Hukum Gerak Newton

materi78.co.nr
FIS 1
Hukum Gerak Newton
A.
Gaya umum yang dialami oleh benda:
PENDAHULUAN
Hukum gerak Newton menjelaskan hubungan
gaya dan gerak yang diakibatkan oleh gaya
tersebut.
Hukum gerak Newton terdiri dari hukum
kelembaman, hukum Newton II dan hukum aksireaksi.
B.
HUKUM NEWTON I
Hukum Newton I (hukum kelembaman/ inersia)
menjelaskan:
Apabila tidak ada gaya yang bekerja pada
suatu benda, maka benda akan tetap diam
atau tetap bergerak lurus beraturan.
w = m.g
w = gaya berat/berat (N)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (9,8 atau 10 m/s2)
2) Gaya normal (N)
Adalah gaya yang dialami benda jika
bersentuhan dengan bidang. Arah gaya
normal tegak lurus bidang.
Adalah gaya yang diberikan dari pengaruh
luar, misalnya gaya dorong, gaya tarik, dll.
ΣFx = 0 ; ΣFy = 0
Menurut hukum Newton I, suatu benda akan
mempertahankan keadaannya jika tidak diberi
gaya (tetap diam atau tetap bergerak lurus
beraturan).
Contoh:
- Ketika mobil digas tiba-tiba, tubuh kita akan
terlempar ke belakang karena tubuh kita ingin
tetap mempertahankan diam.
- Ketika mobil direm mendadak, tubuh kita
akan terlempar ke depan karena tubuh kita
ingin mempertahankan gerak.
C.
Adalah gaya yang dialami benda karena
percepatan gravitasi. Arah gaya berat menuju
pusat bumi. Dapat dirumuskan:
3) Gaya luar (F)
dapat dirumuskan:
ΣF = 0
1) Gaya berat (w)
4) Tegangan tali (T)
Adalah gaya yang timbul pada tali akibat
diberi suatu gaya luar. Arah tegangan tali
menjauhi benda.
5) Gaya gesek (f)
Adalah gaya sentuh antara benda dengan
bidang geraknya yang berlawanan dengan
arah gerak benda. Dapat dirumuskan:
f = N.μk
Gaya gesek secara khusus dibagi menjadi:
a.
HUKUM NEWTON II
Hukum Newton II menjelaskan:
Percepatan benda diakibatkan oleh gaya,
dan percepatan benda itu berbanding lurus
dan searah dengan gaya, dan berbanding
terbalik dengan massa benda.
fs = N.μs
fk = N.μk
kg.m/s2)
F
m
F = m.a
F = gaya (N atau
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/s2)
Resultan gaya adalah penjumlahan gaya yang
sejajar yang dialami suatu benda.
1) Gaya yang mengarah ke kanan dan ke atas
diberi tanda positif.
2) Gaya yang mengarah ke kiri dan ke bawah
diberi tanda negatif.
fs > fk
b. Gaya gesek kinetis (fk), adalah gaya yang
bekerja saat benda bergerak.
dapat dirumuskan:
a=
Gaya gesek statis (fs), adalah gaya yang
bekerja saat benda diam.
fk < fs
Dua kemungkinan gerak benda akibat gaya
gesek statis:
a.
Jika fs > F luar, maka benda diam dan
percepatan 0 m/s2.
b. Jika fs = F luar, maka benda akan tepat
bergerak.
c.
Jika fs < F luar, maka benda bergerak dan
percepatan dipengaruhi gaya luar dan
gaya gesek kinetis.
3) Benda akan bergerak ke arah yang nilai
gayanya lebih besar.
KINEMATIKA GERAK (I)
1
materi78.co.nr
D.
FIS 1
HUKUM NEWTON III
2) Benda diberi gaya mendatar dengan sudut θ
Hukum Newton
menjelaskan:
III
(hukum
Percepatan sistem:
a
aksi-reaksi)
F
Jika suatu benda memberi gaya aksi kepada
benda lain, maka benda lain itu akan
memberi gaya reaksi yang sama kepada
benda awal namun berlawanan arah.
dapat dirumuskan:
F.cosθ
m
m
ΣF = m.a
F.cosθ = m.a
a
Menurut hukum Newton III:
m2
1) Aksi-reaksi bekerja pada dua buah benda
berbeda.
