Hukum Newton [PDF]

Citation preview

BAB



16



HUKUM-HUKUM NEWTON



Aduh! Aku kesal sekali! Bus yang tadi aku tumpangi sering mengerem mendadak sampai aku hampir terantuk kursi depanku!



Benarkah? Kenapa sih setiap kali kita naik kendaraan yang direm mendadak kita selalu tersungkur ke depan?



Itu karena sifat kelembaman yang kita miliki. Lembam? Apa itu?



Kamu benar-benar nggak tahu, ya? Wah kamu beruntung. Kebetulan kita nanti akan belajar hukumhukum Newton. Benar. Kita akan belajar tentang kelembaman pada hukum I Newton. Hubungan antara gaya, massa, dan percepatan pada hukum II Newton. Serta gaya aksi-reaksi pada hukum III Newton.



Setelah mempelajari bab ini kita akan memahami penerapan hukumhukum Newton dalam kehidupan seharihari.



Dok. Penerbit



Gerbang



Gambar 16.1 Bola tetap menggelinding meski gaya dorong telah dilepaskan



P



erhatikan gambar di atas! Seorang anak sedang bermain bola. Dengan sedikit memberi dorongan pada bola, bola akan menggelinding di atas lantai. Meskipun tangan anak tersebut sudah tidak mendorong bola, tetapi bola tersebut tetap menggelinding beberapa saat. Mengapa hal itu bisa terjadi? Untuk menjawab pertanyaan tersebut simaklah materi berikut dengan saksama. Kata kunci: hukum I Newton – hukum II Newton – hukum III Newton – kelembaman – gaya aksi – gaya reaksi



A.



Hukum Newton



Rep. www.horaz



Pada pelajaran sebelumnya kita telah mempelajari gaya. Gaya yang dikenakan atau diberikan pada suatu benda dapat mengakibatkan perubahan bentuk dan atau gerak benda tersebut. Kali ini kita akan mempelajari gerak benda dan gaya yang memengaruhi gerak benda tersebut. Permasalahan gerak dan penyebabnya telah menarik perhatian para ahli filsafat alam selama berabad-abad. Permasalahan ini mulai menemukan titik terang pada masa Galileo dan Newton. Pada abad ke-17, Galileo menyadari bahwa suatu benda menjadi lebih 16.2 Isaac Newton lambat atau lebih cepat jika sejumlah gaya bekerja pada benda tersebut. Jika Gambar mengemukakan hukum-hukum gaya yang bekerja pada benda dihilangkan maka benda akan terus bergerak tentang gerak yang dikenal sebagai hukum Newton pada garis lurus. Galileo menyatakan bahwa suatu benda akan mengalami perubahan kelajuan hanya saat benda dikenai suatu gaya. Dia juga berpendapat bahwa suatu benda akan bertambah cepat atau melambat selama gaya yang bekerja pada benda tidak saling meniadakan. Berdasarkan gagasan Galileo tersebut, seorang ilmuwan Inggris, yaitu Sir Isaac Newton menjelaskan tentang gaya dan gerak.



188



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



Hukum-Hukum Newton



Gagasan-gagasan Newton dituangkan melalui ketiga hukumnya dalam buku berjudul Philosophiae Naturalis Principia Mathemathica atau yang lebih dikenal sebagai Principia. Ketiga hukum tentang gerak dan gaya yang dikemukakan oleh Newton dikenal sebagai hukum Newton. Hukum I dan II Newton mengikuti gagasan yang dikemukakan oleh Galileo. Sedangkan hukum III Newton membicarakan mengenai gaya aksi dan reaksi. Apa dan bagaimana penerapan ketiga hukum Newton tersebut akan kita pelajari berikut ini.



B.



Hukum I Newton



Gambar 16.1 di depan menunjukkan seorang anak yang menggelindingkan bola di atas lantai. Bola menggelinding karena diberi gaya dorong oleh anak tersebut. Namun, bola tetap menggelinding meskipun tangan anak tersebut tidak lagi menyentuh bola. Dengan demikian, bola tetap menggelinding meskipun tidak ada gaya yang bekerja pada bola. Hal ini merupakan contoh dari hukum I Newton. Untuk lebih memahami hukum I Newton, perhatikan percakapan di bawah ini! Dina, mengapa kalau kita berada di dalam bus yang sedang berhenti, tiba-tiba digas mendadak, badan kita terdorong ke belakang?



Apakah setiap benda akan berusaha mempertahankan keadaan awalnya?



Ya, karena kita mempertahankan keadaan awal kita yang semula diam.



Ya, kamu benar.



