Sains Multimedia: Gerak dan Hukum Newton

Hukum III Newton dan Penerapannya

Hukum II Newton dan Penerapannya

Mendorong Lemari

Perhatikan gambar di samping.
Dua orang yang mendorong tembok merasa lebih mudah melakukannya ketimbang mendorong sendirian.

Dengan kata lain, gaya dorong untuk mengangkat lemari lebih besar, sehingga diperoleh percepatan yang besar.

Dalam kasus tersebut, Hukum I Newton tidak berlaku karena benda mengalami perubahan kecepatan dari posisi diam hingga akhirnya bergerak.

Jika resultan gaya sama dengan nol maka suatu benda diam atau bergerak lurus dengan kecepatan tetap (percepatan = 0). Itu bunyi hukum I Newton.

Jika resultan gayanya tidak sama dengan nol, berlaku Hukum II Newton yang berbunyi :

“ Besarnya percepatan yang dialami benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya.”

Secara matematis dituliskan :

a = percepatan (m/s²)

∑F = gaya total (N)

m = massa benda (kg)

Dari rumus hukum II Newton yaitu ∑F = m a kita dapat menyimpulkan bahwa gaya sebesar 1 Newton dapat menyebabkan percepatan sebesar 1 m/s² pada sebuah benda yang bermassa 1 kg. Gaya sebesar 2 N dapat menyebabkan percepatan sebesar 1 m/s² pada benda bermassa 2 kg atau percepatan sebesar 2 m/s² pada benda bermassa 1 kg dan seterusnya.

Contoh Penerapan Hukum II Newon

1. Suatu benda yang massanya 2 kilogram dipercepat pada 2,5 m/s². Berapa resultan gaya yang bekerja pada benda?

Penyelesaian
Diketahui :
m = 2 kg
a = 2,5 m/s2

Ditanya : F =?

Jawab
F = m a = 2. 2,5 = 5 N

2. Sebuah mobil balap mampu menghasilkan gaya sebesar 8000 N. Berapa percepatan mobil balap itu jika massa mobil 1500 kg dan total gesekan antara permukaan jalan dan gesekan angin 5000 N?

Penyelesaian
Pada mobil bekerja dua buah gaya yang saling berlawanan yaitu gaya mesin F dan gaya gesekan f.

Sehingga nilai resultan gayanya F = F - f = 8000 - 500 = 7500 N.

Dengan massa mobil sebesar 1500 kg, diperoleh percepatan

Di akhir materi coba amati video sebagai berikut.

Arsyad Riyadi Juni 04, 2020 New Google SEO Bandung, Indonesia

Hukum II Newton dan Penerapannya

Hukum I Newon dan Penerapannya

Tahukan kalian, siapa dia?

Ya, dialah Sir Isaac Newton, salah seorang ilmuwan yang meletakkan dasar-dasar yang kuat dalam ilmu fisika. Dia banyak berkonstribus di bidang mekanika, optik, gravitasi dan ilmu matematika tentunya.

Kali ini kita akan membahas mengenai Hukun Newton tentang gerak. Kita awali terlebih dulu dengan Hukum I Newton atau yang disebut juga sebagai hukum inersia atau kelembahan.

Apa itu inersia atau kelembaban itu?
Bagaimana perumusan matematikanya?
Bagaimana penerapan inersia atau kelembaman dalam kehidupan sehari?

Untuk menjawabnya, mari kita diskusikan bersama-sama.

Sebelum Galileo, para filosof atau para ilmuwan kuno yang digawangi oleh Aristoteles, beranggapan bahwa pada benda yang bergerak (termasuk benda yang bergerak lurus dengan kecepatan tetap/GLB) mengalami gaya yang bekerja terus-menerus. Tanpa adanya gaya tersebut maka benda tersebut akan diam selamanya. Hal ini sudah kita bahas pada postingan mengenai Miskonsepsi Tentang Gerak.

Dari kejadian tersebut, kita dapat merumuskan hukum I Newton, yaitu jika benda yang bekerja pada benda itu sama dengan nol, maka benda yang sedang diam akan tetap diam dan benda yang sedang bergerak dengan kecepatan tetap akan terus bergerak dengan kecepatan tetap.

