bab ii hukum newton tentang gaya

BAB II
HUKUM NEWTON TENTANG GAYA
A. PENGANTAR
Semua bahan (material) yang terdapat dialam maupun proses-proses yang terjadi,
tidak ada yang komplek. Sebagai langkah pertama dalam memecahkan soal-soal yang
menyangkut alam, maka setiap bahan harus kita idealisasi dan dalam membahas
setiap proses kita harus membuat asumsi-asumsi yang memudahkan persoalannya.
Sebagai contoh, misalkan sebuah bola permainan base ball dilemparkan ke udara dan
kita ingin mengkalkulasi diman bolah itu jatuh kembali ke tanah dan dengan
kecepatan
berapa.
Langkah
pertama
untuk
memecahkan
soal
ini
adalah
mengidealisasi bola tersebut, artinya segala detail mengenai permukaannya dan segala
perubahan yang terjadi terhadap bentuk bulatnya ketika berada di udara tidak
dimasukkan dalam perhitungan. Dengan kata lain bola itu kita anggap kecil. Dengan
cara begini soal yang harus kita selesaikan, sudah berbeda jauh dengan soal semula.
Dengan cara begini berarti kita sudah menghilangkan kenyataan-kenyataan yang
tersangkut didalamnya tetapi faktor-faktor yang tinggal kurang lebih tetap sama,
seperti faktor dalam soal aslinya. Dengan pengabaian-pengabaian tersebut akhirya
soal dapat dipecahkan dengan dasar-dasar matematika sederhana. Dalam pembahasan
keseimbangan partikel kita menganggap bahwa semua benda adalah benda kekar yang
artinya benda yang tidak mengalami perubahan bentuk dan kita mengabaikan adanya
gerak rotasi dari benda tersbut.
“suatu benda yang bergerak rotasinya diabaikan karena tidak ada hubungan dengan
soal yang dihadapi disebut partikel”. Partikel dapat demikian kecilnya sehingga
mendekati bentuk titik, atau clap.n berukuran berapa besarpun asal garis-garis kerja
dari semua gaya yang bekerja terhaapnya berpotongan disuatu titik. Dalam
pembahasan keseimbangan partikel terdapat dua hukum yang sangat penting yaitu
hukum I dan III Newton tentang gerak.
B. HUKUM PERTAMA NEWTON TENTANG GERAK
Menyatakan bahwa:
“setiap benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan, jika tidak ada gaya-gaya
lain yang mampu mengubah kedudukan benda tersebut”
Dari hukum ini dapat ditarik kesimpulan bahwa benda lain keadaan seimbang jika:
1. Benda dalam keadaan diam
2. Benda bergerak lurus beraturan atau bergerak dengan kecepatan konstan (jika
tidak ada percepatan ataupun perlambatan).
Untuk memperjelas permaslahan, perhatikan gambar berikut:
I-a : Benda P semula dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, maka
benda P dinyatakan dalam keadaan seimbang.
I-b : Jika benda P kemudian diberi gaya F1 maka benda P tidak dalam keadaan
seimbang karena gaya F1 mempengaruhi kedudukan benda P.
I-c : Jika benda P diberi 2 gaya masing-masing F1 dan F2 yang besarnya sama,
berlawanan arah akan tetapi bekerja pada satu garis gaya yang sama, maka benda
P dinyatakan dalam keadaan seimbang.
I-d : Jika benda P diberi dua gaya masing-masing F1 dan F2 yang besarnya sama,
berlawanan arah akan tetapi tidak bekerja pada satu garis gaya yang sama, maka
benda P dalam keadaan seimbang yang membentuk satu kopel.
Dalam beberapa keterangan gambar tersebut, dapat ditarik kesimpulan bahwa
suatu benda dinyatakan dalam keadaan seimbang jika risultan gaya yang
dihasilkan dari beberapa gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol,
baik dalam komponen tegak maupun komponen horizontalnya. Dengan kata lain,
benda dalam keadaan seimbang jika:
a. Fx=0
b. Fy=0
c. R=0 ...(1)
C. HUKUM KETIGA NEWTON TENTANG GERAK
Menyatakan bahwa:
"terhadap setiap aksi senantiasa ada reaksi yang besarnya sama dan berlawanan arah,
atau intraksi timbal balik antara dua benda senantiasa sama dan arahnya berlawanan."
Hukum ini dikenal dengan hukum aksi reaksi.
Dari hukqn ini dapat ditarik kesimpulan bahwa:
1. Setiap ada aksi pasti ada reaksi yang besamya sama, arahnya berlawanan dan
bekerja pada satu garis gaya yang sama.
2. Aksi dan reaksi tranis dilalnrkan oleh dua benda.
Untuk jelasnya perhatikan gambar.
Pada gambar 2-a sebenarnya gaya F1 – F11 - F2- F21, terletak pada satu garis gaya
yang sama, namun agar gaya-gaya tersebut terlihat jelas rmaka gaya-gayanya
digambarkan secara terpisah.