Dari percakapan di atas dapat kita ketahui bahwa jika kita berada di dalam sebuah bus yang sedang berhenti kemudian digas mendadak maka badan kita akan terdorong ke belakang. Hal ini terjadi karena badan kita akan mempertahankan keadaan awalnya, yaitu diam. Bus yang digas mendadak akan bergerak ke depan sehingga badan kita terdorong ke belakang (berlawanan dengan arah gerak bus). Berdasarkan peristiwa di atas, dapat disimpulkan bahwa ketika gaya luar dihilangkan, setiap benda akan berusaha mempertahankan keadaan awalnya, yaitu diam atau bergerak lurus beraturan. Hal ini sesuai dengan hukum I Newton yang berbunyi: Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam dan benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan.



Hukum-Hukum Newton



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



189



Secara matematis, hukum I Newton dapat dituliskan sebagai berikut. G ΣF = 0 . . . (16.1)



Sebaiknya Tahu



Sifat benda yang mempertahankan keadaan awalnya disebut kelembaman atau inersia. Sehingga hukum I Newton disebut juga hukum kelembaman. Kelembaman yang dimiliki suatu benda diam membuatnya sulit digerakkan. Akan tetapi jika benda tersebut bergerak maka kelembamannya akan menyebabkan benda terus bergerak lurus. Untuk melawan kelembaman benda diperlukan suatu gaya tertentu. Gaya yang diperlukan untuk melawan kelembaman sebanding dengan massa benda, karena semakin besar massa benda tersebut, kelembamannya juga semakin besar. Untuk memahami hukum I Newton, lakukan kegiatan berikut! Setelah kamu memahami hukum I Newton melalui praktikum 1, coba kerjakan pelatihan di bawahnya!



Rep. www.sicurauto-video.it.



Keterangan: G Σ F : resultan gaya (N)



Gambar 16.3 Sabuk pengaman dan kantong udara berfungsi menahan kelembaman



Salah satu penerapan hukum I Newton adalah sabuk pengaman dan kantong udara. Tanpa adanya gaya penahan dari sabuk pengaman atau kantong udara, kelembaman boneka uji tabrakan pada gambar di atas akan membawanya menembus kaca depan mobil. (Dikutip seperlunya dengan perubahan dari Pustaka Sains Tersambung Internet: Energi, Gaya, dan Gerak. Pakar Raya. 2006)



Praktikum 1 Hukum I Newton A. Tujuan Menyelidiki sifat kelembaman suatu benda. B. Alat dan Bahan 1. Meja 1 buah 2. Kertas 1 buah 3. Gelas plastik 1 buah C. Langkah Kerja 1. Letakkan kertas di atas meja! 2. Letakkan gelas di atas kertas tersebut! 3. Tariklah kertas dengan cepat! Amati apa yang terjadi! 4. Lakukan langkah 1–2 kemudian tarik kertas secara perlahan-lahan! Amati apa yang terjadi! 5. Buatlah kesimpulan dari kegiatan di atas! 6. Sampaikan kesimpulan di depan kelas! Beri kesempatan pada kelompok lain untuk menanggapi! 7. Kembalikan alat dan bahan yang telah selesai kamu gunakan ke tempat semula!



190



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



Hukum-Hukum Newton



Diskusi Diskusikan dengan kelompokmu tentang peristiwa-peristiwa di sekitarmu yang sesuai dengan hukum I Newton! Tulis hasil diskusimu dan kumpulkan pada gurumu untuk didiskusikan bersama!



Hukum II Newton



lebih



Dok. Penerbit



Dok. Penerbit



Kita telah mempelajari tentang resultan gaya pada bab sebelumnya. Masih ingatkah kamu apa yang dimaksud dengan resultan gaya? Perhatikan gambar 16.4 di samping! Pada gambar tampak 2 orang sedang mendorong lemari. Resultan gaya yang bekerja pada lemari merupakan penjumlahan dari gaya yang diberikan oleh masing-masing orang. Resultan gaya yang dialami lemari lebih besar daripada gaya yang diberikan oleh masing-masing orang, (a) (b) sehingga lemari lebih mudah digeser. Jika Gambar 16.4 Lemari akan lebih mudah digeser dengan gaya yang lemari tersebut hanya didorong oleh salah satu besar orang dengan gaya yang lebih kecil daripada resultan gaya kedua orang tersebut maka lemari akan lebih sulit digeser. Dengan demikian, semakin besar gaya yang bekerja pada benda, benda akan bergerak semakin cepat. Perhatikan gambar 16.5 di samping! Jika kamu mendorong sebuah meja dengan gaya yang besarnya sama dengan besar gaya yang digunakan untuk menggeser lemari maka meja tersebut akan bergeser lebih cepat. Jadi, dapat kita simpulkan bahwa semakin kecil massa suatu benda, benda akan lebih cepat bergerak. Hukum II Peristiwa-peristiwa di atas sesuai dengan hukum Newton II Newton yang berbunyi: Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang Gambar 16.5 Meja yang massanya lebih kecil lebih mudah digeser bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar daripada lemari gayanya dan berbanding terbalik dengan massa benda. Secara matematis, hukum II Newton dapat dirumuskan sebagai berikut. G G ΣF a= m G G . . . (16.2) ΣF = m .a



Dok. Penerbit



C.



