Hukum 1 Newton: Bunyi, Rumus, Contoh Penerapan, Soal dan Pembahasan
https://www.fisikabc.com/2018/06/hukum-newton-1.html?m=0
Daftar Materi Fisika
Advertisement
Dalam melakukan aktivitas sehari-hari, tentunya kita tidak pernah terlepas dari konsep gerak. Di dalam fisika, ilmu yang mempelajari tentang gerak dinamakan mekanika. Mekanika sendiri dibedakan menjadi dua cabang ilmu, yaitu kinematika dan dinamika.
Kinematika adalah ilmu yang mempelajari gerak suatu benda tanpa memperhatikan penyebabnya. Sedangkan dinamika adalah ilmu yang mempelajari gerak suatu benda dan juga penyebabnya.
Newton adalah ilmuwan yang banyak mempelajari penyabab gerak benda. Menurut Newton, penyebab gerak benda adalah gaya. Newton mengemukakan tiga hukum yang berkaitan dengan gerak benda, yaitu Hukum I Newton, Hukum II Newton, dan Hukum III Newton.
Nah, pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari pengertian, bunyi, rumus, contoh soal dan pembahasan, serta contoh penerapan Hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini. Selamat membaca dan belajar, semoga bisa paham.
Bunyi Hukum 1 Newton
Pada zaman dahulu, orang percaya bahwa alam ini bergerak dengan sendirinya. Tidak ada sesuatu pun yang menggerakkannya. Mereka menyebutnya dengan gerak alami. Di lain sisi, untuk benda yang jelas-jelas digerakkan, mereka menamakan gerak paksa. Teori yang dipelopori oleh Aristoteles ini terbukti salah saat Galileo dan Newton mengemukakan pendapat mereka.
Galileo mematahkan teori Aristoteles dengan sebuah percobaan sederhana. Ia membuat sebuah lintasan lengkung licin yang digunakan untuk menggelindingkan sebuah bola. Satu sisi dari lintasan tersebut diubah-ubah kemiringannya. Setelah mengamati, Galileo menyatakan “Jika gaya gesek pada benda tersebut ditiadakan, maka benda tersebut akan terus bergerak tanpa memerlukan gaya lagi”.
Teori Galileo dikembangkan oleh Isaac Newton. Newton mengatakan bahwa “ Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap”. Kesimpulan Newton tersebut dikenal sebagai hukum I Newton. Dengan demikian, Hukum 1 Newton berbunyi sebagai berikut.
Hukum I Newton menyatakan jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan terus bergerak lurus beraturan (GLB)
|
Rumus Hukum 1 Newton
Pada hukum pertamanya ini Newton menjelaskan keadaan benda jika tidak dipengaruhi gaya. Menurut Newton benda dapat mempertahankan keadaan jika tidak dipengaruhi gaya. Mempertahankan keadaan berarti benda yang diam akan tetap diam dan benda bergerak dengan kecepatan tetap akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap.
Mempertahankan keadaan ini disebut dengan inersia atau lembam. Oleh karena itu hukum I Newton ini dinamakan juga hukum inersia atau hukum kelembaman.
Ukuran kuantitas kelembaman suatu benda adalah massa. Setiap benda memiliki tingkat kelembaman yang berbeda-beda. Makin besar massa suatu benda, makin besar kelembamannya. Saat mengendarai sepeda motor Anda bisa langsung memperoleh kelajuan besar dalam waktu singkat.
Namun, saat Anda naik kereta, tentu memerlukan waktu yang lebih lama untuk mencapai kelajuan yang besar. Hal itu terjadi karena kereta api memiliki massa yang jauh lebih besar daripada massa sepeda motor.
Mungkinkah di dunia ini ada benda yang tidak dipengaruhi gaya? Di luar angkasa mungkin ada tetapi di bumi ini tidak mungkin. Contohnya saja setiap benda pasti dipengaruhi oleh gaya gravitasi atau berat. Dari keadaan inilah hukum I Newton dapat diartikan juga untuk benda yang dipengaruhi gaya tetapi resultannya nol. Sehingga hukum I Newton dapat dirumuskan seperti berikut.
ΣF = 0 …………… Pers. (1)
|
Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda adalah nol, berarti ada dua kemungkinan yang dialami benda tersebut yaitu:
□ Benda diam (v = 0 m/s)
□ Benda bergerak lurus beraturan ( v = konstan)
Contoh Penerapan Hukum 1 Newton dalam Kehidupan Sehari-hari
Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Newton 1 dalam kehidupan sehari-hari.
