Gaya dan Hukum Newton

GAYA DAN HUKUM NEWTON

A.   Pengertian Gaya

Gaya adalah dorongan atau tarikan yang bekerja pada suatu benda dan menyebabkan benda berubah. Perubahan benda yang disebabkan oleh gaya diantaranya:

a.       Benda yang diam menjadi bergerak

b.      Benda yang sedang bergerak berubah kecepatannya (bertambah cepat atau menjadi lambat)

c.       Benda yang sedang bergerak berubah arahnya

d.      Benda yang lunak berubah bentuknya

Ada 2 jenis gaya yaitu;

1.       Gaya sentuh. Yaitu tarikan atau dorongan yang terjadi akibat sentuhan. Beberapa gaya sentuh diantaranya;

a.       Gaya otot, gaya ini dihasilkan oleh otot manusia atau hewan. Contohnya, jika kita mendorong meja, maka meja bergerak oleh gaya otot

b.      Gaya gesek, gaya ini dihasilkan oleh dua benda yang bergesekan. Contohnya, mobil begerak  dijalan karena adanya gesekan antara ban dengan jalan

c.       Gaya pegas, gaya yang dihasilkan oleh pegas atau per. Contohnya, gerak batu yang dilepas dari ketapel.

2.       Gaya tak sentuh. Yaitu tarikan atau dorongan yang terjadi tanpa adanya sentuhan. Beberapa gaya tak sentuh diantaranya;

a.       Gaya listrik, gaya ini dihasilkan oleh benda yang bermuatan listrik. Contohnya, sobekan kertas-kertas kecil yang tertarik oleh penggaris yang telah digosok-gosokkan pada rambut

b.      Gaya magnet, gaya yang dihasilkan oleh magnet. Contohnya, paku yang tertarik oleh magnet

c.       Gaya gravitasi bumi, gaya yang dihasilkan oleh tarikan bumi. Contohnya, buah yang jatuh dari atas pohon.

B.    Resultante Gaya (Penjumlahan Gaya)

Gaya termasuk kedalam besaran vector artinya gaya merupakan besaran yang memiliki nilai, satuan dan arah. Karena gaya memiliki arah, maka gaya dilukiskan dengan menggunakan tanda panah yang dinamakan diagram vector. Satuan gaya dalam system International  yaitu Newton, sedangkan dalam system cgs yaitu dyne. 1 Newton = 10⁵ dyne

Alat untuk mengukur gaya adalah neraca pegas atau dynamometer.

·      Penjumlahan gaya segaris dan searah

                                                                                                                             

                                   F1                                                                F2

F1= 3 Newton ke kanan          F2= 5 Newton ke kanan

 

                                                                                                        R = 8 N

Jika ke dua gaya diatas dijumlahkan, maka resultan gayanya adalah:

 ΣF(R)= F1 + F2

       R = 3 N + 5 N

       R = 8 N ke kanan

·         Penjumlahan gaya segaris dan berlawanan arah

 

                                                    F1                            F2

                           F1= 3 Newton ke kanan           F2 = 5 Newton ke kiri

 

                                                                      R = 2 N

Jika ke dua gaya diatas dijumlahkan, maka resultan gayanya adalah:

ΣF (R) = F1 + F2

       R = 3 N + ( - 5 N)

     R = 2 Newton ke kiri

·         Penjumlahan gaya yang tidak segaris

F1                                                   R

                                                                       

 

                                                F2

Jika F1 = 3 N dan F2 = 4 N, maka resultan gayanya adalah:

R = √F₁ ²+ F₂²

R = √3² + 4²

R = √9 + 16

R = √25

R = 5 Newton

Jika dua buah gaya yang sama besarnya bekerja segaris dan berlawanan arah pada sebuah benda, maka benda tersebut akan diam sebab resultan kedua gaya tersebut nol (0). Keadaan ini disebut kesetimbangan (seimbang).

Keterangan:

·         Panjang anak panah melukiskan besarnya gaya

·         Arah anak panah merupakan arah gaya ( jika kekanan bernilai positif dan jika kekiri bernilai negative)

·         Pangkal anak panah merupakan titik tangkap (titik nol)

C.    Menganalisis Gaya Gesekan

Gaya gesek adalah gaya yang dihasilkan dari dua permukaan benda yang bersentuhan/bergesekan. Gaya gesekan selalu memiliki arah yang berlawanan dengan arah gerak bendanya ( jika arah gaya gesek kebelakang, maka arah gerak bendanya kedepan).

Kekasaran atau kehalusan (licin) permukaan benda akan mempengaruhi besar kecilnya gaya gesek yang dihasilkan. Semakin kasar permukaan benda yang bersentuhan semakin besar pula gaya geseknya, sebaliknya semakin halus (licin) permukaan benda yang bersentuhan semakin kecil gaya gesek yang dihasilkannya. Dalam kehidupan sehari-hari, gaya gesek besar dapat menguntungkan, juga merugikan. Begitu pula gaya gesek kecil dapat menguntungkan atau merugikan. Perhatikan beberapa kejadian gaya gesek yang menguntungkan dan merugikan!

·      Kita dapat berjalan dengan mudah (nyaman) jika berjalan dijalanan yang kasar, karena adanya gaya gesek yang besar antara permukaan kaki dan permukaan jalanan. Dalam hal ini maka gaya gesek besar menguntungkan.

·      Rante dan gir kendaraan bermotor selalu diberi oli (pelumas) agar gesekan antara rante dan gir tidak terlalu besar. Jika gesekan besar maka rante dan gir akan cepat aus sehingga perlu cepat diganti. Dalam hal ini maka gaya gesek kecil menguntungkan.