Keterangan: G a : percepatan benda (m/s2) m : massa benda (kg)



Hukum-Hukum Newton



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



191



Contoh penerapan hukum II Newton adalah pada gerakan di dalam lift. Ketika kita berada di dalam lift yang sedang bergerak, gaya berat kita akan berubah sesuai pergerakan lift. Saat lift bergerak ke atas, kita akan merasakan gaya berat yang lebih besar dibandingkan saat lift dalam keadaan diam. Hal yang sebaliknya terjadi ketika lift yang kita tumpangi bergerak ke bawah. Saat lift bergerak ke bawah, kita akan merasakan gaya berat yang lebih kecil daripada saat lift dalam keadaan diam. Cara penghitungan matematis dari hukum II Newton dapat kamu simak pada contoh soal berikut ini. Contoh Soal Sebuah benda bermassa 10 kg bergerak dengan percepatan 2 m/s. Berapakah besar gaya yang diberikan pada benda? Penyelesaian: Diketahui: m = 10 kg G a = 2 m/s G Ditanyakan: F = . . .? Jawab: G K F=m· a G F = 10 . 2 G F = 20 N Jadi, gaya yang bekerja pada benda adalah 20 N. Ketika kamu duduk di kelas VII, kamu telah mempelajari gerak lurus. Hukum II Newton juga dapat diterapkan pada gerak lurus, terutama gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Dalam GLBB berlaku persamaan berikut. G G G v = v0 + a . t G 1 G . a . t2 s = v0 . t + . . . (16.3) 2 G G G v = v 02 + 2 . a . s Untuk lebih memahami penerapan hukum II Newton pada GLBB, simaklah contoh soal berikut! Contoh soal Sebuah mobil bermassa 2.000 kg bergerak dengan kelajuan 16 m/s. Jika mobil tersebut direm dengan gaya 8.000 N, berapakah jarak yang ditempuh mobil mulai direm sampai berhenti? Penyelesaian: Diketahui: m = 2.000 kg G v 0 = 16 m/s G v t = 0 m/s (karena berhenti) 192



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



Hukum-Hukum Newton



G Σ F = -8.000 N Ditanyakan: s = . . .? Jawab: Langkah 1 Menentukan perlambatan mobil, karena mobil mengalami pengereman maka percepatan bernilai negatif. G G ΣF = m . a G -8.000 = 2.000 . a G a = -4 m/s Langkah 2 Menentukan jarak yang ditempuh selama perlambatan. G G G v 2 = v 02 + 2 . a . s 0 = 162 +2 . (-4) . s 0 = 256 – 8s 8s = 256 s = 32 m Jadi, jarak yang ditempuh mobil dari mulai direm hingga berhenti adalah 32 m.



Setelah kamu memahami materi dan contoh soal di atas, coba kerjakan soal-soal berikut!



Kerja Mandiri 1 Kerjakan soal berikut dengan tepat! 1. Sebutkan bunyi hukum II Newton! 2. Sebutkan 3 contoh peristiwa sehari-hari yang melibatkan hukum II Newton! 3. Seorang anak mendorong balok yang massanya 5 kg dengan gaya 4,5 N. Berapakah percepatan balok tersebut?



D.



Hukum III Newton



Mengapa ketika jari tangan kita menekan meja semakin kuat akan terasa sakit? Sebenarnya ketika kita menekan meja berarti kita memberikan gaya pada meja. Tangan kita akan merasa sakit sebab meja akan memberikan gaya yang besarnya sama dengan gaya tekan tangan kita, tetapi arahnya berlawanan. Jadi, jika kita perhatikan, gaya bukanlah sesuatu dalam benda tersebut tetapi merupakan interaksi antara dua benda. Peristiwa di atas merupakan contoh dari hukum III Newton, yang dikenal sebagai hukum aksi-reaksi, yang bunyinya:



Hukum-Hukum Newton



Hukum III Newton



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



193



Jika benda pertama memberikan gaya pada benda kedua maka benda kedua akan memberikan gaya yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Secara matematis, hukum III Newton dapat dinyatakan dengan rumus berikut. G G . . . (16.4) F aksi = F reaksi



Contoh penerapan hukum III Newton dapat kita jumpai pada peristiwa merapatnya perahu ke dermaga. Ketika tali perahu telah terikat ke dermaga namun perahu belum merapat ke dermaga maka nelayan akan menarik tali perahu. Nelayan tersebut memberikan gaya tarik yang arahnya menjauhi dermaga, hal ini menyebabkan perahu mendekat ke dermaga. Perahu dapat mendekat ke dermaga karena adanya gaya reaksi yang arahnya berlawanan dengan gaya tarik yang diberikan oleh nelayan. Untuk lebih memahami gaya aksi-reaksi, lakukan praktikum berikut!



194



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



G F2



G F3 G F4 G w



Gambar 16.6 Bola digantung dengan tali pada dinding



Sebaiknya Tahu



Rep. www.tms.org



Hukum III Newton berlaku pada dua gaya yang merupakan pasangan aksi-reaksi. Dua gaya dikatakan pasangan aksi-reaksi jika: 1. bekerja pada dua benda yang berbeda, 2. saling berinteraksi, 3. besarnya sama dan berlawanan arah. Untuk lebih memahami hukum III Newton tentang gaya aksi-reaksi perhatikan gambar 16.6 di samping! Pada gambar 16.6 gaya-gaya yang bekerja adalah sebagai berikut. G F 1 = gaya yang diberikan tali pada dinding G F 2 = gaya yang diberikan dinding pada tali G F 3 = gaya yang diberikan bola pada tali G F 4 = gaya yang diberikan tali pada bola G w = gaya berat bola G G G G F 1 dan F 2 serta F 3 dan F 4 adalah pasangan gaya aksi-reaksi. Kedua pasang gaya tersebut bekerja pada dua benda yang berbeda dan saling G G berinteraksi. Besar gaya F 1 dan F 2 adalah sama tetapi arahnya G G berlawanan. Demikian pula dengan gaya F 3 dan F 4. G G Sedangkan gaya F 2 dan F 3 bukan pasangan gaya aksi-reaksi karena G kedua gaya tersebut bekerja pada satu benda yang sama, yaitu tali. F 3 G dan w bukan merupakan pasangan aksi-reaksi meskipun kedua gaya tersebut besarnya sama, berlawanan arah, dan bekerja pada dua benda yang berbeda, karena kedua gaya tersebut tidak saling berinteraksi. Jadi, dari kelima gaya tersebut yang merupakan pasangan aksi-reaksi adalah: G G 1. F 1 dan F 2 G G 2. F 3 dan F 4



G F1



Gambar 16.7 Roket menggunakan prinsip hukum III Newton



Hukum ketiga Newton berlaku pada roket. Roket mendorong dan membuang gas ke bawah. Sesuai hukum III Newton maka gas mendorong roket ke atas. Jika dorongan ke atas melebihi berat pesawat maka roket akan meluncur ke atas.



Tips Jika terdapat pasangan gaya aksi-reaksi, kita tentukan salah satu gaya sebagai aksi dan yang lain sebagai reaksi (boleh dibolak-balik).



Hukum-Hukum Newton



Praktikum 2 Hukum III Newton A. Tujuan Mengetahui besarnya gaya aksi dan reaksi dengan menggunakan neraca pegas. B. Alat dan Bahan 1. Neraca pegas 2 buah 2. Statif dan klem 1 set C. Langkah Kerja 1. Pasang statif dan klem pada meja kemudian gantungkan kedua pegas secara seri seperti tampak pada gambar!



2. Tarik neraca pegas kedua dan perhatikan besar skala yang ditunjukkan oleh kedua neraca! 3. Ulangi langkah 1–2 sebanyak 4 kali dengan besar gaya yang berbeda-beda! Catat besar gaya yang terbaca pada neraca pegas ke dalam tabel berikut! Tarikan



Gaya Neraca I



Neraca II



1 2 3 4



...N ...N ...N ...N



...N ...N ...N ...N



5



...N



...N



4. Diskusikan kegiatan di atas dengan kelompokmu kemudian buat kesimpulannya! Sampaikan hasil diskusimu di depan kelas! Beri kesempatan pada kelompok lain untuk menanggapi hasil diskusimu! 5. Kembalikan semua alat dan bahan ke tempat semula!



Berdasarkan percobaan di atas, diperoleh hasil bahwa jarum pada kedua neraca pegas menunjukkan angka yang sama. Dengan demikian, terbukti bahwa G G F aksi = F reaksi. Sekarang, coba kamu kerjakan pelatihan berikut!



