Hukum Newton [PDF]

Citation preview

HUKUM NEWTON DAN PENERAPANNYA DI DUNIA KESEHATAN DAN FARMASI A. Pendahuluan Benda di alam bergerak, diam dan sebagainya tidak terjadi secara tiba-tiba. Ada penyebab sehingga gerak tersebut terjadi dan proses gerak pun tidak terjadi secara bebas. Benda selalu bergerak mengikuti aturan yang sudah pasti. Benda yang dilepas dari ketinggian tertentu pasti bergerak jatuh jika tidak ada dorongan lain yang membelokkan arah gerak. Benda yang dilempar dalam arah horizontal selalu bergerak melengkung ke bawah. Paku yang didekatkan ke magnet akan ditarik ke arah magnet. Bumi selalu bergerak mengelilingi matahari pada orbit tertentu. Dengan kata lain gerak benda umumnya bersifat determinsitik, artinya dapat diramalkan di mana lintasan yang akan diambil, ke mana arah kecepatan pada tiap titik di lintasan tersebut, dan berapa percepatan tiap saat. Jika saat ini sebuah benda didorong dengan kekuatan tertentu ke arah tertentu maka benda akan bergerak dalam satu lintasan. Jika besok benda yang sama didorong dengan kekuatan yang sama dan dalam arah yang sama maka benda menempuh lintasan yang persis sama dengan lintasan yang kemarin, kecuali ada pengganggu lain yang berpengaruh. Dengan sifat yang deterministik tersebut tentu ada hukum yang menjelaskan sifat-sifat gerak benda tersebut. Dengan hukum tersebut kita dapat memprediksi kemana benda akan bergerak jika diberikan dorongan tertentu. Newton menemukan bahwa semua persoalan gerak di alam semesta dapat diterangkan dengan hanya tiga hukum yang sederhana. Karya besar Newton termuat dalam bukunya yang sangat termashyur, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. B. Pengertian Hukum Newton Hukum Newton adalah tiga hukum fisika yang menjadi dasar mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya.



Ketiga hukum gerak ini pertama dirangkum oleh Sir Isaac Newton dalam karyanya Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, pertama kali diterbitkan pada 5 Juli 1687. Newton menggunakan karyanya untuk menjelaskan dan meneliti gerak dari bermacam-macam benda fisik maupun sistem.



Gambar 1 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (https://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_gerak_Newton)



C. Hukum I Newton “Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam. Benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap lurus beraturan dengan kecepatan tetap”



Gambar 2 Mobil melaju kencang kemudian direm mendadak (https://idschool.net/sma/hukum-newton-1-2-3/)



Hukum I Newton mendefinisikan adanya sifat kelembaman benda, yaitu keberadaan besaran yang dinamai massa. Karena sifat kelembaman ini maka benda



cenderung



direpresentasikan



mempertahankan oleh



kecepatan.



keadaan Jadi,



geraknya.



sifat



Keadaan



kelembaman



gerak



mengukur



kecenderungan benda mempertahankan kecepatannya. Makin besar kelembaman yang



dimiliki



benda



maka



makin



kuat



benda



mempertahankan



sifat



kelembamannya. Atau diperlukan pengganggu yang lebih besar untuk mengubah kecepatan benda. Makin besar massa, maka benda makin lembam. Itulah penyebabnya bahwa kita sangat sulit mendorong benda yang memiliki massa lebih besar daripada benda yang memiliki massa lebih kecil. Hukum I Newton dapat dirumuskan sebagai berikut :



∑F=0 Sebenarnya pernyataan Hukum I Newton di atas sudah pernah diucapkan oleh Galileo beberapa tahun sebelum Newton lahir, Galileo mengatakan: “Kecepatan yang diberikan pada suatu benda akan tetap dipertahankan jika semua gaya penghambatnya dihilangkan.”



Hal ini berarti 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 resultan gaya-gaya yang bekerja tidak sama dengan nol, maka benda tersebut akan mengalami percepatan atau perlambatan.



