Hukum 2 Newton: Bunyi, Rumus, Contoh Penerapan, Soal dan Pembahasan

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:

Hukum I Newton hanya membahas benda yang tidak dikenai gaya dari luar, artinya benda tidak mengalami percepatan. Bagaimana jika suatu benda mendapat gaya dari luar atau pada benda tersebut bekerja beberapa gaya yang resultannya tidak sama dengan nol? Pada kondisi ini benda mengalami perubahan percepatan.

Info Fisika!

Isaac Newton (1643 – 1727) Issac Newton dikenal sebagai ahli ilmu pasti dan ilmu alam asal Inggris. Ia dianggap sebagai salah satu ilmuwan terbesar. Teori dan penemuannya berperan penting dalam perkembangan ilmu pasti dan ilmu alam. Penemuan Newton yang terkenal antara lain adalah kalkulus diferensial, integral, dan penguraian sinar putih menjadi warna pelangi.Adapun hukumnya yang terkenal adalah hukum gravitasi dan hukum gerak Newton. Penemuan gaya gravitasi diawali oleh ketertarikan Newton terhadap bulan yang selalu mengelilingi bumi. Suatu saat ia duduk beristirahat di bawah pohon apel dan melihat sebuah apel jatuh dari pohon. Newton kemudian menemukan bahwa apel jatuh ke bawah karena ditarik oleh gaya tarik bumi atau gravitasi. Hukum Gerak Newton merupakan hukum dasar dinamika yang merumuskan pengaruh gaya terhadap perubahan gerakan benda. Hukum Newton terdiri atasa tiga perumusan yang terkenal sebagai Hukum Newton I, II, dan III. Untuk menghormati jasa Newton, namanya digunakan sebagai satuan gaya.

Ketika suatu benda yang bergerak memiliki percepatan, maka hukum I Newton tidak berlaku. Karena jika benda memiliki percepatan, maka resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut tidak sama dengan nol. Keadaan inilah yang dijelaskan oleh Newton pada hukum keduanya.

Pada hukum keduanya, Newton menjelaskan pengaruh gaya pada percepatan benda. Jika resultan gaya pada benda tidak nol (ΣF ≠ 0) maka benda itu akan mengalami percepatan. Hubungan dan perumusan II Newton akan dijelaskan secara detail dalam artikel kali ini. Silahkan kalian simak baik-baik.

Bunyi dan Rumus Hukum 2 Newton

Gaya yang bekerja pada sebuah benda menyebabkan benda tersebut bergerak dipercepat atau diperlambat. Hukum II Newton mempelajari hubungan antara gaya yang bekerja pada sebuah benda dengan percepatan yang ditimbulkan oleh gaya tersebut.

Berikut ini adalah praktikum sederhana untuk memahami hubungan hubungan antara gaya (F), massa benda (m), dan percepatan benda (a) yang bekerja pada suatu benda.

Hubungan antara Massa, Percepatan, dan Gaya

Tujuan Percobaan:

Menyelidiki hubungan antara massa, percepatan, dan gaya pada benda yang mengalami gerak lurus berubah beraturan.

Alat-Alat Percobaan:

1. 2 buah balok kayu bermassa m1

2. Meja

3. Beban bermassa m2, m2 >> m1

4. Tali

5. Troli

6. Pewaktu ketik (Ticker Timer)

Langkah-Langkah Percobaan:

1. Susunlah alat percobaan seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar (a):  Balok bermassa m1 diletakkan di atas troli dan ditarik oleh gaya F dari beban m2. Gambar (b):  Balok bermassa 2m1 diletakkan di atas troli dan ditarik oleh gaya F dari m2.