2) Aksi-reaksi tidak saling meniadakan satu
sama lain.
3) Aksi-reaksi dapat menyebabkan salah satu
atau kedua benda diam atau bergerak.
Contoh:
Ketika bersandar di dinding, kita memberi gaya
ke dinding, namun dinding memberi gaya yang
sama pula kepada kita.
KINEMATIKA GERAK LURUS
N12 N21
m1
F
Percepatan sistem:
a=
F
N12 = N21 = m2.a
m1 +m2
F = (m1+m2).a
4) Dua/lebih benda saling bertumpuk
N12 = N21
T1
N
Gaya kontak
antar balok
β
Gaya normal
tumpukan balok:
N12 = N21 = m1.g
m
W
Berlaku aturan sinus:
Balok 1
Balok 2
ΣF = 0
ΣF = 0
N12 – m1.g = 0
N – m2.g – N21 = 0
a
T1 = T2
Penerapan hukum Newton II pada kinematika
gerak lurus (bidang dianggap licin):
m1
1) Benda diberi gaya mendatar
Percepatan sistem:
F
N = (m1+m2).g
5) Dua/lebih benda yang terhubung tali diberi
gaya tarik
T1
T1
W
=
=
sinα sinβ sin90
a
m2
W2
T2
α
m1
N12
N21
W1
β
α
Gaya kontak:
ΣF = m.a
Penerapan
hukum
Newton
I
pada
kesetimbangan benda tegar misalnya sistem
kesetimbangan tali. (dipelajari di Fisika 2)
m
F.cos𝛉
3) Dua/lebih benda saling berhimpit dan diberi
gaya mendatar
Faksi = –Freaksi
E.
a=
a=
F
m
T1
Percepatan sistem:
a=
F
m1 +m2
T2
m2
Balok 1
ΣF = m1.a
T1 = m1.a
Balok 2
ΣF = m.a
ΣF = m2.a
F = m.a
F – T2 = m2.a
KINEMATIKA GERAK (I)
F
2
materi78.co.nr
FIS 1
6) Dua benda terhubung tali tergantung pada
katrol tetap
m2 > m1
a=
T1 = T2
a
a
T1
m1
m2 -m1
a=
m1 +m2
.g
ΣF = m1.a
(m3 -m1 ).g
m1 +m2 +m3
T1 – W1 = m1.a
Balok 2
Balok 3
ΣF = m2.a
ΣF = m3.a
T2 – T1 = m2.a
W3 – T2 = m3.a
m2
T1
W2
Percepatan sistem:
Balok 1
9) Dua benda terhubung tali, salah satu berada
pada bidang, melewati katrol tetap, salah
satu tergantung pada katrol bebas
T2
W1
Percepatan sistem:
m1
a1
Balok 1
ΣF = m1.a
T1 = T2 = T3
T1 – W1 = m1.a
m2 > m1
Balok 2
a1 = 2a2
T2
T3
a2
ΣF = m2.a
W2 – T2 = m2.a
7) Dua benda terhubung tali, salah satu berada
pada bidang, salah satu tergantung pada
katrol tetap
m2
W2
Percepatan sistem:
T1
m1
a=
a
ΣF = m1.a1
m2 .g
T1 = m1.a1
m1 +m2
Balok 2
a
ΣF = m2.a2
m2 > m1
W2 – T2 – T3 = m2.a2
T2
T1 = T2
Balok 1
10) Benda berada di atas bidang miring
m2
a
W2
m
Percepatan sistem:
a=
Balok 1
T1 – W1 = m1.a
m1 +m2
W.cosθ
Balok 2
ΣF = m2.a
8) Tiga benda terhubung tali, salah satu berada
pada bidang, melewati dua katrol tetap, dua
lainnya tergantung pada tiap katrol tetap
a
T2
a
T1
m1
W1
m3 > m2 > m1
Gaya normal:
N = W.cosθ
a = g.sinθ
Sumbu x
Sumbu y
ΣFx = m.a
ΣFy = 0
W.sinθ = m.a
N – W.cosθ = 0
11) Benda berada di atas bidang miring, diberi
gaya dorong naik
m2
a
θ
W
Percepatan sistem:
W2 – T2 = m2.a
T1
W.sinθ
θ
ΣF = m1.a
m2 .g
T2
a
F
m
m3
W3
θ
W.cosθ
W
KINEMATIKA GERAK (I)
W.sinθ
θ
3
materi78.co.nr
FIS 1
Percepatan sistem:
a=
F
m
Gaya normal:
Gaya sentripetal pada gerak ini berupa
tegangan tali yang menahan benda agar tetap
berada pada lintasannya.
