Percepatan akan timbul jika suatu benda kita dorong atau kita tarik
dengan suatu gaya. Pada kesempatan ini kita akan mempelajari Hukum
Newton tentang gerak. Ada tiga Hukum Newton tentang gerak. Hukum Newton 1
erat hubungannya dengan pernyataan Galileo (1564 – 1642) tentang
inersia. Galileo menyatakan bila pengaruh luar dari suatu benda
benar-benar dihilangkan, maka suatu benda akan tetap diam bila pada
mulanya diam, dan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan bila pada
mulanya bergerak dengan kecepatan konstan.
1. Hukum pertama Newton tentang gerak
Hukum pertama Newton berbunyi :
hukum 1 : Setiap benda akan
mempertahankan keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada
gaya yang bekerja untuk mengubahnya. (dalam bahasa aslinya : ”lex 1 : Corpus
omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in
directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare”
Jika resultan gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan 0,
maka suatu benda yang diam akan tetap diam atau benda yang bergerak
dengan kecepatan konstan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan
atau secara matematis dapat ditulis:
Artinya benda akan bergerak dengan suatu percepatan jika jumlah gaya –
gaya yang bekerja pada benda tersebut tidak sama dengan nol. Bila suatu
benda sedang bergerak dengan suatu kecepatan konstan, maka benda
tersebut akan tetap bergerak walaupun tidak ada gaya yang bekerja pada
benda tersebut, namun jika pada suatu benda yang bergerak dengan
kecepatan konstan diberikan suatu gaya sehingga resulta gaya-gaya yang
bekerja tidak sama dengan nol, maka benda tersebut akan mengalami
percepatan atau perlambatan. Kondisi ini sulit diwujudkan pada kondisi
normal di ruang terbuka, karena udara dan media luncur akan selalu
memberikan gesekan (gaya) yang menyebabkan suatu benda akan berhenti
bergerak (mengalami perlambatan) namun pada kondisi ruang hampa dan
bebas gravitasi seperti di angkasa luar, kondisi ini sangat mudah
terwujud. Contoh seperti meteor yg bergerak bebas jauh dari pengaruh
gravitasi benda-benda langit yang lainnya.
Sebuah satelit yang telah diluncurkan akan terus mengorbit bumi
dengan kelajuan konstan, tetapi kecepatan selalu berubah arah dengan
besar yang tetap. Resultan gaya-gaya yang bekerja pada satelit tersebut
tidak sama dengan 0, karena ada gaya sentripetal yang bekerja pada
satelit sehingga satelit mengalami percepatan sentripetal. Dan bila
satelit tersebut hendak dipindahkan posisinya, maka sebuah vektoring
roket akan dihidupkan secara implus ( memberikan gaya dorong sesaat)
sehingga satelit akan mengalami percepatan atau perlambatan yang
mengubah arah dan besar kecepatannya. Dalam hal ini satelit tidak
melakukan GLB. Ini sering di salah artikan seolah-olah resultan gaya
pada satelit adalah nol.
Gambar 1 sebuah satelit yang sedang
melakukan manuver menggunakan roket vektor untuk memberikan gaya implus
selama beberapa detik sehingga mengubah arah dan besar kecepatan satelit
2. Hukum kedua Newton tentang gerak
Perhatikan gambar 2 berikut ini.
Gambar 2 gaya pegas, massa dan percepatan
Pada gambar 2 terdapat sebuah pegas yang dipasang secara horizontal
dengan sebuah beban pada sebuah bidang yang tidak ada gesekannya
sehingga sistem ini dapat bergerak tanpa gesekan. Pada kondisi pertama
(b) terdapat massa m
2 pada pegas kemudian pegas diregangkan sejauh X, dan dilepas, maka benda m
2 akan mengalami percepatan sebesar a
2. Kemudian pada kondisi kedua sebuah massa m
1 dipasang mengantikan massa m
2 dimana m
1 > m
2 , kemudian diregangkan sejauh X sama dengan kondisi pertama dan dilepaskan, maka benda m
1 juga akan mengalami percepatan sebesar a
1 ternyata setelah kita ukur, didapat:
F adalah gaya tarik pegas yang besarnya konstanta pegas dikalikan dengan regangan X.
Hukum kedua Newton menyatakan gaya yang bekerja pada sebuah benda
sama dengan perubahan momentum linier (p) terhadap waktu (t) atau dapat
ditulis :
Persamaan (1) di atas dapat diselesaikan menjadi :
Untuk kasus kecepatan benda yang jauh lebih kecil dari kecepatan
cahaya maka dm/dt dapat diabaikan sehingga persamaan (2) dapat
disederhanakan menjadi :
F adalah gaya yang bekerja pada suatu benda, m adalah massa benda dan
a adalah percepatan pada pusat massa benda. Untuk kasus dengan banyak
gaya yang bekerja pada benda, maka F adalah resultan dari gaya-gaya yang
bekerja pada benda tersebut.
Hukum kedua Newton dalam bahasa aslinya (latin) berbunyi:
“Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.”
Diterjemahkan 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.”
3. Hukum ke tiga Newton tentang gerak
Bunyi asli hukum ke tiga Newton adalah :
“Lex III: Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem:
sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in
partes contrarias dirigi”
Dapat diartikan :
“untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama
besarnya tetapi berlawanan arah, atau gaya dari dua benda pada satu sama
lainnya selalu sama besar dan berlawanan arah”
Hukum ke 3 Newton ini dikenal dengan hukum aksi dan reaksi yang secara matematis dapat ditulis :
Jika kita menarik sebuah tali yang terkait pada sebuah tembok, maka
tembok juga akan menarik kita dengan gaya yang sama besar tetapi
berlawanan arah dengan gaya tarik yang kita berikan, seperti pada gambar
dibawah ini.
Namun ada beberapa kasus yang tidak termasuk gaya aksi dan reaksi
seperti halnya gaya normal dengan gaya berat. Dalam sebuah sistem (lihat
gambar 4 ) terlihat 2 buah gaya ini besarnya sama dan berlawanan arah,
tetapi 2 gaya ini bukan pasangan gaya aksi dan reaksi. Gaya berat
merupakan reaksi (timbul) akibat adanya gaya tarik bumi. Sehingga gaya
berat merupakan pasangan dari gaya tarik benda terhadap bumi. Sedangkan
gaya normal merupakan reaksi (timbul) karena adanya gaya tekan benda
terhadap permukaan meja.
Gambar 4 gaya berat dan gaya normal
Syarat gaya aksi dan reaksi adalah :
- Sama besar
- Berlawanan arah
- Bekerja pada satu garis gaya
- Bekerja pada 2 benda yang berbeda
Dalam kehidupan sehari-hari hukum Newton cukup mumpuni untuk
digunakan menyelesaikan beberapa kasus fisika, namun untuk kasus-kasus
yang melibatkan kecepatan yang tinggi (mendekati kecepatan cahaya),
kasus-kasus dalam skala ukuran yang sangat kecil seperti atom dan
turunannya atau medan gravitasi yang sangat kuat, hukum Newton tidak
dapat lagi digunakan. Penjelasan untuk kondisi ini membutuhkan
pendekatan fisika yang lebih komplek seperti teori medan kuantum dan
teori relativitas umum.
Jika ada salah mohon dikoreksi, untuk kebaikan bersama, terima kasih.
Postingan
