Hukum Newton Pada Gerak Benda di Bidang Datar Licin

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Dalam kehidupan sehari-hari, kalian pasti dapat menemui beberapa contoh penerapan Hukum Newton Tentang Gerak (Newton’s Law of Motion). Misalnya, ketika kalian sedang mendorong meja, seorang anak kecil menarik mobil mainan, lokomotif kereta api yang menarik gerbong dan sebagainya. Beberapa kejadian tersebut merupakan beberapa contoh penerapan hukum Newton pada benda yang bergerak pada bidang datar.

Nah, dalam artikel kali ini akan membahas secara khusus penerapan hukum Newton pada benda yang bergerak di bidang datar licin alias tidak ada gaya gesek, dalam tiga kondisi yang berbeda. Kondisi tersebut yakni, benda yang didorong atau ditarik dengan gaya mendatar, benda yang ditarik dengan gaya miring ke atas dan benda yang didorong dengan gaya miring ke bawah.

Untuk menyelesaikan permasalah yang berhubungan dengan gerak benda pada bidang datar menggunakan Hukum Newton, ada beberapa catatan yang perlu kalian perhatikan, yaitu: •Pertama, gambarlah diagram secara terpisah yang menggambarkan semua gaya yang bekerja pada benda (gambar diagram bebas). •Kedua, gaya yang searah dengan perpindahan benda dianggap positif, sedangkan gaya yang berlawanan arah dengan perpindahan benda dianggap negatif.

#1 Benda Didorong atau Ditarik dengan Gaya Mendatar

Sebuah benda yang terletak pada bidang datar licin didorong atau ditarik dengan gaya sebesar  F ditunjukkan seperti pada gambar di atas. Pada dasarnya, benda yang ditarik atau didorong mendatar memiliki konsep yang sama yaitu arah gaya F sama-sama ke arah kanan. Karena bidang licin, ketika diberi gaya horizontal ke kanan maka benda akan bergerak ke arah kanan sehingga arah perpindahan benda juga ke kanan.

Karena arah perpindahan ke kanan, maka gaya yang arahnya ke kanan bernilai positif. Dengan menggunakan Hukum Newton, resultan gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y adalah sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – w = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – w = 0

N = w

Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan berat benda, sehingga persamaannya dapat kita tuliskan sebagai berikut.

N = w = mg

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F = ma

Dari persamaan di atas, maka kita dapat menentukan rumus percepatan benda yang diberi gaya mendatar pada bidang datar licin sebagai berikut.

	a	=	F
			m

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya tarik atau dorong (N)
m	=	Massa benda (kg)
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#2 Benda Ditarik dengan Gaya Miring ke Atas

Sebuah benda yang terletak pada bidang datar licin diberi gaya miring ke atas ditunjukkan seperti pada gambar di atas. Karena gaya F miring ke atas, maka vektor F membentuk sudut sebesar α terhadap arah horizontal. Dengan demikian gaya F dapat diproyeksikan terhadap sumbu-X dan sumbu-Y sehingga dihasilkan gaya F cos α yang arahnya ke kanan dan gaya F sin α yang arahnya ke atas.

Sekarang kita analisis kemungkinan gerak balok. Karena bidang licin, maka benda tidak mungkin diam sehingga ada dua kemungkinan gerak yang dialami balok akibat gaya yang diberikan. Kemungkinan pertama adalah balok bergerak lurus atau sejajar bidang. Sedangkan kemungkinan kedua adalah benda bergerak ke atas atau vertikal.

Kemungkinan kedua hanya bisa terjadi jika gaya F yang diberikan cukup besar karena ketika benda bergerak ke atas, maka benda tersebut tidak lagi menyentuh bidang sehingga gaya normal N akan hilang. Gaya F yang lebih besar diperlukan untuk melawan gaya berat benda tersebut. Namun kita hanya akan membahas kemungkinan pertama saja, karena kemungkinan pertama inilah yang sering muncul dalam soal.

Ketika benda bergerak horizontal, maka arah perpindahan benda adalah ke kanan sehingga gaya yang bekerja ke kanan bernilai positif. Persamaan Hukum Newton pada keadaan ini adalah sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N + F sin α – w = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N + F sin α – w = 0

N = w – F sin α

Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan gaya berat benda dikurang proyeksi gaya F pada sumbu-Y, sehingga persamaannya dapat kita tuliskan sebagai berikut.

N = mg – F sin α

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F cos α = ma

Dari persamaan di atas, maka rumus percepatan benda yang diberi gaya miring ke atas pada bidang datar licin dimana benda bergerak horizontal adalah sebagai berikut.

	a	=	F cos α
			m

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya tarik (N)
α	=	Sudut kemiringan gaya tarik terhadap bidang horizontal
m	=	Massa benda (kg)
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#3 Benda Didorong dengan Gaya Miring ke Bawah

Konsep hukum Newton pada benda yang didorong dengan gaya miring ke bawah di bidang datar licin, pada dasarnya sama dengan konsep hukum Newton pada benda yang ditarik miring ke atas, yang membedakan hanya rumus gaya normal saja. Ketika diberi gaya miring ke bawah benda pasti bergerak karena tidak ada gesekan yang terjadi. Lalu kemanakah arah gerak benda?

Perhatikan gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda di atas. Gaya F miring membentuk sudut sebesar α terhadap arah horizontal. Sehingga gaya F memiliki dua komponen gaya pada sumbu-X dan sumbu-Y yaitu F cos α yang arahnya ke kanan dan F sin α yang arahnya ke bawah. F cos α memungkinkan benda bergerak mendatar sedangkan F sin α memungkinkan benda bergerak vertika ke bawah.

Akan tetapi sekali lagi ditekankan bahwa keadaan bidang adalah licin sehingga gerak ke bawah (arah vertikal) tidak mungkin terjadi. Meskipun bidang kasar, gerak ke bawah ini juga tidak mungkin terjadi kecuali bidang merupakan benda yang lunak atau lentur seperti gabus. Dengan demikian, gerak yang pasti terjadi adalah gerak mendatar atau horizontal ke kanan.

Karena benda bergerak ke kanan, arah perpindahan benda juga ke kanan. Hukum Newton pada gerak benda adalah sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – F sin α – w = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – F sin α – w = 0

N = w + F sin α

Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan berat benda ditambah proyeksi gaya F pada sumbu-Y, sehingga persamaannya dapat kita tuliskan sebagai berikut.

N = mg + F sin α

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F cos α = ma

Dari persamaan di atas, maka rumus percepatan benda yang diberi gaya miring ke ke bawah pada bidang datar licin dimana benda bergerak horizontal adalah sebagai berikut.

	a	=	F cos α
			m

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya tarik (N)
α	=	Sudut kemiringan gaya tarik terhadap bidang horizontal
m	=	Massa benda (kg)
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Demikianlah artikel tentang penerapan atau aplikasi Hukum Newton pada gerak benda di bidang datar licin beserta gambar dan penjelasannya. Untuk penerapan Hukum Newton pada bidang datar kasar silahkan kalian simak artikel tentang Hukum Newton pada gerak benda di bidang datar kasar. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di atikel berikutnya.