Hukum-Hukum Newton



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



195



Kerja Mandiri 2 Kerjakan soal berikut dengan tepat! Sebuah mangkuk plastik diletakkan di atas buku. Kedua benda tersebut diletakkan di atas meja. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut kemudian sebut dan jelaskan gaya-gaya mana sajakah yang merupakan pasangan aksi-reaksi! Kumpulkan tugasmu pada guru untuk kemudian didiskusikan bersama teman-teman sekelas!



Rangkuman 1. Hukum I Newton berbunyi: ”Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam dan benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan”. Secara matematis, hukum I Newton dapat dituliskan sebagai berikut. G ΣF = 0 Contoh penerapan hukum I Newton adalah ketika kita berada dalam bus yang bergerak kemudian direm mendadak maka tubuh kita akan terdorong ke depan. 2. Hukum II Newton yang berbunyi: ”Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa benda”. Secara matematis, hukum II Newton dapat dirumuskan sebagai berikut. G G G ΣF G a= atau Σ F = m . a m Contoh penerapan hukum II Newton adalah ketika menggeser benda. Misalnya, sebuah lemari akan lebih mudah digeser atau didorong oleh 2 orang daripada hanya didorong oleh 1 orang saja. 3. Hukum III Newton bunyinya: ”Jika benda pertama memberikan gaya pada benda kedua maka benda kedua akan memberikan gaya balasan yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan”. Secara matematis, hukum III Newton dirumuskan: G G F aksi = F reaksi Contoh penerapan hukum III Newton adalah ketika kita menekan benda. Misalnya, kita menekan meja. Semakin keras kita menekan meja, tangan kita akan semakin sakit. Hal ini dikarenakan meja memberikan gaya dorong yang besarnya sama dengan gaya tekan yang kita berikan.



196



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



Hukum-Hukum Newton



Soal-soal Uji Kompetensi A. Ayo, berilah tanda silang pada jawaban yang paling tepat! 1. Hukum I Newton dikenal sebagai hukum .... a. kekekalan b. kelembaman c. aksi-reaksi d. keseimbangan 2. Benda akan cenderung tetap diam atau bergerak jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan . . . . a. nol b. 1 c. 2 d. 3 3. Jika kita berada di dalam bus yang sedang berjalan, tiba-tiba direm maka badan kita akan terdorong . . . . a. ke samping b. ke bawah c. ke depan d. ke belakang 4. Hukum I Newton dirumuskan . . . . G G a. Σ a = m · F G G b. Σ m = F · a G G c. Σ F = m · a G d. Σ F = 0 5. Sebuah mobil bergerak dengan percepatan 4 m/s2. Jika massa mobil 1.500 kg, besar gaya yang bekerja pada mobil adalah . . . . a. 375 N b. 750 N c. 1.500 N d. 6.000 N 6. Sebuah balok bermassa 2 kg didorong dengan gaya 2,5 newton. Besar percepatan balok adalah . . . .



Hukum-Hukum Newton



7.



8.



9.



10.



a. 1 m/s2 b. 1,25 m/s2 c. 1,5 m/s2 d. 2 m/s2 Seorang anak melempar bola dengan gaya 3 N sehingga bola bergerak dengan percepatan 3 m/s2. Massa bola yang dilempar adalah . . . . a. 1 kg b. 2 kg c. 3 kg d. 4 kg Hukum III Newton dikenal dengan hukum .... a. kelembaman b. aksi-reaksi c. kesetimbangan d. Pascal Berikut ini yang bukan merupakan syarat aksi-reaksi adalah . . . . a. besarnya gaya sama b. arah gaya berlawanan c. gayanya searah d. terjadi pada dua benda Gambar di bawah ini yang merupakan gaya aksi reaksi adalah . . . . G F1 G F2



G F3 G F4



a. b. c. d.



G F 1 dan G F 1 dan G F 1 dan G F 2 dan



G F2 G F3 G F4 G F3



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



197



B. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar! 1. Sebutkan bunyi hukum I Newton! 2. Jelaskan faktor-faktor yang memengaruhi percepatan suatu benda sesuai hukum II Newton! 3. Sebuah benda bermassa 100 gram ditarik dengan gaya 20 newton. Berapakah besar percepatan benda yang bergerak?



198



Ilmu Pengetahuan Alam VIII



4. Sebutkan bunyi hukum III Newton! 5. Gambar dan jelaskan gaya aksi-reaksi yang terjadi ketika tangan kita mendorong tembok!



Hukum-Hukum Newton