Secara lebih singkat hukum I Newton dapat dituliskan sebagai berikut;
Percepatan benda sama dengan nol jika gaya total (resultan gaya) yang bekerja pada benda sama dengan nol.

Secara matematis hukum I Newton dapat dituliskan sebagai

Σ F = 0

Hukum I Newton yang dikemukakan oleh Sir Isaac Newton ini sebenarnya hanya mempertegas apa yang pernah dilakukan atau dijelaskan oleh pendahulunya Galileo, yaitu kecepatan yang dimiliki benda akan terus dipertahankan jika semua gaya penghambatnya dihilangkan.

Contoh peristiwa kelembaman dalam kehidupan yang sehari-hari

Sebuah gelas yang diletakkan di atas meja. Dan di bawah gelas ditaruh selembar kertas. Kertas ditarik dengan lebih lambat, gelas berpindah dari posisinya. Hal ini disebabkan gaya yang diberikan cukup lama, sehingga gelas tersebut tidak dapat mempertahankan keadaan diamnya.

Saat kertas ditarik dengan cepat, gelas tersebut tetap berada pada posisinya. Hal ini disebabkan gaya yang diberikan dalam waktu singkat (tidak ada gaya yang bekerja padanya). Sehingga gelas tidak bergerak sedikitpun.

Penggunaan Sabuk Pengaman

Sabuk pengaman merupakan salah satu contoh penerapan Hukum I Newton. Sifat inersia ini tampak sekali dalam kehidupan sehari-hari, misalnya seorang penumpang yang sedang duduk dengan nyaman, tiba-tiba akan terdorong ke depan ketika kendaraan yang dinaikinya di rem secara tiba-tiba. Apalagi kalau terjadi kecelakaan (bertabrakan dengan kendaraan lain), maka tubuh para penumpang akan membentur ke sana kemari.

Penggunaan Sabuk Pengaman

Untuk mengurangi resiko akibat kecelakaan gunakanlah sabuk pengaman. Sabuk pengaman adalah sebuah alat yang dirancang untuk menahan seorang penumpang mobil atau kendaraan lainnya agar tetap di tempat apabila terjadi tabrakan, atau, yang lebih lazim terjadi, bila kendaraan itu berhenti mendadak. Sabuk pengaman dirancang untuk mengurangi luka dengan menahan si pemakai dari benturan dengan bagian-bagian dalam kendaraan itu atau terlempar dari dalam kendaraannya.

Gerakan kepala jika terjadi tabrakan

Saat kendaraan yang kita tumpangi tiba-tiba direm mendadak atau menabrak sesuatu hingga berhenti, apa yang terjadi dengan kita? Tentu tubuh kita aka terdorong, bahkan bisa terlempar ke depan. Seadainya di depan kita ada benda-benda yang berbahaya, misalnya benda keras atau kaca mobil, tentunya akan berakibat fatal.

Kegunaan sabuk pengaman (seat belt) akan "mengunci" tubuh kita di saat kita seharusnya "terdorong" ke depan karena sifat sifat inersia pada diri kita.

Selain sabuk pengaman, beberapa mobil yang lebih modern diperlengkapi dengan kantung udara. Kantung udara atau ”air bag”yang akan mengembang ketika mobil tiba-tiba berhenti sehingga dapat mencegah sopir menabrak kemudi atau dashboard.

Nah, kalau sudah tahu sifat inersia atau kelembaman, semakin sadar kita untuk menggunakan sabuk pengaman. Demikian juga bagi pengendara motor untuk menggunakan helm, sehingga resiko akibat benturan atau kecelakaan dapat dihindari.

Buka juga video berikut yang mendemontrasikan hukum I Newton pada pengaman pada kendaraan.

http://www.youtube.com/watch?v=8zsE3mpZ6Hw&feature=related

Sumber referensi :

http://id.wikipedia.org/wiki/Sabuk_pengaman.

http://b0cah.org/index.php?option=com_content&task=view&id=645&Itemid=4.

http://vtemplateblog.blogspot.com/2011/06/cara-kerja-airbag-kantung-udara-pada.html.

http://www.youtube.com/watch?v=8zsE3mpZ6Hw&feature=related.