·      Kapal laut ujung-ujungnya dibuat lancip agar gesekan permukaan kapal dan air laut menjadi kecil sehingga kapal dapat melaju dengan cepat . Dalam hal ini maka gaya gesek kecil menguntungkan.

·      Jika kita akan memindahkan lemari yang berat, maka kita akan memasangkan bantalan yang bulat dibawah lemari dengan tujuan agar gaya gesek antara permukaan lemari dan permukaan lantai menjadi kecil, sehingga lemari mudah untuk digerakkan.  Dalam hal ini maka gaya gesek kecil menguntungkan.

·      Pada system rem kendaraan. Kanvas/karet rem dan cakram roda kendaraan harus memiliki gaya gesek yang besar untuk dapat menghentikan laju kendaraan. Dalam hal ini maka gaya gesek besar menguntungkan.

D.   Gaya Berat

Sehari-hari kita sering menyebut kata berat. Berat merupakan salah satu bentuk gaya ,sehingga ada yang menyebutkan gaya berat. Gaya berat adalah massa benda yang dipengaruhi oleh  gravitasi.

                                                                                Keterangan:

                                                                                W = berat                                            satuannya Newton

                                W = m x g                            m = massa                                           satuannya Kg

                                                                                g  = percepatan gravitasi               satuannya m/s²(N/Kg)

Besar percepatan gravitasi di setiap tempat dipermukaan bumi ini tidak sama. Tetapi jika dirata-ratakan, maka besar percepatan gravitasi bumi adalah 9,8 m/s² atau 9,8 N/Kg.

Contoh:

 Massa sebuah benda dibumi 5 Kg. Jika percepatan gravitasi bumi 9,8 N/Kg dan percepatan gravitasi bulan 1,6 N/Kg. Berapakah berat benda di bumi dan berat benda dibulan?

Diketahui:                    m = 5 Kg

                          g   = 9,8 N/Kg (bumi)

                          g   = 1,6 N/Kg (bulan)

Ditanyakan:

a.       W di bumi?

b.      W di bulan?

Jawab:

a.       W di bumi = m x g (bumi)

                     = 5 Kg x 9,8 N/Kg

                     = 49 N

b.      W di bulan = m x g (bulan)

                     = 5 Kg x 1,6 N/Kg

                     = 8 N

Jadi berat benda di bumi 49 N, sedangkan berat benda di bulan 8 N

E.    Hukum Newton

Sir Isaac Newton (1687), ilmuwan fisika berkebangsaan Inggris berhasil menemukan hubungan gaya dengan gerak. Dari hasil pengamatan dan percobaannya, Newton merumuskan tiga hukum mengenai gaya dan gerak yang dikenal dengan Hukum I Newton, Hukum II Newton Dan Hukum III Newton.

·      Hukum I Newton

Hukum I Newton disebut juga dengan hukum kelembaman, artinya sifat benda dalam mempertahankan keadaannya.

             Bunyi Hukum I Newton “ Sebuah benda tetap dalam keadaan diam atau terus bergerak dengan kelajuan tetap, kecuali jika ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut dan memaksa untuk merubah keadaannya”

Jadi apabila ΣF = 0, maka :

1.       Benda dalam keadaan diam akan tetap diam atau

2.       Benda dalam keadaan bergerak akan tetap bergerak lurus beraturan.

Contoh peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan hukum I Newton yaitu Ketika kita berdiri diatas bus dan saat bus dijalankan, kita terdorong kebelakang, dan saat bus tiba-tiba di rem, maka kita terdorong kedepan. Hal ini dikarenakan pada saat bus dijalankan tubuh kita cenderung mempertahankan keadaan diam, sehingga terdorong kebelakang. Ketika bus sedang berjalan, tubuh kita pun ikut bergerak. Saat di rem tubuh kita terdorong kedepan, sebab tubuh kita cenderung mempertahankan keadaan geraknya.

·      Hukum II Newton

Hukum II Newton berbunyi “ Percepatan yang ditimbulkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda besarnya berbanding lurus dan searah dengan gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa bendanya”.

         Σ  F

a =                                  Keterangan :      a     = percepatan, dalam satuan m/s²

                  m                                                           Σ F = resultan gaya, dalam satuan Newton

                                                                            m   = massa, dalam satuan Kg

Contoh :

                     

                Sebuah mobil yang massanya 1000 Kg bergerak dijalan raya. Total gaya gesekan ban mobil dengan jalan 500 N. Jika mesin mobil menghasilkan gaya 11.500 N, berapakah percepatan  mobil bergerak?

Diketahui:     m = 1000 Kg

                                          f   = 500 N

                                          F  = 11.500 N

Ditanyakan: a?

                                         

Jawab:

                    ΣF = F – f

                         = 11.500 N – 500 N

                         = 11.000 N

                         

                              ΣF              11.000 N

                    a =                =                            = 11 N/Kg

                             m               1.000 Kg

Jadi percepatan mobil bergerak sebesar 11 N/Kg

·      Hukum III Newton             

Hukum III Newton disebut juga hukum aksi reaksi. Hukum III Newton berbunyi:

“ Jika kita memberi gaya (gaya aksi) pada suatu benda, maka benda itupun akan memberi gaya (gaya reaksi) kepada kita dengan besar gaya yang sama dan berlawanan arah.

F(aksi) = -  F (reaksi)

Contoh peristiwa sehari-hari yang berhubungan dengan Hukum III Newton Yaitu pada saat kita berenang, kaki kita menendang (mendorong) air kebelakang (memberi gaya aksi) dan air mendorong badan kita kedepan (gaya reaksi).