Hukum Newton - Universitas Brawijaya

JURUSAN TEKNIK SIPIL
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
TKS-4101: Fisika
Hukum Newton
Dosen: Tim Dosen Fisika Jurusan Teknik Sipil FT-UB
1
Mekanika
Kinematika
Mempelajari gerak materi
tanpa melibatkan
penyebab terjadinya
gerak
Materi bahasan:
Pergeseran, Jarak,
Kecepatan, Percepatan
Dinamika
Mempelajari gerak materi
dan penyebab
terjadinya gerak
Materi bahasan:
Gaya, Usaha,
Momentum, dll…
 Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yang
dikerahkan sebuah benda terhadap benda lain.
Satuan gaya dalam MKS adalah Newton ( N ),
dan dalam cgs adalah dyne
 Gaya dapat diukur langsung dengan
menggunakan neraca pegas. Besarnya gaya yang
diukur ditunjukkan oleh jarum penunjuk yang
ada pada neraca pegas.
4
Gaya dapat kita bedakan menjadi dua, yaitu:
 Gaya Sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda akibat
adanya sentuhan. Contoh gaya sentuh antara lain gaya otot
dan gaya gesek.
 Gaya Tak Sentuh gaya tak sentuh adalah gaya yang bekerja
pada benda tanpa adanya sentuhan dengan benda tersebut.
Contoh gaya tak sentuh antara lain gaya gravitasi bumi dan
gaya listrik.
5
Gaya Sentuh
Gaya Medan
Gambar a, b dan c
merupakan contoh dari
kelompok gaya yang
disebut GAYA SENTUH
Gambar d, e, dan f
merupakan contoh dari
kelompok GAYA TAK
SENTUH/ GAYA MEDAN
6
A. BERAT BENDA ( w )
Berat merupakan gaya gravitasi yang
bekerja pada benda dengan rumus
w = m.g
Arah gaya berat
dimana, m = massa benda,
g = percepatan gravitasi bumi (g = 10 m/s2)
w
Vertikal ke bawah
N
B. GAYA NORMAL ( N )
Gaya normal : gaya kontak/ gaya sentuh yang
bekerja dengan arah tegak lurus bidang sentuh
jika dua benda saling bersentuhan
N = F
N=w
w
N
1
N
w sin

w
w cos
N = F
N = w cos

N21
2
N12
N12 = N21 = gaya sentuh
benda 1 dan 2
C. GAYA GESEKAN ( f )
Gaya yang melawan arah gerak benda disebut gaya gesekan,
Ada dua jenis gaya gesekan, yaitu gaya gesekan kinetis dan gaya gesekan statis
Gaya gesekan kinetis ( fk ) adalah gaya gesekan yang timbul pada saat benda
sedang bergerak, sedangkan gaya gesekan statis ( fs ) ketika sedang diam. Secara
matematis dirumuskan, f s   s N f k   k N dimana N = gaya normal bidang ,
k adalah koefisien gesekan kinetis, dan s adalah koefisien gesekan statis.
Contoh gaya gesekan yang merugikan :
1. Gesekan antar permukaan mesin, mesin
cepat aus.
2. Gesekan udara dengan mobil, laju mobil
terhambat.
Sedangkan contoh yang menguntungkan :
1. Gaya gesekan antara alas kaki dengan jalan ,
agar tidak terpeleset saat berjalan.
2. Gesekan jalan dengan permukaan ban
motor, agar tidak slip ketika berjalan.
arah gaya
gesekan f
f
Gaya Gesekan
GAYA GESEK
Benda diam
N
N
Benda bergerak
a
Gaya normal
F
fs
Gaya gesek
statik
f s  F  f s ,maks
Gaya berat
W
F
fk
Gaya gesek
kinetik
f
W
F  f s ,maks
f s,maks   s N
F  0
 F  ma
f k  k N
statik
kinetik
F
jika F  f s ,maks
(benda diam )      f s   s . N
jika F  f s ,maks
(benda mau bergerak )
jika F  f s ,maks
(benda bergerak )
     f k  k . N
D. TEGANGAN TALI ( T )
Tegangan tali : gaya tegang yang bekerja pada ujung-ujung tali. Dimana gaya tegang
pada kedua ujungnya sama besar dan beratnya diabaikan. contoh animasi berikut
ini merupakan gaya tegangan tali yang terjadi.
T
T
Suatu diagram yang digunakan untuk menunjukkan besar relatif dan arah
semua gaya yang bekerja pada suatu benda dalam keadaan tertentu.
Sebagai contoh, sebuah balok diam di atas lantai, maka diagram bebas
balok dapat digambarkan sebagai berikut.
N
KETERANGAN
F
fS
N = gaya Normal,
fs = gaya gesekan,
w = berat benda,
w
F = gaya ke kanan
 Beberapa gaya yang bekerja pada suatu benda dalam satu
garis kerja dapat diganti oleh sebuah gaya yang dinamakan
resultan gaya.
 Dengan memperhatikan gaya sebagai besaran yang memiliki
arah, besarnya resultan gaya (sama dengan jumlah aljabar
gaya-gaya tersebut dan secara matematis dirumuskan:
R   F  F1  F2  F3  ...
14
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda
maka benda tersebut akan selalu pada keadaannya, yaitu benda
yang diam akan selalu diam dan benda yang bergerak akan bergerak
dengan kecepatan konstan.
SF=0
a=0
Hukum
Kelembaman
Sistem Inersia
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
v = konstan
Sistem Inersia
Jika pengaruh dari luar tidak dapat diabaikan,
Seberapa
jauh
sebuah
benda
mampu
mempertahankan sifat kelembamannya ?
MASSA (m)
Skalar
m1 a2