Ujung tali sebelah kanan ditarik oleh orang dengan gaya Fr (aksi) maka ujung tali
tersebut akan mengadakan reaksi sebesar gaya F11 ?á F1 = F11
Ujung tali sebelah kiri menarik benda dengan gaya F2 (aksi) dan balok akan
mengadakan reaksi sebesar gaya F21
Reaksi ?ÄF2= F21
Agar tali tetap dalam keadaan seimbang maka (F1 + F2 ) harus sama dengan
F11 + F21
F1 + F2 = F11 + F21
Akan tetapi jika F1 + F2 > F11 + F21 maka balok akan bergerak, jadi sudah tidak
seimbang lagi.
Selanjutnya perhatikan Gb. 2-b
Pada Gb.2-b ternyata tali hanya berfungsi sebagai penerus gaya dari suatu benda
dengan benda yang lain dengan demikian pada ujung-ujung tali akan menderita
tarikan yang disebut tegangan tali.
Jika tegangan tali pada ujung kanan sama dengan F1 dan tegangan tali pada ujung
kiri sama dengan F2 maka dikatakan tegangan tali tersebut adalah F1 atau F
karena dalam keadaan seimbang F1=F
Jadi misalkan F1 = 50kg dan F = 50kg maka dikatakan tegangan tali = 50kg (tidak
50+50=100kg)
D. MENGARAIKAN GAYA-GAYA YANG BEKERJA PADA SUATU BENDA
Agar kita memperoleh gambaran yang jelas tentang hukum pertama dan ketiga
newton, maka setiap yang bekerja pada suatu benda hendaknya kita uraikan gayagaya tersebut. Secara rinci atau dengan kata lain membuat “diagram benda terpsah”
Contoh :
Sebuah benda yang beratnya W1 = 20kg tergantung diam pada seutas tali yang terikat
pada langit-langit.
Berat tali = W2 = 5kg
Hitunglah tegangan tali.
E. GESEKAN
Bila sebuah benda bergerak diatas benda yang lain, maka masing masing benda akan
saling bergesekan. Arah gaya gesek ini sejajar dengan dan berlawanan arah serta
besarnya sama dengan arah gaya geraknya.
Misalnya benda bergerak ke barat dengan gaya 10 kg, maka gaya gesek arahnya ke
timur yang besarnya 10 kg.
Perhatikan gambar.
5-a :
balok berada di atas papan horizontal dalam
keadaan diam, jadi balok dalam keadaam seimbang.
Menurut dalil keseimbangan, gaya ke atas P = berat
beda W
P=W
5-b : balok ditarik dengan gaya T, akan tetapi balok
tetap diam. Gaya-gaya yang timbul adalah sbb : gaya
P akan menyerong kekiri dan komponen P yang
bekerja secara horizontal adalah Px atau fs dan gaya
vertikal disebut Py = normal fs = gaya gesek statik.
Berdasarkan dalil keseimbangan fs = T dan N = W
oleh karena benda masih diam maka
Fs T Us. N?ÄUs = Koefisien statik
5-c : jika gaya T diperbesar sampai sedikit di atas
batas maksimum, maka benda tepat mulai akan
bergerak, dalam keadaan ini gaya gesek static sama
dengan koefisien gesek statik x hanya normalnya
Fs = Us.N
(benda tepat mulai bergerak)
5-d : setelah benda bergerak secara konstan, ternyata
gaya gesek (statik) makin lama makin berkurang, dan
kemudian timbul gaya gesek yang lain yang disebut
gaya gesek kinetik atau gaya gesek luncur (fk). Gaya
gesek
kinetik
ini
besarnya
sebanding
dengan
koefisien gesek kinetik (Uk) dengan gaya normalnya.
Fk = =Ik.N
(benda sudah bergerak konstan)
Koefisien gesek statik (Us) dan koefisien gesek kinetik (Uk) besar kecilnya
tergantung dari sifat kedua permukaan yang saling bersinggungan. Us dan Uk akan
relative besar jika permukaan benda kasar dan relatif kecil jika permukaan benda
halus.
Di bawah ini ditunjukkan nilai Us dan Uk untuk masing-masing permukaan benda
padat. (ubtuk benda cair dan gas, Us dan Uk juga ada, akan tetapi tidak dibahas dalam
bab ini)
F. HUKUM NEWTON II TENTANG GERAK
Hukum newton II berbunyi sebagai berikut
Percepatan yang ditimbulkan oleh suatu gaya yang bekerja pada sebuah benda
berbanding lurus dengan besarnya gaya yang bergerak tersebut dan arahnya sama
dengan arah gaya tersebut.
Hukum newton II dapat dirumuskan sebagai berikut
Dimana:
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/det2)
Hukum newton II menerangkan tentang hubungan antara gaya dan percepatan yang
ditimbulkannya.
SOAL – SOAL
1.
2.
3.
4.
5.
Partikel adalah....
Bagaiman a pernyataan dari hukum Newton I?
Benda dikatakan seimbang jika?
Bagaimana pernyataan dari hukum Newton III beserta kesimpulannya?
Berapakah besar gaya gesek jika balok dalam keadaan diam bekerja gaya horizontal
sebesar 5 kg?
6. Sebuah balok diletakkan diatas bidang dengan sudut Q. Dan tepat pada sudut itu
benda akan meluncur dengan kecepatan konstan.
Hitunglah besar sudut Q. Uk = 0.21
7. Bagaimana bunyi hukum newton II dan tuliskan rumusnya?