1| Ketika kalian sedang naik mobil atau kendaraan lainnya. Jika mobil semula diam, kemudian secara tiba-tiba bergerak, kalian akan terdorong ke belakang. Jika semula mobil melaju kencang kemudian direm mendadak, kalian akan terdorong ke depan. Kejadian ini terjadi karena kalian berusaha mempertahankan keadaan semula.
2| Gambar (a): Menggambarkan seseorang sedang menarik seekor kambing dalam keadaan diam. Gambar (b): Menggambarkan seseorang sedang menarik seekor kerbau dalam keadaan diam.
Tentunya orang tersebut lebih mudah menggerakkan seekor kambing yang diam dibanding menggerakkan seekor kerbau yang diam. Sebab massa kambing lebih kecil dibanding massa kerbau, sehingga sifat kelembaman kambing lebih kecil dibanding sifat kelembaman kerbau.
3| Taplak di atas meja kemudian diatasnya terdapat vas bunga atau piring. Taplak ditarik secara cepat maka vas bunga atau piring tetap dalam keadaan diam.
4| Misalnya ada gelas di atas meja. Gelas tersebut tidak jatuh atau bergerak. Gelasnya tetap dia karena tidak ada luar yang mengenai gelas itu.
5| Dua badak bermassa sama saling dorong, keduanya tidak ada yang bergeser posisinya.
6| Bola yang menggelinding di atas es licin akan terus menggelinding dengan kecepatan tetap karena tidak dikenai gaya luar atau dengan kata lain resultan gayanya sama dengan nol (0).
7| Pemain ice skating meluncur tanpa mengeluarkan tenaga maka tidak ada gaya yang dikeluarkan oleh pemain ice skating tersebut. Pemain tetap dapat meluncur dengan kecepatan tetap karena lapangan ice skating sangat licin sehingga gaya gesek antara sepatu pemain ice skating dan lapangan sangat kecil dan dapat diabaikan.
8| Benda diam yang ditaruh di atas meja tidak akan jatuh kecuali ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut.
9| Ayunan bandul sederhana (gerak harmonik sederhana).
10| Pemakaian roda gila pada mesin mobil.
11| Membangun jembatan kereta, jalan layang, terowongan, bendungan, jembatan kabel bentang panjang, viaduct, menara transmisi, gedung bertingkat, konstruksi kabel, stabilitas lereng, daya dukung fondasi bangunan, analisis getaran lantai jembatan, perilaku bangunan tinggi dalam merespon gempa/angin, perencanaan kapasitas balok dan kolom beton, kapasitas leleh struktur baja dan lain-lain, semua itu rumus utamanya cuma satu, “jumlah gaya (momen gaya) harus sama dengan nol”.
Contoh Soal Hukum 1 Newton dan Pembahasannya
Dari persamaan (1) di atas, kita memperoleh konsep yaitu: jika resultan gaya yang bekerja pada benda nol maka benda dapat mempertahankan diri. Sekarang coba kalian cermati contoh soal berikut ini sehingga lebih memahami.
1. Sebuah balok bermassa 5 kg (berat w = 50 N) digantung dengan tali dan diikatkan pada atap. Jika balok diam maka berapakah tegangan talinya?
Penyelesaian:
Gaya-gaya yang bekerja pada balok seperti gambar di bawah ini, karena balok diam, maka berlaku hukum I Newton yaitu sebagai berikut.
ΣF = 0
T – w = 0
T – 50 = 0
T = 50 N
Jadi, gaya tegangan tali yang bekerja pada balok tersebut adalah 50 Newton.
2. Sebuah benda bermassa 40 kg ditarik melalui katrol sehingga memiliki posisi seperti yang diperlihatkan pada gambar (a) di bawah ini. Jika sistem itu diam, maka berapakah gaya F?
Penyelesaian:
Benda yang bermassa akan memiliki berat.
w = mg
w = 40 kg × 10 m/s2
w = 400 N
pada sistem itu bekerja tiga gaya yaitu w, F, dan T yang tidak segaris, sehingga menentukan resultannya dapat digunakan sumbu koordinat XY (metode analisis) seperti pada gambar (b) di atas. Sistem diam berarti berlaku Hukum 1 Newton sebagai berikut.
