Bahan Ajar Hukum Newton [PDF]

Citation preview

BAHAN PEMBELAJARAN Nama Sekolah



: SMAN 13 MUKOMUKO



Mata Pelajaran



: Fisika



Kelas/Semester



: X/1



Topik



: Hukum Newton dan Penerapannya



Pertemuan Ke-



: Satu



Peminatan



: IPA



Alokasi Waktu



: 12 x 45 JP (4 x pertemuan)



A. Kompetensi Inti KI 1



: Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.



KI 2



:



Mengembangkan perilaku (jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli, santun, ramah lingkungan, gotong royong, kerjasama, cinta damai, responsif dan pro-aktif) dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan bangsa dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.



KI 3 : Memahami dan menerapkan pengetahuan faktual, konseptual, prosedural dalam ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. KI 4 : Mengolah, abstrak



menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah



terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di



sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.



B. Kompetensi Dasar 2.2



Merencanakan dan melaksanakan percobaan untuk menyelidiki hubungan gaya, massa, dan percepatan dalam gerak lurus



3.4



Menganalisis hubungan antara gaya, massa, dan gerakan benda pada gerak lurus



 INDIKATOR o



Mengidentifikasikan penerapan hukum-hukum Newton dalam kehidupan sehari-hari.



o



Memberikan contoh penerapan hukum-hukum Newton dengan menggunakan berbagai media.



o



Melakukan percobaan yang berhubungan dengan hukum-hukum Newt



HUKUM NEWTON DAN PENERAPANNYA A.



Pengertian Gaya Bila kita lemparkan kelereng di atas permukaan lantai, maka kecepatan kelereng semakin lama semakin berkurang sehingga suatu saat kelereng itu diam (berhenti).Kenapa demikian? Hal itu disebabkan karena adanya gaya gesekan antara lantai dengan kelereng. Jadi dalam hal ini gaya dapat menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan pada benda. Apa yang terjadi jika bola softball yang dilempar lalu kita pukul? Tentunya bola itu akan terpental dengan arah yang berbeda dengan arah semula. Dengan demikian gaya dapat menyebabkan perubahan arah gerak suatu benda. Contoh lain perubahan yang terjadi akibat pengaruh gaya adalah perubahan ukuran suatu benda. Misalnya kalau kita tarik pegas, maka panjang pegas akan berubah dari panjang semula. Tentunya masih banyak lagi perubahan-perubahan yang dissebabkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda. Coba berikan contoh yang lain akibat pengaruh gaya! Dari contoh-contoh di atas dapatlah didefinisikan bahwa gaya adalah



sesuatu yang dapat menyebabkan perubahan gerak, perubahan arah gerak, perubahan ukuran atau perubahan bentuk dari benda. Tetapi dalam hal ini kita akan pelajari khusus tentang hubungan gaya dengan gerak. Orang yang paling berjasa dalam pembahasan ini adalah seorang yang bernama Isaac Newton, ilmuawan berkebangsaan Inggris yang hidup pada tahun 1642 – 1727



B. Hukum I Newton Dari contoh di atas dikemukakan, bila suatu kelereng dilemparkan di atas lantai maka kecepatan kelereng semakin lama semakin berkurang sehingga suatu saat kelereng akan berhenti. Bayangkanlah, bagaimana jika lantainya sangat licin sehingga tidak ada gaya gesek antara lantai dengan kelereng? Tentunnya kelereng itu akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap dan tidak akan pernah berhenti, Bagaimana pula jika kelereng itu diletakkan di atas lantai tanapa diberi gaya? Tentu saja kelereng itu tetap akan diam di tempatnya. Keadaaan inilah yang sebesarnya dikemukakan oleh Newton yang dikenal dengan hukumnya yang pertama. Bunyi hukum I Newton: “Bila tidak ada gaya yang bekerja pada benda (jumlah gaya-gaya yang bekerja sama dengan nol) maka benda akan diam atau bergerak lurus beraturan”. Dari pernyataan itu dapat kita ringkas: Jika Σ F = 0, maka benda itu diam atau bergerak lurus beraturan. Perhatikan gambar berikut! Balok akan tetap diam atau bergerak F1y F1x



lurus beraturan jika: F2x



F2y



ΣFx = 0 ΣFy = 0



Contoh: 1. Sebuah balok bermassa 5 kg (berat W= 50 N) digantung dengan tali diikatkan pada atap. Jika balok diam berapakah tegangan tali? Penyelesaian: Gaya-gaya yang bekerja pada balok seperti gambar disamping. Karena balok diam maka berlaku hukum I Newton. ΣF = 0 T-W=0 T – 50 = 0 berarti T = 50



Hukum I Newton disebut juga kelembaman, yaitu sifat suatu benda yang cenderung untuk mempertahankan keadaan semula. Suatu benda yang diam cenderung untuk tetap diam, sebaliknya bila benda itu bergerak maka cenderung untuk terus bergerak. Hal ini dapat kita rasakan pada saat kita naik bus. Apabila bus tiba-tiba bergerak maka kita akan merasakan badan kita terdorong kebelakang, sebaliknya pada saat bus sudah bergerak kemudian tiba-tiba direm, maka kita merasa badan kita terdorong ke depan. Inilah yang dimasud dengan sifat lembam suatu benda.