Arsyad Riyadi Juni 03, 2020 New Google SEO Bandung, Indonesia

Hukum I Newon dan Penerapannya

Miskonsepsi Tentang Gerak

Daun dan batu jatuh

Coba perhatikan gambar di samping.

Sehelai daun dan sebuah batu jatuh dari ketinggian tertentu. Manakah yang terlebih dahulu jatuh ke bawah?

Tentunya dengan mudah, dikatakan batu akan terlebih dahulu sampai ke bawah. Pertanyaannya adalah apakah dari kejadian itu dapat disimpulkan bahwa benda yang lebih berat (batu) akan jatuh lebih cepat dibandingkan dengan benda yang lebih ringan (daun)?

Kesimpulan tersebut juga dikemukakan oleh Aristoteles, yang mengatakan bahwa sebuah benda yang lebih berat akan jatuh lebih cepat daripada benda yang ringan.

Sekarang, perhatikan juga gambar berikut.

Bola tersebut akan bergerak ketika ada gaya dorong (ditendang) oleh seseorang. Bola tersebut dianggap berhenti karena gaya dorong yang bekerja sudah tidak ada.

Dari kejadian tersebut, disimpulkan bahwa benda akan terus bergerak sepanjang ada gaya yang mendorong atau menarik benda tersebut. Benda akan terhenti atau diam jika tidak ada gaya yang bekerja.

Sekarang kita analisis bersama kedua kejadian tersebut.
1. Benda yang lebih berat akan jatuh lebih cepat daripada benda yang ringan.
Benarkah anggapan tersebut?
Bagaimana jika percobaannya diganti?
Selembar kertas dan penghapus dijatuhkan dari ketinggian yang sama. Apakah keduanya jatuh ke lantai pada waktu yang sama?
Tentu tidak, penghapus akan tiba ke lantai terlebih dahulu.

Bagaimana jika kertasnya diremas-remas sehingga membentuk seperti bola. Sekarang coba jatuhkan "bola" kertas tersebut bersamaan dengan penghapus. Apakah akan mendapatkan hasil yang sama?
Tidak dapat memastikan bukan?

Karena yang menjadi masalah bukan antara kertas yang ringan dan penghapus yang lebih berat. Tetapi pada kertas yang masih lembaran akan mengalami gaya gesek yang besar. Beda ketika kertasnya diremas-remas sehingga membentuk seperti bola, dipastikan gesekan kertas dengan bola jauh lebih kecil. Sehingga kertas tersebut akan tiba di lantai bersamaan dengan penghapus.
Kata kuncinya adalah adanya gesekan yang menghambat gerak benda bukan pada ringan beratnya benda tersebut.

2. Benda akan terus bergerak sepanjang ada gaya yang mendorong atau menarik benda tersebut. Benda akan terhenti atau diam jika tidak ada gaya yang bekerja.

Mari kita uji pendapat di atas dengan mengubah lintasan yang ditempuh boleh sebagai berikut.

Saat boleh diberikan gaya pada lantai yang licin, dapat dipastikan bola tersebut akan bergerak semakin jauh. Semakin licin lantai pasti akan semakin jauh..selicin-licinnya lantai, bola tersebut dipastikan tidak akan berhenti. Kapan berhentinya? Jika ada penghalang atau ditahan.

Artinya apa?
Bukan karena terus menerus diberikan gaya (misalnya ditendang kembali) agar bola itu berhenti, tetapi karena pengaruh gesekan.

Percobaan Galileo

Menara Pisa

Galileo kemudian melakukan percobaan untuk menguji benda yang berat akan sampai ke bawah terlebih dahulu dibanding benda yang ringan. Seperti pada gambar di samping.

Galileo konon melakukan percobaannya dari menara Pisa. Dengan menjatuhkan dua benda, yang satu besar (sebuah peluru canon) dan satunya kecil (peluru pistol) ternyata keduanya sampai ke dasar lantai dalam waktu yang sama

Dengan demikian tumbanglah pendapat Archimedes yang pertama, bahwa benda yang lebih berat akan jatuh lebih dahulu daripada benda yang lebih ringan.