■ Pada sumbu-Y
ΣFy = 0
T sin 53o – w = 0
T(0,8) – 400 = 0
0,8T = 400
T = 400/0,8
T = 500 N
■ Pada sumbu-X
ΣFx = 0
F – T cos 53o = 0
F – (500)(0,6) = 0
F – 300 = 0
F = 300 N
Jadi, gaya F yang bekerja pada sistem tersebut adalah 300 Newton.
3. Benda bermassa 10 kg diikat tali dan dibentuk sistem seperti pada gambar (a) berikut ini. Jika sistem itu diam dan percepatan gravitasi g = 10 m/s2maka tentukan tegangan tali T1 dan T2!
Penyelesaian:
Berat benda adalah sebagai berikut.
w = mg
w = 10 kg × 10 m/s2
w = 100 N
Dengan menggunakan metode analisis sama seperti pada contoh soal sebelumnya di mana diagram gaya ditunjukkan pada gambar (b), maka resultan gaya yang bekerja pada sistem ini adalah sebagai berikut.
■ Pada sumbu-Y
ΣFy = 0
T1 sin 60o + T2 sin 30o – w = 0
T1 (1/2√3) + T2 sin (1/2) – 100 = 0
1/2√3 T1 + 1/2 T2 = 100
(Kedua ruas dikali 2)
√3 T1 + T2 = 200
T2 = 200 – √3 T1 ……….. pers. (a)
■ Pada sumbu-X
T2 cos 30o – T1 cos 60o = 0
T2 (1/2√3) – T1 (1/2) = 0
1/2√3 T2 – 1/2T1 = 0 ……….. pers. (b)
{subtitusikan persamaan (a) ke persamaan (b)}
1/2√3(200 – √3 T1) – 1/2T1 = 0
100√3 – 3/2T1 – 1/2T1 = 0
3/2T1 + 1/2T1 = 100√3
4/2T1 = 100√3
2T1 = 100√3
T1 = 50√3 N
Untuk memperoleh nilai T2, kita subtitusikan nilai T1 = 50√3 ke persamaan (a) sehingga kita peroleh nilai sebagai berikut.
T2 = 200 – √3 T1
T2 = 200 – √3(50√3)
T2 = 200 – 150
T2 = 50 N
Dengan demikian, nilai T1 dan T2 berturut-turut adalah 50√3 N dan 50 N.
Contoh soal di atas menjelaskan tentang keadaan benda diam. Tetapi hukum I Newton juga berlaku pada benda yang bergerak tetapi kecepatannya tetap yaitu gerak GLB. Contoh ini dapat kalian cermati pada contoh di bawah.
4. Balok bermassa 20 kg berada di atas bidang miring licin dengan sudut kemiringan 30o. Jika Ucok ingin mendorong ke atas sehingga kecepatannya tetap maka berapakah gaya yang harus diberikan oleh Ucok?
Penyelesaian:
m = 20 kg
g = 10 m/s2
w = mg = 20 × 10 = 200 N
α = 30o
gaya dorong Ucok F harus dapat mengimbangi proyeksi gaya berat. Lihat gambar di bawah ini. Balok bergerak ke atas dengan kecepatan tetap berarti masih berlaku hukum I Newton sehingga memenuhi persamaan berikut.
ΣF = 0
F – w sin 30o = 0
F – (200)(1/2) = 0
F – 100 = 0
F = 100 N
Jadi, gaya yang harus diberikan pada balok agar balok bergerak dengan kecepatan tetap adalah sebesar 100 N.
5. Dhania menarik beban dengan bantuan katrol seperti pada gambar (a) di bawah ini. Pada saat gaya yang diberikan F = 125 N ternyata beban dapat terangkat dengan kecepatan tetap. g = 10 m/s2. Jika gaya gesek katrol dan massa tali dapat diabaikan maka berapakah massa beban tersebut?
Penyelesaian:
Diagram gaya yang bekerja pada sistem ini adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar (b). Pada beban bekerja dua buah gaya yaitu gaya berat w dan gaya tegangan tali T. Besar gaya tegangan tali ini besarnya sama dengan gaya tarik F. Karena kecepatan beban yang bergerak ke atas adalah tetap, maka berlaku hukum II Newton sebagai berikut.
ΣF = 0
T – w = 0
F – mg = 0
125 – m(10) = 0
125 – 10m = 0
10m = 125
m = 125/10
m = 12,5 kg
Jadi, massa beban tersebut adalah 12,5 kg.