Percobaan: Tujuan : mendemontrasi kelembaman Alat dan Bahan :



sebutir kelereng besar, selembanr kertas, dan meja dengan



permukaan kaca. Langkah kerja : 1. Letakkan selembar kertas diatas meja dengan (ermukaan licin (misalnya permukannnya dilapisi oleh kaca) taruh sebuah kelereng besar diatas kertas. 2. Tarik kertas secara perlahan tetapi tidak sampai jatuh dari meja. Bagaimanakah dengan keadaan gerak kelereng? 3. Ulangi langkah 2, tetapi sekarang tariklah kertas secara cepat dengan satu sentakan. Bagaimanakah dengan keandaan gerak kelereng?



4. Ulangi langkah 2, tetapi sekarang tariklah kertas secara perlahan dkemudian hentikan tarikan anda. Bagaimanakah dengan keandaan gerak kelereng? Kesimpulan: Berdasarkan pengamatan anda tentang keandaan gerak kelerengpada langkah 2, langkah 3, langkah 4, nyatakan definisi anda tentang kelembaman.



C.



Hukum II Newton Hukum I Newron membicarakan keadaan suatu benda jika tidak ada gaya yang bekerja padanya. Lalu bagaimana jika ada gaya yang bekerja pada benda atau jumlah gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol? Tentunya keadaan benda akan sebaliknya, yaitu benda akan bergerak dan gerakannya tidak lurus beraturan tetapi bergerak lurus berubah beraturan. Kalau benda bergerak lurus berubah beraturan tentu ada percepatannya. Berapa besar percepatannya? Keadaan ini telah dikemukakan oleh Newton dalam hukumnya yang kedua. Bunyi Hukum II Newton: ”Besarnya percepatan yang ditimbukan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besarnya gaya tetapi berbanding terbalik dengan massa benda”



a



F m



atau



F  m.a



Keterangan: a = percepatan benda (m/s2) F = gaya (N) m = massa benda (kg) Coba kalian amati orang yang mendorong mobil mogok pada gambar. Lebih cepat manakah kejadian (a) didorong satu orang kejadian (b) didorong banyak orang. Tetukan kalian langsung menjawab lebih cepat pertanyaan (b) karena dengan banyak orang gaya besar (F besar). Lebih cepat bergerak berarti dapat menggambarkan perubahan kecepatan yang besar atau percepatan (a) besar. Jadi percepatan (a) di pengaruhi oleh gaya (F).



Contoh: Sebuah benda dengan massa 7,5 kg ditarik oleh gaya tetap sebesar 90 N. hitunglah percepatannya? Jawab : Diket : m = 7,5 kg Dit : a = …?



F = 90 N



Penyelesaian : a = F/ m = 7,5 = 12 m/s2



D.



Hukum III Newton Bila kita memakai sepatu roda kemudian mendorong tembok, apakah yang terjadi? Tembok akan tetap diam, malah kita yang terdorong ke belakang. Semakin besar dorongan kita, semakin kuat



kita terdorong ke belakang.



Bagaimana ini bisa terjadi? Kejadian ini dapat dijelaskan bahwa pada saat kita mendorong



(memberikan



gaya)



pada



tembok,



sebenarnya



tembokpun



memberikan gaya pada kita dengan besar gaya sama tetapi arahnya berlawanan. Keadaan ini telah dikemukakan oleh Newton pada hukumnya yang ketiga dan dikenal pula sebagai hokum aksi-reaksi.



Bunyi Hukum III Newton. ”Bila suatu benda mengerjakan gaya pada benda lain, maka benda kedua juga akan memberikan gaya pada benda pertama dengan besar gaya sama tetapi arahnya berlawana”. Hukum ini di nyatakan sebagai berikut: Secara matematis hukum III Newton dapat ditulis:



F(aksi) = - F(reaksi)



Contoh soal: Sebuah mobil dengan massa 1500 kg dan kecepatan awal 15 m/ detik bergerak hingga mencapai kecepatan 45 m/ detik dalam waktu 6 detik. Berapakah gaya yang bekerja pada mobil? Jawab: Diket : M = 1500 kg; vo = 15 m/ detik. V = 45 m/ detik, t = 6 detik Dit : …? Penyelesaian : a = v – vo a = 45 m/ detik – 15 m/detik a = 5 m/ detik²



Perlu diperhatikan bahwa pasangan gaya aksi dan gaya rekasi ini timbul secara bersamaan tetapi bekerja pada benda yang berlainan. Perhatikan pasangan gaya aksi-reaksi berikut ini. N