Galileo juga melakukan percobaan sebagai berikut.

Galileo menggunakan bola yang digelindingkan pada lintasan yang melengkung, dengan kedua kelengkungan mempunyai ketinggian yang sama.

Percobaan (1)

Bola akan mencapai ketinggian yang relatif sama.

Percobaan (2)

Sudut kelengkungan dikurangi. Di sini bola juga mencapai ketinggian yang relatif sama tetapi membutuhkan lintasan yang lebih jauh. Semakin dikurangi kelengkungannya jarak yang dicapai bola lebih jauh lagi.

Percobaan (3)

Dengan kelengkungan nol (lintasan lurus) dapat dipastikan lintasan yang ditempuh bola akan sangat jauh (benda tidak akan berhenti).

Berhentinya benda semata-mata disebabkan adanya gesekan antara bola dengan dasar lantainya.

Demikian penjelasan mengenai kesalahan konsep (miskonsepsi) tentang gerak dalam fisika. Miskonsepsi ini telah terjadi bertahun-tahun terjadi dan sampai sekarang pun masih ada yang melakukannya. Semoga penjelasan tersebut di atas cukup gamblang dan selanjutnya akan menjadi dasar pada pembahasan materi gerak yang lain.

Postingan ini sekaligus sebagai revisi atau pembaharuan dari postingan sebelumnya.

Referensi
1. Foster, Bob.1997. Terpadu Fisika SMA untuk kelas X. Jakarta : Erlangga
2. Kanginan, Marthen. 2002. Fisika untuk SMA Kelas X. Jakarta : Erlangga

Sumber gambar : pixabay.com

Arsyad Riyadi Juni 01, 2020 New Google SEO Bandung, Indonesia

Miskonsepsi Tentang Gerak

Penerapan hukum Newton sangatlah luas, di antaranya bisa kita temukan pada peristiwa gesekan antar permukaan zat padat. Gaya gesek ini termasuk gaya sentuh yang terjadi karena ada dua permukaan zat padat yang saling bersentuhan secara fisik.

Gaya gesek ini sejajar dengan permukaan bidang sentuh dan memilik arah yang berlawanan dengan kecederungan gerak benda. Misalnya, sebuah bola dilempar menyusuri tanah ke arah selatan. Gaya gesekannya arahnya ke kiri. Karena gaya gesekan tersebut memang menghambat gerak dari bola.

Gaya gesekan ini memegang peranan penting dalam menjaga kesetimbangan gaya. Gaya gesekan statik cenderung mempertahankan keadaan diam suatu benda diam ketika ada gaya yang bekerja padanya. Sedangkan gaya gesek kinetik (dinamis) menjaga kecenderungan benda yang sedang bergerak.

Gaya gesekan statik maksimun diperoleh ketika benda sudah nyaris mau bergerak. Pada saat gaya dorong pada sebuah benda sama dengan dengan gaya gesek statik maksimum maka benda tepat akan bergerak. Dengan adanya tambahan gaya dorong sedikit saja, dapat dipastikan benda tersebut akan bergerak. Ketika benda tersebut sudah bergerak, maka sudah tidak diperlukan gaya dorong sebesar gaya statik maksimal tersebut.

Gaya gesekan mulai dari nol akhirnya membesar sampai harga maksimal (gaya gesek statik maksimal) sampai akhirnya gaya gesekan akan menurun sampai mencapai nilai tetap, yaitu gaya gesekan kinetik.

Rumus Gaya Gesek

Besarnya gaya gesek antara dua permukaan yang bersentuhan dapat dirumuskan dengan

f_s ≤ µ_s N
dengan µ_s adalah koefisien gaya statik dan N adalah gaya normal.
Ketika benda akan bergerak berlaku : f_s = f_smaks = µ_s N

Besarnya gata gesekan kinetik yang bekerja pada suatu benda bernilai tetap dan dapat dirumuskan dengan

f_k = µ_k N
dengan µ_k adalah koefisien gesekan kinetik.