m2 a1
Satuan SI
kilogram (kg)
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
Penjelasan Hukum 1 Newton adalah Sifat benda untuk mempertahankan
keadaanya yang diam tetap diam, yang bergerak lurus beraturan tetap
bergerak lurus beraturan disebut inersia benda atau juga disebut
kelembaman.
Sifat lembam benda adalah sifat mempertahankan keadaanya, yaitu
keadaan tetap diam atau keadaan tetap bergerak beraturan.
Setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya yang
resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Berarti jika resultan
gaya nol, maka pusat massa dari suatu benda tetap diam, atau bergerak
dengan kecepatan konstan.
17
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
 Apabila mobil bergerak maju secara tiba-tiba, maka tubuh akan
sempoyongan ke belakang, demikian juga ketika mobil tiba-tiba direm,
tubuh akan sempoyongan ke depan. Hal ini diakibatkan karena tubuh
memiliki kecenderungan untuk tetap diam jika diam dan juga memiliki
kecenderungan untuk terus bergerak jika telah bergerak.
18
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
Hukum Pertama Newton telah dibuktikan oleh para astronout pada saat
berada di luar angkasa. Ketika seorang astronout mendorong sebuah pensil
(pensil mengambang karena tidak ada gaya gravitasi),pensil tersebut
bergerak lurus dengan laju tetap dan baru berhenti setelah menabrak dinding
pesawat luar angkasa. Hal ini disebabkan karena di luar angkasa tidak ada
udara, sehingga tidak ada gaya gesek yang menghambat gerak pensil
tersebut.
19
Bagaimana jika
resultan gaya yang
bekerja pada suatu
benda tidak sama
dengan Nol?
Hukum Newton II
Fakta menunjukkan:
• Benda akan bergerak
• Muncul kecepatan yang terus berubah (percepatan)
• Massa yang lebih besar lebih susah berubah kecepatannya
Bahasa yang dipermudah
F