Balok melakukan gaya pada meja sebesar W dan meja melakukan gaya pada balok sebesar N, dimana N=W N = gaya normal W = gaya berat



W



Percobaan Tujuan : Menemukan prinsip terdorongnya roket dan peswat jet Alat dan Bahan : Sebuah balon mainan jika ditiup akan mengembang berbentuk bulat. Langkah kerja : 1. Tiup balon hingga mengembang, dan jika udara didalam balon telah anda rasa cukup tutuplah mulut bra alon itu dengan jepitan jari hingga udara tidak dapat le;uar dari balon. 2. Tegakkan balon dengan posisi mulut balon berada dibawah. Lepaskan jepitan jari anda sehingga udara dalam balon bebas keluar dari mulut balon. Amati balon tersebut, kemanakah arah udara terpancar keluar dari mulut balon? Kemanakah arah balon itu bergerak? 3. Ulangi langkah 2 tetapi sekarang balon dalam posisi mendatar dengan mulut balon di sebelah kiri? Prinsip terdorongnya roket ke atas mirip dengan prinsip terdorongnya balon ke atas. Sebuah roket mengandung tangki yang berisi hidrogen cair dan oksigen cair. Kedua bahan bakar ini dicampur dengan ruang bakar sehingga terjadi pembakaran yang menghasilkan gas panas. Gas panas ini menyembur keluar melalui mulut pipa yang terletak pada ekor roket. Jadi, di sini roket mengerjakan gaya pada gas panas dalam arah vertikal ke bawah (aksi). Sesuai dengan hukum III Newton, timbul reaksi berupa gaya dorong vertikal ke atas roket yang dikerjakan oleh gas panas. Sebagai akibat roket ke atas. Prinsip terdorongnya jet ke depan mirip dengan terdorongnya balon mendatar kek kanan. Disitu memperlihatkan diagram sederhana sebuah mesin jet. Mula-mula udara di tarik masuk ke dalam mesin melalui bagian depan mesin, kemudian udara ini di mampatkan oleh sudu-sudu kompresor. Bahan bakar



diijeksikan ke dalam ruang bakar, dan dibakr oleh udara yang memampatkan. Ledakkan gas panas hasil pembakaran ditekan agar melalui mesin, memutar sudusudu turbin dan selanjutnya memutar kompesor. Akhirnya,



gas-gas



dengan



laju



tinggi



tersembur keluar dari bagian belakang mesin (aksi). Sebagai reaksi, gas mendorong mesin jet kedepan sehingga mesin jet kedepan sehingga jet terdorong ke depan. Tampak bahwa prinsip kerja mesin ket mirip dengan roket yaitu berdasarkan Hukum III Newton. Bedanya adalah pada roket, bahan bakar oksigen terdapat dalam tangki roket sedangkan pada mesin jet oksigen diambil dari udara sekitarnya. Oleh karena itu roket bisa bekerja di



a. roket menyemburkangas panas kebawah (aksi) sebagai rekasi, gas panas mendorong roket vertical ke atas.



Gambar Apolo II



b. Bentuk mesin jet



Percobaan Tujuan Mendemonstrasikan aplikasi Hukum III Newton Alat dan Bahan Sebuah pegas, dua balok kayu dan seutas tali Langkah kerja 1. Letakkan pegas diantara kedua balok kayu. Kemudian, tekan kedua balok kayu sehingga pegas tertekan, maka anda akan merasakan sutu gaya besar yang melawan aksi anda. Ikat dengan kuat kedua balok dan pegas tertekan sehingga menjadi satu system. 2. Letakkan system balok dan pegas ini di atas permukaan meja. Pastikan bahwa tidak ada benda atau seseorang yang menghadap ke balok. 3. Bakarlah tali pengikat dan amati dengan seksama apa yang terjadi ketika tali pengikat putus. Jelaskna peristiwa spektakuler yang anda lihat.



 LATIHAN 1.



Gerak benda dipengaruhi oleh gaya. Menurut hukum I Newton “ Sebuah benda yang diam akan tetap diam, dan benda yang bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan, jika resultan gaya yang bekerja pada benda nol, ΣF = 0



2.



Menurut hokum II Newton “ Besar percepatan yang timbul pada sebuah benda karena pengaruh suatu gaya yang bekerja pada benda, besarnya berbanding lurus dengan besar gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda. a =



3.



F m



Menurut hukum III Newton ” Jika anda mengerjakan gaya pada sebuah benda, banda tersebut akan mengerjakan gaya pada anda yang sama besarnya tetapi



dengan arah yang berlawanan. Kedua gaya tersebut dinamakan gaya aksi-reaksi . gaya kontak antara dua benda merupakan contoh gaya aksi-reaksi. 4.



Untuk mendorong mobil mogok dari keadaan diamnya, perlu dikerahkan gaya otot yang besar. Tetapi begitu mobil mulai bergerak, gaya otot yang di perlukan lebih kecil. Mengapa?



5.



Mengapa roket dapat bekerja di antariksa sedang mesin jet tidak?