D. Hukum II Newton “Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya”



Hukum II Newton menjelaskan perubahan keadaan gerak benda. Hukum ini menyatakan bahwa benda dapat diubah keadaan geraknya jika pada benda bekerja gaya. Gaya yang bekerja berkaitan langsung dengan perubahan keadaan gerak benda. Besarnya perubahan keadaan gerak sama dengan gaya yang diberikan kepada benda.



Gambar 3 Seseorang yang sedang mendorong gerobak dengan kekuatan yang besarnya tertentu. Maka gerobak tersebut akan bergerak dengan percepatan tertentu pula. (http://materi4belajar.blogspot.com/2018/04/contoh-hukumnewton-1-2-3-dalam.html#)



Dapat dipahami bahwasanya suatu gaya benda akan semakin bertambah besar jika diberikan dorongan daya yang searah dengan laju arah gaya benda tersebut. Namun, jika diberikan gaya tolak atau berlawanan arah dari gaya benda tersebut maka, akan memperkecil atau memperlambat laju gaya benda tersebut. Hukum II Newton dapat dirumuskan sebagai berikut :



F=ma F = gaya (N) m = massa benda (kg) a = percepatan (m/s2)



E.



Hukum III Newton “Setiap aksi akan menimbulkan reaksi, jika suatu benda memberikan gaya pada benda yang lain maka benda yang terkena gaya akan memberikan gaya yang besarnya sama dengan gaya yang diterima dari benda pertama, tetapi arahnya berlawanan”



Hukum ini mengungkapkan keberadaan gaya reaksi yang sama besar dengan gaya aksi, tetapi berlawanan arah. Jika benda pertama melakukan gaya pada benda kedua (gaya aksi), maka benda kedua melakukan gaya yang sama besar pada benda pertama tetapi arahnya berlawanan (gaya reaksi). Hukum III Newton dapat dirumuskan sebagai berikut :



F aksi = - F reaksi



Gambar 4 Gaya yang diberikan lemari terhadap orang sama



dengan



gaya



dorong



yang



dilakukan



(https://1.bp.blogspot.com/Hukum%2BNewton.jpg)



Tiga hal yang harus diperhatian dalam Hukum III Newton adalah sebagai berikut :  Aksi-reaksi bekerja pada dua buah benda berbeda.



 Aksi-reaksi tidak saling meniadakan satu sama lain.  Aksi-reaksi dapat menyebabkan salah satu atau kedua benda diam atau bergerak.



F. Penerapan Hukum Newton dalam Kehidupan Sehari-hari  Hukum Newton I - Saat seseorang mengerem kendaraan bermotor atau mobil, maka tubuh akan terdorong ke depan. - Saat seseorang menginjak pedal gas, maka tubuh akan terdorong ke belakang. - Jika kertas yang berada di bawah gelas kaca ditarik dengan cepat, maka gelas akan tetap diam karena resultan gayanya nol.  Hukum Newton II - Truk yg membawa massa sedikit bisa mendapatkan percepatan yang lebih besar daripada truk yang membawa muatan sangat banyak.  Hukum Newton III - Semburan gas panas ke bawah yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar roket akan mendorong roket meluncur ke atas.



G. Penerapan Hukum Newton dalam Dunia Kesehatan dan Farmasi  CPR (Cardio-Pulmonary Resuscitation) yang dilakukan di atas ambulance Menurut hukum II Newton, percepatan suatu benda yang diberi gaya adalah sebanding dengan besar gaya dan berbanding terbalik dengan masa benda, yang artinya bahwa, jika ambulans ditarik dengan gaya (kecepatan) yang lebih besar, maka percepatannya akan lebih besar pula. Percepatan ini akan memengaruhi keadaan benda yang diberi percepatan, hal ini sesuai dengan hukum I Newton bahwa benda akan tetap diam atau bergerak beraturan selama tidak ada gaya lain yang memengaruhi. Menurut hukum III Newton bahwa setiap ada aksi pasti ada reaksi, yang artinya ketika ambulans diberikan gaya (aksi) yang besar (kelajuan yang besar), maka benda-benda yang ada di dalamnya akan memberikan reaksi