2. Nyalakan pewaktu ketik.

3. Lepaskan troli sehingga troli bergerak.

4. Amati jejak pada pewaktu ketik.

5. Hitunglah percepatan troli tersebut.

6. Lakukan langkah 2 sampai 5 untuk massa di atas troli sebesar 2 m1, seperti pada gambar (b).

7. Apakah percepatan yang dialami kedua percobaan itu sama? Mengapa demikian?

8. Bagaimana hubungan antara m1 dan a, juga hubungan antara 2m1 dan a?

9. Bagaimana hubungan antara F = m2g dan a?

Setelah melakukan eksperimen sederhana di atas, kalian telah memahami hubungan antara massa, percepatan, dan pada benda yang resultan gaya yang dialaminya tidak sama nol. Berdasarkan percobaan tersebut, kalian peroleh hubungan antara gaya dan percepatannya, yaitu sebagai berikut.

ΣF ≈ a …………… Pers. (1)

Adapun harga kesebandingannya itu menunjukkan ukuran kelembaman yang dimiliki benda, yaitu massa. Secara matematis persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.

m	=	ΣF
		a

ΣF = ma …………… Pers. (2)

Persamaan (2) dikenal sebagai Hukum II Newton yang pernyataannya secara lengkap adalah sebagai berikut.

Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda besarnya berbanding lurus dengan gaya tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda.

Gaya dan percepatan adalah besaran vektor, sedangkan massa benda adalah besaran skalar. Oleh karena itu, gaya ditulis sebagai berikut.

ΣF = ma …………… Pers. (3)

Keterangan:

ΣF = gaya yang bekerja pada benda (N)

m = massa benda (kg)

a = percepatan benda (m/s2)

dalam sistem internasional (SI), satuan gaya adalah kgm/s2, disebut juga newton (N). Gaya 1 newton didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada massa 1 kilogram benda sehingga menimbulkan percepatan 1 meter per sekon kuadrat.

Info Fisika!

Gaya yang mengenai benda diam menyebabkan benda bergerak. Gaya yang mengenai benda bergerak menyebabkan benda bergerak lebih cepat, lebih lambat atau berubah arah.

Contoh Penerapan Hukum 2 Newton dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Newton 2 dalam kehidupan sehari-hari.

1| Bus yang melaju di jalan raya akan mendapatkan percepatan yang sebanding dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa bus tersebut.

2| Pada sistem kerja lift juga terdapat gaya, untuk lift yang diam atau bergerak dengan kecepatan tetap maka gaya normal (N) akan sama dengan gaya tarik bumi (w = mg). Sedangkan untuk lift yang sedang bergerak dipercepat/diperlambat, maka gaya tekan akan sama dengan gaya normal tetapi tidak sama dengan gaya tarik bumi.

3| Pada permainan kelereng, kelereng yang kecil saat dimainkan akan lebih cepat menggelinding, sedangkan kelereng yang lebih besar relatif lebih lama (percepatan berbanding terbalik dengan massanya).

4| Benda massanya kecil diberi gaya yang sama dengan benda yang massanya besar akan mengalami percepatan yang lebih besar dibandingkan benda yang massanya besar karena percepatan berbanding lurus dengan resultan gaya.

5| Ketika memindahkan benda ke posisi yang lebih tinggi menggunakan bidang miring juga merupakan salah satu contoh aplikasi hukum II Newton.

6| Gaya yang kita berikan ketika sedang menarik gerobak yang penuh dengan muatan tentunya lebih besar daripada gerobak kosong.

7| Ketika kita sedang menimba air di sumur menggunakan katrol. Pada kegiatan ini akan timbul gaya akibat menarik tali yang dihubungkan ember berisi air melalui sebuah katrol. Sistem pengambilan air dari sumur ini biasanya dipakai di daerah pedesaan.

8| Badak besar mendorong badak yang berukuran lebih kecil sehingga badak kecil akan terpental.

9| Mobil truck yang membawa barang muatan sedikit maka bisa mendapatkan percepatan yang lebih besar, daripada mobil truck yang membawa muatan sangat banyak.

10| Orang yang mendorong gerobak bakso dengan kekuatan (gaya) tertentu dan gerobak tersebut akan berjalan dengan percepatan tertentu pula.

11| Mobil yang sedang bergerak dengan massa mobil 1 ton kemudian bergerak dengan percepatan 1 m/s2.