N = W.cosθ
–g.sinθ
Persamaan umum yang dapat dibentuk:
Sumbu x
Sumbu y
ΣFx = m.a
ΣFy = 0
F – m.g.sinθ = m.a
N – m.g.cosθ = 0
12) Dua benda terhubung tali, salah satu pada
bidang miring, salah satu tergantung pada
katrol tetap
T1
T1 = T2
a
m2 > m1
mv2
r
Kecepatan maksimum agar tali tidak putus:
Tmaks .r
vmaks = √
m
G.M. horizontal tanpa tali
m1
a
T2
W1.cosθ
F s = fs
W1.sinθ
θ
m2
r
θ
W1
Balok 1
Gaya sentripetal pada gerak ini berupa gaya
gesek statis yang menahan benda agar tidak
tergelincir sewaktu berputar.
ΣFx = m1.a
Persamaan umum yang dapat dibentuk:
W2
Percepatan sistem:
a=
T=
Fs = T
(m2 -m1 .sinθ)
m1 +m2
.g T1 – W1.sinθ = m1.a
Fs = fs
Balok 2
ΣFx = m2.a
W2 – T2 = m2.a
13) Dua benda terhubung tali, keduanya pada
bidang miring, melewati katrol tetap
a
a
T2
T1
β
α
W2
= μs.N
Kecepatan maksimum
meninggalkan lintasan:
W1
F.
(m2 .sinβ-m1 .sinα)
m1 +m2
W
W1.sinα
T
α
Balok 1
Balok 2
ΣFx = m1.a
ΣFx = m2.a
T1 – W1.sinα = m1.a
W2.sinβ – T2 = m2.a
KINEMATIKA GERAK MELINGKAR
Penerapan hukum Newton II pada gerak
melingkar:
Fs = T
r
tidak
T
.g
G.M. horizontal dengan tali
benda
G.M. vertikal dengan tali
T
Percepatan sistem:
a=
agar
Vmaks = √μs .g.r
m1
W2.cosβ W1.cosα
β
r
m2 > m1
m2
W2.sinβ
T1 = T2
mv2
θ
Wcosθ W
W
T
W
Persamaan umum yang dapat dibentuk:
T ± Wcosθ = Fs
Kecepatan minimum yang dibutuhkan agar
benda dapat mencapai titik B dari A adalah:
vmin = √2.g.r
Kecepatan minimum yang dibutuhkan agar
benda berputar satu lingkaran penuh:
vmin = √5.g.r
KINEMATIKA GERAK (I)
4
materi78.co.nr
FIS 1
G.M. vertikal di dalam bidang lingkaran
Kecepatan maksimum agar tali tidak putus:
Vmaks = √g.r. tan θ
N
G.M. pada bidang miring atau velodrom
W
Ncosθ
N
N
θ
N
W
N
Wcosθ
Fs = Nsinθ
W
W
Persamaan umum yang dapat dibentuk:
θ
W
N ± Wcosθ = Fs
Persamaan umum yang dapat dibentuk:
Kecepatan minimum pada C agar benda tidak
meninggalkan lintasan:
Vmin = √g.r
mg
cos θ
Fs = mg tanθ
Kecepatan maksimum agar benda tidak
meninggalkan lintasan dapat dirumuskan:
G.M. vertikal di luar bidang lingkaran
N
N=
vmaks = √g.r. tan θ
N
vmaks = √μs .g.r
W
W.sinθ
θ
W
Persamaan umum yang dapat dibentuk:
N - Wsinθ = -Fs
Kecepatan minimum
meninggalkan lintasan:
agar
benda
tidak
Vmaks = √g.r
Ayunan konis
θ
L
Lcosθ
T
Tcosθ
Fs = Tsinθ
r = Lsinθ
W
Persamaan umum yang dapat dibentuk:
W= Tcosθ
T=√
Fs = Tsinθ
L cosθ
g
KINEMATIKA GERAK (I)
5