Hukum Newton Pada Gerak Benda di Bidang Vertikal 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:

Jika pada artikel sebelumnya telah dibahas mengenai penerapan hukum Newton pada gerak benda di datar horizontal licin maka pada artikel ini akan mengulas tentang hukum Newton pada gerak benda di bidang datar vertikal dalam dua kondisi yaitu benda ditekan horizontal dan benda didorong miring ke atas. Pada dasarnya, konsep gerak translasi benda di bidang vertikal licin sama dengan gerak benda di bidang miring licin.

Namun ada sedikit perbedaan atara gerak benda di bidang miring licin dengan gerak benda di bidang vertikal licin, yaitu pada bidang miring licin benda dapat bergerak translasi tanpa pengaruh gaya luar sedangkan pada bidang vertikal benda hanya bisa bergerak translasi jika ada pengaruh dari gaya luar. Untuk memahami gerak benda di bidang vertikal, perhatikan penjelasan berikut ini.

#1 Benda Ditekan Horizontal

Sebuah benda ditekan horizontal pada bidang vertikal dengan garis-garis gaya yang bekerja pada benda diperlihatkan seperti pada gambar di atas. Dari gambar tersebut, gaya yang mempengaruhi gerak benda hanyalah gaya berat w. Karena tidak ada gesekan antara permukaan benda dan bidang maka pada kondisi ini hanya ada satu kemungkinan gerak benda, yaitu benda bergerak ke bawah. Hukum Newton pada gerak benda tersebut adalah sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

N – F = ma

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

N – F = 0

N = F

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

N = F

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

w = ma

mg  = ma

a = g

Dengan demikian, percepatan gerak benda akan sama dengan percepatan gravitasi bumi, sehingga dapat dikatakan benda akan mengalami gerak jatuh bebas. Akan tetapi kasus seperti ini sangat jarang sekali bisa ditemukan dalam kehidupan sehari-hari.

a = g

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

#2 Benda Didorong Miring ke Atas

Suatu benda ditekan miring pada bidang vertikal licin ditunjukkan pada gambar di atas. Karena didorong miring ke atas, maka gaya dorong tersebut membentuk sudut sebesar α terhadap arah horizontal. Sehingga dengan penguraian vektor, gaya tersebut memiliki komponen pada sumbu-X dan sumbu-Y yaitu F cos α dan F sin α. Dari gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda maka terdapat tiga kemungkinan gerak benda, yaitu benda diam, benda bergerak ke bawah atau benda bergerak ke atas.

Benda Diam

Benda diam hanya terjadi jika F sin α = w, persamaan hukum Newton pada keadaan ini adalah sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

N – F cos α = ma

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

N – F cos α = 0

N = F cos α

Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan proyeksi gaya dorong terhadap sumbu-Y, sehingga persamaannya dapat kita tuliskan sebagai berikut.

N = F cos α

Rumus gaya normal di atas, juga berlaku untuk dua kemungkinan gerak benda yang lain sehingga resultan gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X tidak akan diuraikan lagi pada benda yang bergerak ke bawah dan ke atas.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

F sin α – w = ma

Karena benda diam, maka a = 0 sehingga

F sin α – w = 0

F sin α – mg = 0

F sin α = mg

F = mg/sin α

Dari persamaan tersebut, besarnya gaya dorong F dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut

F = mg/sin α

Benda Bergerak ke Bawah

Benda bergerak ke bawah dapat terjadi apabila F sin α < w, persamaan hukum Newton pada keadaan ini adalah sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

w – F sin α = ma

mg  – F sin α = ma

F sin α = mg – ma

F sin α = m (g – a)

Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang didorong miring ke atas dimana benda bergerak ke bawah adalah sebagai berikut.

F sin α = m (g – a)

Benda Bergerak ke Atas

Benda bergerak ke bawah dapat terjadi apabila F sin α > w, persamaan hukum Newton pada keadaan ini adalah sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

F sin α – w = ma

F sin α – mg = ma

F sin α = ma – mg

F sin α = m (a – g)

Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang didorong miring ke atas dimana benda bergerak ke atas adalah sebagai berikut.

F sin α = m (a – g)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya dorong (N)
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemiringan gaya dorong terhadap sumbu-X
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Demikianlah artikel tentang penerapan atau aplikasi Hukum Newton pada gerak benda di bidang vertikal licin lengkap beserta gambar ilustrasi dan garis-garis gayanya. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, huruf maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.