a
m
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Tentukan sistem
Gambar diagram gaya benda bebas pada sistem tersebut
Menguraikan gaya-gaya pada arah-arah yang mempermudah
penyelesaian
Memperhatikan arah-arah yang mungkin terjadinya kesetimbangan
gaya
Susun persamaan dengan memanfaatkan hukum-hukum gerak
Newton
Selesaikan sistem persamaan yang diperoleh
Interpretasikan hasil solusi matematikanya
Cermati konsekuensi solusinya, misal : cek kasus ekstrem, atau
asimtitotis
Hukum II Newton berbunyi “Percepatan yang ditimbulkan
oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan
besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa
benda.”
F
a
atau  F  ma
m
Jika dalam bentuk vektor maka penulisannya adalah:
Secara matematis dirumuskan
Satuan Gaya : newton (N)
1 N  10 kg
1 dyne  1 g  cm  s 2
1 N = 105 dyne
1 N = 0.225 lb
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
1.
Sebuah bola bilyard diletakkan pada permukaan yang licin sekali
(anggap gesekannya tidak ada). Dua gaya berkerja pada bola ini seperti
pada Gambar. Hitung percepatan tersebut jika massanya 0,5 kg.
24
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
25
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
26
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
27
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
Hukum III Newton, yang dikenal sebagai hukum aksi-reaksi, yang
bunyinya “Jika benda pertama memberikan gaya pada benda kedua
maka benda kedua akan memberikan gaya yang besarnya sama tetapi
arahnya berlawanan.”
F
aksi
  Freaksi
28
Contoh Penerapan Hukum III Newton
Reaction: road pushes on tire
Action: tire pushes on road
TEKNIK SIPIL
Universitas
Brawijaya
30
 Massa adalah sifat dari benda itu sendiri, yakni ukuran
kelembaman benda tersebut atau “jumlah zat’-nya.
 Berat adalah gaya, gaya gravitasi yang bekerja pada
sebuah benda.
 Sebuah batu ketika dibawa ke bulan, tetap menjadi batu
dengan ukuran yang sama. Yang berbeda adalah berat-nya
alias gaya gravitasi yang bekerja pada batu tersebut.
 HUBUNGAN ANTARA MASSA DAN BERAT:
Suatu benda dengan massa yang jatuh secara bebas ke
bumi hanyalah dipengaruhi oleh satu gaya, yaitu gaya tarik
bumi atau gaya gravitasi, yang kita sebut berat W dari
benda.
Karena itu F = m a memberikan kita hubungan F = W, a
=g dan m; jadi w=mg. berhubung g=10 m/s2 di bumi,
maka 1 kg benda beratnya 10 N di bumi.
LATIHAN SOAL
F1
F2
34
F1
F2
35
36
37
38
39
2
40
41
42
43
44
45
46
47
Gaya sentripetal hanyalah NAMA sejenis gaya yang istimewa yaitu arahnya selalu
menuju ke titik pusat lingkaran. Jadi tentukan dulu bidang lingkarannya serta titik
pusatnya, baru menentukan arah gaya centripetal. Dengan demikian:
Gaya sentripetal = resultan komponen semua gaya yang menuju ke
pusat lingkaran atau radial keluar
Untuk memiliki gaya sentripetal tak perlu melakukan gerak melingkar penuh! Setiap
gerak melengkung, bisa didefinisikan gaya centripetalnya.
Ilustrasi. Siapakah yang berfungsi sebagai gaya centripetal (Fc)
Bumi mengelilingi matahari. Gaya
gravitasi berfungsi jadi gaya centripetal
N cosα = Fc
Tikungan licin. Uraian gaya
Normal berfungsi sebagai gaya
centripetal
Fc = G m M/r2
v
N
Selisih gaya gaya
berat dan normal
berfungsi jadi gaya
centripetal
T
W
Fc = W-N
Selisih gaya
tegangan tali dan
gaya berat
berfungsi jadi gaya
centripetal
Fc = T-W
v
W
 Gerak Bumi mengelilingi Matahari
 Gerak Satelit Buatan
Gaya gravitasi berfungsi sebagai gaya
centripetal:
m
m.v2/r = G.M.m/r2
F=G.M.m/r2
M
r
Dipermukaan bumi:
g0 = G.M/R20
Hukum Newton tentang gravitasi
Hukum Gravitasi Umum Newton
Gaya gravitasi antara dua benda
Merupakan gaya tarik menarik yang
besarnya berbanding lurus
dengan massa masing-masing benda dan
berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak antara keduanya
m1.m2
Fg 
r2
Isaac Newton - 1686
m1
m2
r
53
54
55
56
57
58
59