gaya yang sama dengan arah yang berlawanan. Berdasar konsep di atas dapat dijelaskan bahwa, semakin cepat kelajuan suatu benda (gaya), maka semakin besar gaya reaksi yang harus diberikan, ini artinya dengan kecepatan yang tinggi akan memengaruhi stabilitas gaya (pijat jantung) yang secara teknis dapat diobservasi melalui parameter teknis CPR.



H. Contoh Soal dan Pembahasan 1. Sebuah benda memiliki massa 5 kg bergerak mendatar dengan kecepatan mula-mula 10 m/s. Setelah itu diberikan gaya konstan sebesar 15 Newton selama 10 sekon searah dengan arah gerak benda. Maka besarnya kecepatan benda setelah 10 sekon adalah... Jawaban : a = ΣF/ m a = 10 N /5 kg a = 3 m/s2



Kecepatan benda (v) v = vo + a.t v = 10 m/s + 3 m/s2. 10 s v = 40 m/s



2. Sebuah drum oli yang massa 30 kg bergerak dengan kecepatan awal 6 m/s. Oleh karena gaya yang bekerja searah dengan gerak drum tersebut, kecepatan drum menjadi 10 m/s setelah menempuh jarak 8 m. Gaya yang bekerja pada drum tersebut adalah... Jawaban : Percepatan benda (a): v2 = vo2 + 2 . a . s (10 m/s)2 = (6 m/s)2 + 2 . a . 8 m 100 = 36 + 16 a 12 a = 100 - 36



16a = 64 a = 4 m/s2 Besarnya gaya pada benda (∑F): ∑F = m .a ∑F = 30 kg . 4 m/s2 ∑F = 120 N



3. Sebuah balok bermassa 5 kg (berat w = 50 N) digantung dengan tali dan diikatkan pada atap. Jika balok diam maka berapakah tegangan talinya? Jawaban : ΣF = 0 T–w=0 T – 50 = 0 T = 50 N



4. Dhania menarik beban dengan bantuan katrol seperti pada gambar di bawah ini. Pada saat gaya yang diberikan F = 125 N ternyata beban dapat terangkat dengan kecepatan tetap. g = 10 m/s2. Jika gaya gesek katrol dan massa tali dapat diabaikan maka berapakah massa beban tersebut? Jawaban : ΣF = 0 T–w=0 F – mg = 0 125 – m(10) = 0 125 – 10m = 0 10m = 125 m = 125/10 m = 12,5 kg



5. Sebuah truk dapat menghasilkan gaya sebesar 7000 N. Jika truk tersebut dapat bergerak dengan percepatan 3,5 m/s2, maka tentukan massa truk tersebut! Jawaban : m= ∑F/a m= 7000/3,5 m= 2000 kg m= 2 ton



DAFTAR PUSTAKA



Abdullah, Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar 1. Bandung : Institut Teknologi Bandung. Apriyanto, Yogo., et al. 2010. Parameter Teknis Cardio-Pulmonary Resuscitation dengan



Travelling



Time



20,



40,



dan



60



km/jam.



(Online),



(https://www.researchgate.net/publication/327392724., diakses tanggal 11 Oktober 2018 pukul 08.52 WIB) Ardianto, Rosyid. Fisika untuk Universitas Jilid 1. Surabaya: Departemen Fisika Universitas Airlangga Soedojo, Peter. 1986. Azas-Azas Ilmu Fisika Jilid 1. Jogjakarta: Gadjah Mada University Press. Wang, H., et al. 2003. Cardiopulmonary Resuscitation during Transport, (Online), (http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0300957207000329., diakses tanggal 11 Oktober 2018 pukul 08.40 WIB).