DINAMIKA PARTIKEL

Hukum Ke-1 Newton Tentang Gerak

| |

Pada pembahasan sebelumnya kita telah mempelajari gerak benda baik yang bergerak lurus maupun melingkar. Pada pembahasan ini kita akan meninjau gerak benda disertai dengan penyebab gerak benda tersebut yang dinamakan gaya. Gaya (force; simbol: F) dalam fisika dapat difinisikan sebagai pengaruh apapun yang dapat menyebabkan benda mengalami perubahan kecepatan, perubahan arah, maupun perubahan bentuk. Gaya merupakan besaran vektor yang memiliki besar dan juga arah.

Pada abad ke-17, Isaac Newton mengajukan tiga buah hukum yang dapat menjelaskan kenapa benda dapat bergerak. Ketiga hukum ini kemudian dikenal dengan "Newton's three laws of motion" atau kita kenal dengan hukum gerak Newton. Newton menjelaskan ketiga hukum tentang gerak dalam bukunya yang berjudul "Principia Mathematica Philosophiae Naturalis" pada tahun 1686.

Pada pembahasan kali ini kita akan fokuskan ke hukum pertama Newton tentang gerak. Hukum pertama Newton menyatakan sebagai berikut:

An object at rest stays at rest and an object in motion stays in motion with the same speed and in the same direction unless acted upon by an unbalanced force.

"Sebuah benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan dan arah yang tetap (bergerak lurus beraturan) kecuali jika dipaksa untuk mengubah keadaan tersebut oleh gaya - gaya yang berpengaruh padanya."

Jadi ketika gaya yang berkerja pada benda seimbang (resultan gayanya sama dengan nol atau ), maka keadaan benda akan ada dua kemungkinan:

1. Benda akan diam ( kecepatan sama dengan nol), atau
2. Benda akan bergerak lurus beraturan (kecepatan sama dengan konstan).

Perilaku benda yang cenderung mempertahankan keadaan semula ini dikenal dengan istilah inersia. Oleh karena itu hukum ke-1 Newton tentang gerak ini dikenal dengan hukum Inersia. Sebagai contoh, ketika Anda duduk di kursi mobil yang sedang diam. Kemudian tiba - tiba mobil digerakan ke depan, maka tubuh Anda akan terdorong ke belakang. Begitu pula ketika mobil sedang bergerak, tiba - tiba mobil di rem. Maka tubuh Anda akan terdorong ke depan. Oleh karena itu, pada kursi mobil dipasang sabuk pengaman. Gunanya adalah untuk menahan tubuh Anda apabil mobil di rem mendadak. Selain itu, pada bagian atas jok dipasang sandaran kepala sebagai pengaman kepala apabila terjadi tabarakan dari belakang mobil.

Apabila ada pengaruh gaya luar yang menyebabkan resultan gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol, maka benda akan berubah kecepatannya (ini akan dipelajari pada pembahasan: Hukum Ke-2 Newton Tentang Gerak)

Hukum Ke-2 Newton Tentang Gerak

| |

Sebuah benda yang mendaatkan gaya yang imbang (resultan gaya sama dengan nol) akan memiliki dua kemungkinan yaitu benda akan diam atau akan terus bergerak dengan kecepatan tetap. Hal ini yang dinamakan hukum inersia seperti yang telah kita bahas pada Hukum Ke-1 Newton tentang Gerak. Namun, bagaimana jika resultan gaya yang bekerja dengan benda tidak sama dengan nol? Apa yang akan terjadi dengan benda?

Sebuah benda yang resultan gayanya tidak sama dengan nol akan mengalami perubahan kecepatan. Jika perubahan kecepatannya bernilai postitif (Kecepatan setelah diberikan gaya lebih besar daripada sebelum diberikan gaya) dinamakan percepatan dan jika perbuhakan kecepatnnya bernilai negatif (kecepatan setelah diberikan gaya lebih kecil daripada sebelum diberikan gaya) dinamakan perlambatan.

Apakah besarnya gaya yang diberikan mempengaruhi besarnya percepatan/perlambatan yang dialami benda?
Pengalaman sehari - hari memberikan jawaban kepada kita bahwa ada pengaruh gaya terhadap percepatan/perlambatan. Semakin besar gaya yang diberikan kepada benda semakin besar pula percepatan/perlambatan yang dialami oleh benda. Sebuah buku akan mendapatkan percepatan yang lebih besar daripada sebuah lemari besi jika diberikan gaya yang sama.

Setiap benda memiliki sifat inersia (keengganan untuk berubah gerak dari keadaan semula). Berdasarkan hasil eskperimen menggunakan pegas diperoleh perbandingan:

Perbandingan massa sebagai kebalikan perbandingan percepatan yang dialami masing - masing benda yang ditimbulkan oleh gaya yang sama. Jika benda 1 yang bermassa 1 kg diberikan gaya F menghasilkan 2 , maka jika gaya tersebut (F) diberikan kepada benda 2 yang bermassa 4 kg hanya akan menghasilkan percepatan sebesar  .  Dengan demikian massa dapat dipandang sebagai ukuran kuantitatif untuk menyatakan inersia. Semakin besar massa benda maka akan semakin kecil percepatannya apabila benda tersebut diberikan gaya yang sama. (percepatan benda berbanding terbalik dengan massanya).

atau kita dapat menulisnya sebagai berikut:

Sebuah persamaan yang merupakan persamaan dasar mekanika klasik. Newton, menjelaskan hukum ke-2 nya sebagai berikut:
"The acceleration a of a body is parallel and directly proportional to the net force F acting on the body, is in the direction of the net force, and is inversely proportional to the mass m of the body"

Sumber:
Resnick & Halliday.1999.Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga.Jakarta: Erlangga
Crowel, Benyamin. Newtonian Physics

Hukum Gerak Newton yang Ketiga

| |

Gaya yang bekerja pada sebuah benda merupakan hasil interaksi dengan benda lain. Jika sebuah benda melakukan gaya pada benda kedua, maka benda kedua juga akan memberikan gaya pada benda tersebut. Berdasarkan hasil eksperimen gaya interaksi antar kedua benda tersebut besarnya sama, namun arahnya berlawanan.

Umpamakan seorang pemain sepak bola menendang bola sampai bola tersebut masuk ke gawang, kaki pemain tersebut memberikan gaya kepada bola untuk memberikan percepatan kepada bola tersebut sehingga bergerak menuju gawang. 

Secara bersamaan, bola akan memberikan gaya sama besar kepada pemain tersebut dengan arah yang berlawanan. Gaya yang diberikan bola kepada pemain sepak bola tersebut menimbulkan perlambatan (kecepatan kakinya berkurang). 

Pasangan gaya ini kita sebut gaya "aksi" dan "reaksi". Jika kita kasih nama salah satu gaya sebagai gaya aksi maka yang lainnya adalah gaya reaksi.Jadi yang mana saja boleh jadi gaya aksi begitu juga dengan gaya reaksi.

Contoh lainya:

Seorang anak yang sedang duduk di kursi. Anak tersebut akan memberikan gaya kepada kursi sehingga kursi akan tertekan. 

pada saat bersamaan kursi akan memberikan gaya pada anak untuk menahan anak tersebut.

Sifat gaya ini diungkapkan oleh Newton pada hukum geraknya yang ketiga:

"Untuk setiap gaya aksi selalu terdapat gaya reaksi yang sama besar dan berlawanan arah"

Tanda negatif (-) pada persamaan tersebut menunjukan arah yang berlawanan.