebelumnya telah mengemukakan pendapatnya terkait Mekanika. Sederhananya Mekanika adalah
teori untuk menjelaskan penyebab benda dapat bergerak maupun tetap diam serta gerak yang terjadi
benda tersebut. Salah satu teori dinamika dijelaskan oleh Newton, disebut Mekanika Newton.
Newton pertamakali memperkenalkan konsepnya pada tahun 1687. Hukum I Newton berbunyi :
“Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in
directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.”
Dalam bahasa indonesia : Hukum I: Setiap benda akan mempertahankan keadaan diam atau
bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya. Aatau sederhananya
Hukum I Newton ini mengatur tentang Kelembaman Benda. Apa itu kelembaman? Kelembaman
adalah kecenderungan suatu benda untuk tetap diam atau terus bergerak. Sama seperti manusia,
ketika sedang nonton TV, maka ia cenderung untuk tetap nonton TV. Untuk membuat orang itu
meninggalkan aktivitas menonton TV nya maka diperlukan suatu gangguan (baca : gaya).
Hal yang sama terjadi pada benda. Ketika awalnya benda tersebut diam. Maka benda
tersebut akan tetap diam selamanya, kecuali ada gaya yang membuatnya bergerak. Begitu juga
terjadi pada benda yang awalnya bergerak, akan terus bergerak selamanya kecuali ada yang
menghambat pergerakannya. Hukum I Newton sudah memperkenalkan konsep “Gaya” yaitu
sesuatu yang menyebabkan benda dapat diam ataupun bergerak.
Konsep Gaya itu sebenarnya bagaimana?
(c) Copyright 2014 by Casmika Saputra http://casmika.blogspot.com, http://blogs.itb.ac.id/cms7
Casmika Saputra
2
Sekali lagi saya katakan, suatu gangguan pada benda kemudian dapat menyebabkan benda
dapat/tetap diam ataupun bergerak kita sebut “Gaya”. Untuk memudahkan penulisan gaya secara
umum kita simbolkan dengan huruf “F” dari kata bahasa inggris Force yang berarti gaya.
Sehingga Hukum I Newton ini juga dapat dituliskan sebagai :
ΣF=0
(1.1.1)
Gaya secara umum dibagi menjadi dua yaitu gaya sentuh dan gaya tak sentuh.
Gaya Sentuh itu apa ?
Gaya sentuh adalah gaya yang terjadi bila dua atau lebih benda bersentuhan. Contoh gaya sentuh
gaya gesek (hambat), gaya normal, gaya tegangan tali.
Bagaimana dengan Gaya Tak-Sentuh, itu apa ?
Gaya tak sentuh adalah gaya yang terjadi tanpa ada sentuhan. Gaya ini ialah gaya interaksi antara
dua benda atau lebih tanpa sentuhan. Contohnya gaya gravitasi, gaya listrik, gaya magnet.
Aku mau lebih tahu lagi tentang gaya-gaya ini dong.....
okeh, kita bahas satu persatu jenis-jenis gaya ini.
Misalkan ada bola benda di atas lantai. Lihat gambar 1.1. Kita akan tinjau gaya-gaya yang bekerja
pada bola tersebut.
Pertama, bola mengalami gaya gravitasi (gaya tarik
bumi) arahnya selalu menuju pusat gravitasi bumi. Biasanya
dalam gambar selalu digambarkan ke arah bawah, kita
simbolkan gaya berat dengan huruf W (dari kata dalam Weight
= berat). Lihat gambar 1.2
Kemudian karena bola dan lantai saling bersentuhan
maka bola dan lantai mengalami gaya sentuh dalam hal ini
gaya Normal. Bola memberikan gaya normal kepada lantai,
dan lantai pun memberikan gaya normal pada bola. Hal ini
berkaitan dengan aksi-reaksi (lihat bab Mengenal Hukum III
Newton). Karena yang menjadi sistem (pusat perhatian kita)
adalah bola. Maka yang akan kita gambar adalah gaya normal
oleh lantai terhadap bola.
Gambar 1.1.1 Benda diatas lantai
W
Gambar 1.1.2 Gaya Berat Benda
(c) Copyright 2014 by Casmika Saputra http://casmika.blogspot.com, http://blogs.itb.ac.id/cms7
Casmika Saputra
3
Kita simbolkan gaya Normal dengan huruf N. gaya
normal arahnya adalah tegak lurus dengan bidang sentuhnya.
Lihat gambar 1.3. Unntuk sementara gaya-gaya pada sistem
bola diatas selesai digambarkan.
N
N
f
W
Gambar 1.1.3 Gaya Berat dan Gaya Normal
W
Gambar 1.1.4 Bidang Miring
Bagaimana bila benda berada pada bidang miring?
Tentu sama pengerjaannya masih sederhana. Lihat gambar 1.4 di atas.
Perhatikan bahwa Gaya normal arahnya tetap tegak lurus permukaan sentuh antara balok
dan bidang miring. Gaya berat selalu ke bawah. Dan terdapat gaya gesek f . gaya gesek ini lah yang
membuat balok tetap berada diatas bidang miring, sehingga gaya gesek ini arahnya ke atas bagi
benda. Cntoh-contoh lain penggambaran gaya-gaya adalah seperti gambar-gambar berikut:
N
T3
T2
T1
W2
W1
N
T3
T2
T1
W2
W1
Gambar 1.1.5 Contoh Sistem lain
Loh kok semakin Ruet yah? Bagaimana bila sistemnya lebih rumit dari contoh diatas,
(c) Copyright 2014 by Casmika Saputra http://casmika.blogspot.com, http://blogs.itb.ac.id/cms7
Casmika Saputra
kan susah nanti gambarnya?