Besarnya µ_s dan µ_kini tergantung pada sifat kekasaran kedua permukaan yang bersentuhan, tetapi umumnya µ_{k <}µ_{s .}

Demikian postingan mengenai penerapan hukum Newton pada gesekan antara dua buah permukaan zat padat. Penerapan hukum Newton pada kasus lain, seperti permasalahan pada benda yang terhubung dengan katrol, gerak benda pada bidang miring, dua benda yang bertumpukan, gerak benda menikung pada permukaan mendatar maupun lintasan miring akan dijabarkan pada postingan selanjutnya.
Selamat belajar.

Arsyad Riyadi November 20, 2016 New Google SEO Bandung, Indonesia

Penerapan Hukum Newton pada gesekan antar permukaan zat padat

Hukum I Newton merupakan salah satu hukum yang menjadi dasar dari hukum tentang gerak. Gerak serta penyebabnya ini telah menjadi masalah sejak beribu-ribu tahun yang lalu sebelum Galileo (1564 - 1642) maupun Newton (1642 - 1727). Newton dengan kecerdasannya yang luar biasa mampu memberikan penjelasan yang gamblang mengenai hukum-hukum dasar mekanika (gerak), hukum gravitasi maupun metode matematika kalkulus. Tiga hukum dasar mengenai gerak ini dikupas dalam buku Philosophiae Naturalis Principia Mathematics atau dikenal dengan Principia tahun 1956.

Sebelum Galileo, para filosof atau para ilmuwan kuno yang digawangi oleh Aristoteles, beranggapan bahwa pada benda yang bergerak (termasuk benda yang bergerak lurus dengan kecepatan tetap/GLB) mengalami gaya yang bekerja terus-menerus. Tanpa adanya gaya tersebut maka benda tersebut akan diam selamanya.

Apakah pendapat para filosof itu benar?
Cobalah amati peristiwa sebagai berikut.
Misalnya kita memiliki kelereng dan menyentilnya sehingga kelereng tersebut bergerak di lantai. Perhatikan bahwa awalnya kelereng tersebut bergerak, karena ada "sentilan awal" yang bekerja sebagai gaya. Amati juga lama-lama kelereng tersebut makin melambat dan akhirnya lama-lama berhenti akibat gaya gesekan kelereng dengan lantai.
Bayangkan jika lantai tempat meluncurnya kelereng tersebut lebih licin lagi, maka dapat dipastikan kelereng tersebut akan menempuh jarak yang lebih jauh. Lebih licin dan licin lagi maka kelereng tersebut akan semakin jauh...dan semakin jauh...begitu seterusnya bahkan semakin licin...semakin licin...dan semakin licin dapat dipastikan kelereng tersebut terus..dan terus bergerak alias tidak pernah berhenti.

Dari peristiwa tersebut kita dapat menyimpulkan bahwa :
a. Benda yang diam akan bergerak jika diberikan gaya
b. Benda yang bergerak tersebut akan terus bergerak dengan kecepatan yang sama terus menerus selama tidak ada gaya lain yang menganggu.

Artinya sama-sekali tidak dibutuhkan sebuah gaya untuk membuat benda tersebut terus bergerak. Jadi, pendapat para filosof tersebut tidaklah benar.

Dari kejadian tersebut, kita dapat meruuskan hukum I Newton, yaitu jika benda yang bekerja pada benda itu sama dengan nol, maka benda yang sedang diam akan tetap diam dan benda yang sedang bergerak dengan kecepatan tetap akan terus bergerak dengan kecepatan tetap.

Secara lebih singkat hukum I Newton dapat dituliskan sebagai berikut;
Percepatan benda sama dengan nol jika gaya total (resultan gaya) yang bekerja pada benda sama dengan nol.

Secara matematis hukum I Newton dapat dituliskan sebagai

Σ F = 0

Hukum I Newton yang dikemukakan oleh Sir Isaac Newton ini sebenarnya hanya mempertegas apa yang pernah dilakukan atau dijelaskan oleh pendahulunya Galileo, yaitu kecepatan yang dimiliki benda akan terus dipertahankan jika semua gaya penghambatnya dihilangkan.

Demikian penjelasan mengenai hukum I Newton. Untuk hukum-hukum gerak yang lain menyusul pada postingan selanjutnya.
Selamat belajar. Arsyad Riyadi November 19, 2016 New Google SEO Bandung, Indonesia

Hukum I Newton

Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Vektor Posisi

GERAK JATUH BEBAS

Gerak jatuh bebas adalah gerak benda yang jatuh dari ketinggian tertentu tanpa kecepatan awal.
Jika hambatan udara diabaikan, maka benda-benda yang dijatuhkan dari suatu ketinggian akan mengalami percepatan yang sama. Percepatan yang dialami benda ini tidak tergantung pada bentuk, ukuran, massa, maupun komposi benda tersebut.
Aristoteles, dulu berpendapat bahwa jika ada dua benda yang berbeda massanya dijatuhkan dari ketinggian yang sama dapat dipastikan bahwa benda yang lebih berat akan sampai ke tanah terlebih dahulu. Dengan kata lain, bahwa berat benda akan berpengaruh terhadap percepatan. Semakin berat benda maka percepatannya pun semakin besar.
Pendapat Aristoteles ini, kemudian dipatahkan oleh Galileo Galileo yang menyatakan bahwa benda yang jatuh ke bawah akan mengalami percepatan yang besar. Sehingga jika ada 2 benda yang berbeda massanya dijatuhkan dari ketinggian yang sama, akan tiba ke tanah pada waktu yang bersamaan.
Perhatikan animasi berikut ini.

Persamaan yang digunakan untuk gerak jatuh bebas, sebenarnya sama dengan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat, dengan mengganti jarak s menjadi ketinggian y dan percepatan a menjadi percepatan gravitasi g.
v = v₀ + a t menjadi v = v₀ + g t
s = v₀ t + ½ a t²menjadi y = v₀ t + ½ g t²
v=v₀² + 2 a s menjadi v=v₀² + 2 g y
Dan dengan kecepatan awal = 0, maka persamaan di atas menjadi
v = g t
y = ½ g t²
v= 2 g y
Contoh soal :
Sebuah benda dijatuhkan dari sebuah gedung setinggi 60 meter. Tentukan ketinggian benda setelah 1 s, 2s dan 4s? Diketahui percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s².
Penyelesaian :
Pada saat t = 1 s
y = ½ g t²= ½ .9,8.1² = 4,9 m
Pada saat t = 2 s
y = ½ g t²= ½ .9,8.2² = 19,6 m
Pada saat t = 4 s
y = ½ g t²= ½ .9,8.4² = 78,4 m
Terlihat bahwa pada saat t = 4 s ternyata benda sudah sampai tanah.
Tepatnya pada detik ke- 3,5 s (dari mana ya?) Coba cek dengan menggunakan persamaan y = ½ g t². Masukkan tinggi gedung tersebut (y) = 60 m dan g = 9,8 m/s².

Arsyad Riyadi Januari 18, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia

Hukum III Newton dan Penerapannya

Hukum III Newton dan Penerapannya

Hukum II Newton dan Penerapannya

Hukum II Newton dan Penerapannya

Hukum I Newon dan Penerapannya

Contoh peristiwa kelembaman dalam kehidupan yang sehari-hari

Hukum I Newon dan Penerapannya

Miskonsepsi Tentang Gerak

Miskonsepsi Tentang Gerak

Penerapan Hukum Newton pada gesekan antar permukaan zat padat

Hukum I Newton

Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Vektor Posisi

Vektor Posisi

GERAK JATUH BEBAS

GERAK JATUH BEBAS

Channel Youtube

Postingan Acak

Arsip Blog

Kategori

Total Tayangan Halaman

Pengikut

Ujian Sekolah/Nasional

Paling Banyak Dibaca

Ringkasan Materi

Komentar

Ujian Praktik IPA Fisika

Fisika SMA

Relativitas Khusus

Asesmen Kompetensi Minimum

Daftar Blog Saya