4
Yap, tepat! Untuk memudahkan, kita dapat menggunakan metode diagram benda bebas.
Apa itu diagram benda bebas ?
Diagarm benda bebas adalah penggambaran benda bebas atau dengan kata lain tidak terkait dengan
benda lain. Contohnya, pada gambar 1.5. diatas kita dapat membuat diagram benda bebasnya adalah
sebagai berikut:
Perhatikan bahwa kita cukup hanya
menggambarkan sistemnya saja. Lihat gambar 1.6.
Dalam hal ini benda 1 dan benda 2 lah yang menjadi
sistemnya (pusat perhatiannya).
N
T1
T3
W1
W2
Gambar 1.1.6 Diagram benda bebas
Sedangkan katrol dan bidang miringnya hanya
berperan sebagai lingkungan. Tentunya dengan
menggunakan diagram benda bebas akan jauh lebih
lebih mudah menganalisisnya, bukan ?
Oh, sekarang aku paham dengan konsep gaya ini.
Okeh, karena sudah paham, mari kita berlatih !
Jawab tantangan-tantangan yang saya buat khusus untuk Anda.
TANTANGAN 1
Gambar semua gaya-gaya yang bekerja pada sistem benda-benda berikut!
Gambar 1.1.7 Tangga bersandar di tembok
Gambar 1.1.8 Tongkat di antara penyangga
(c) Copyright 2014 by Casmika Saputra http://casmika.blogspot.com, http://blogs.itb.ac.id/cms7
Casmika Saputra
Gambar 1.1.9 Tongkat yang disangga tali
5
Gambar 1.1.10 Sistem Kompleks
1.2 Mengenal Hukum II Newton
Setelah Mengenalkan Hukum I Newton, kemudian Newton mengemukakan Hukum II Newton.
Hukum ini menjadi jawaban mengapa benda dapat bergerak bila awalnya diam dan mengapa benda
dapat dihentikan bila awalnya bergerak. Hukum II Newton ini berguna untuk menentukan
persamaan gerak benda. Sehingga Mekanika Newton ini sifatnya prediktif (dapat memprediksikan
gerak benda). Newton mengemukakan Hukum II nya yaitu :
“Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri
secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.”
Diterjmahkan dengan cukup tepat oleh Motte pada tahun 1729 menjadi:
“Law II: The alteration of motion is ever proportional to the motive force impress'd;
and is made in the direction of the right line in which that force is impress'd.”
Yang dalam Bahasa Indonesia berarti:
“Hukum Kedua: 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.”
Dalam kalimat yang lebih sederhana, percepatan suatu benda sebanding dan searah dengan resultan
(total) gaya yang bekerja pada benda tersebut. Dalam persamaan matematika dapat ditulis sebagai :
a ~ ΣF
(1.2.1)
Percepatan suatu benda inipun bergantung pada massa benda tersebut. Sehingga dapat kita
(c) Copyright 2014 by Casmika Saputra http://casmika.blogspot.com, http://blogs.itb.ac.id/cms7
a ~ 1/m
Casmika Saputra
tuliskan bahawa :
6
(1.2.2)
sehingga bila persamaan 1.2.1 dan 1.2.2 disatukan didapat :
a ~ ΣF/m
atau
a = k ΣF/m, dengan k suatu konstanta
(1.2.3)
Berdasarkan eksperimen diperoleh nilai k = 1. sehingga kesimpulannya adalah
a = ΣF/m atau ΣF = ma
(1.2.4)
Persamaan 1.2.4 lah yang akan kita pakai dalam buku ini. Makna dari persamaan 1.2.4 adalah
menunjukkan bahwa setiap benda yang memiliki resultan gaya akan sama dengan massa dikali
dengan percepatannya. Hal yang sama terjadi biala percepatannya sama dengan nol maka resultan
gayanya juga sama dengan nol, kembali ke Hukum I Newton. Untuk menghormati jasanya satuan
dari gaya adalah Newton. 1 Newton = 1 N = 1 kg m/s2
Contoh :
Sebuah benda bermassa 5 kg diberi gaya sebesar 10 N. Tentukan
percepatan benda tersebut!
Penyelesaian :
Diketahui : F = 10 N
m = 5 kg
Ditanya : a
Jawab :
F = ma => a = F/m = 10 N / 5 kg = 2 N/kg = 2 m/s2
Ilustrasi :
F
Gambar 1.2.1 Balok yang ditarik
Contoh lain adalah kasus bidang miring. Sebuah balok berada pada bidang miring sehingga ia
merosot. Tentukan percepatan balok bila massa balok 1 kg dan gaya geseknya 3 N. bidang miring
membentuk sudut 30o . ( Asumsikan percepatan grafitasi bumi g = 10 m/s 2 ). Lihat gambar 1.2.2
N
berikut.
f
Penyelesaian :
W sin30
cos302014 by Casmika Saputra http://casmika.blogspot.com, http://blogs.itb.ac.id/cms7
(c) W
Copyright
W
Gambar 1.2.2 Bidang Miring