12| Ketika kita mendorong meja bermassa kecil dan meja bermassa besar, percepatannya lebih besar pada meja bermassa kecil sehingga lebih cepat sampai tujuan.

13| Orang dewasa dengan gaya besar mendorong satu meja menghasilkan percepatan lebih besar daripada anak kecil yang gaya dorongnya lebih kecil.

14| Saat kita memindahkan kotak yang ringan akan lebih cepat sampai daripada memindahkan almari yang berat jika kita menggunakan gaya dorong yang sama.

15| Kereta yang ditarik 4 ekor kuda lebih cepat daripada yang ditarik 1 ekor kuda saja.

16| Buah yang jatuh dari pohonnya, ketika semakin mendekati tanah, maka kecepatannya akan semakin besar.

17| Bola yang ditendang orang dewasa akan lebih jauh dibandingkan jika ditendang oleh anak kecil.

18| Bersepeda di jalan yang menurun akan lebih cepat daripada di jalan yang mendatar atau tanjakan.

Contoh Soal Hukum 2 Newton dan Pembahasannya

1. Sebuah truk dapat menghasilkan gaya sebesar 7000 N. Jika truk tersebut dapat bergerak dengan percepatan 3,5 m/s2, maka tentukan massa truk tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

ΣF = 7000 N

a = 3,5 m/s2

Ditanyakan: m = …?

Jawab:

m	=	ΣF
		a

m	=	7000
		3,5

m = 2000 kg = 2 ton

Jadi, massa truk tersebut adalah 2 ton.

2. Balok A bermassa 4 kg diletakkan di atas balok B yang bermassa 6 kg. Kemudian balok B ditarik dengan gaya F di atas lantai mendatar licin sehingga gabungan balok itu mengalami percepatan 1,8 m/s2. Jika tiba-tiba balok A terjatuh maka berapakah percepatan yang dialami oleh balok B saja?

Penyelesaian:

Diketahui:

mA = 4 kg

mB = 6 kg

a1 = 1,8 m/s2

Ditanyakan: a2 = …?

Jawab:

Keadaan balok pertama (tergantung) dan kedua (A jatuh) dapat di gambarkan seperti pada gambar di bawah ini.

Pada kedua kejadian berlaku hukum II Newton sebagai berikut.

F = ma

F = (mA + mB)a1

F = (4 + 6)1,8

F = 18 N

Gaya F juga bekerja pada keadaan kedua sehingga diperoleh:

F = mBa2

18 = 6a2

berarti a2 = 3 m/s2

3. Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s di atas bidang datar licin, kemudian benda tersebut diberi gaya tetap searah dengan gerak benda. Setelah menempuh jarak 4 m, kecepatan benda menjadi 7 m/s. Tentukan besar gaya tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

v0 = 5 m/s

vt = 7 m/s

m = 2 kg

s = 4 m

Ditanyakan: F = …?

Jawab:

Persamaan gerak:

2as = vt2 – v02

a	=	vt2 – v02
		2s

a	=	(7)2 – (5)2
		2(5)

a	=	49 – 25
		10

a	=	24
		10

a = 2,4 m/s2

Menurut Hukum II Newton:

F = ma

F = (2 kg)(3 m/s2)

F = 6 kgm/s2 = 6 N

Jadi, gaya yang bekerja pada benda adalah 6 N.

4. Jika suatu benda diberi gaya 20 N, benda tersebut memiliki percepatan 4 m/s2. Berapakah percepatan yang dialami benda tersebut jika diberi gaya 25 N?

Penyelesaian:

Pada kasus ini, massa benda (m) adalah tetap. Ketika diberi gaya F1 = 20 N, benda mengalami percepatan a1 = 4 m/s2, sehingga massa benda:

m	=	F1
		a1

m	=	20 N
		4 m/s2

m = 5 kg

Pada saat diberi gaya F2 sebesar 25 N, maka percepatan yang dialami benda menjadi:

a2	=	F2
		m2

a2	=	25 N
		5 kg

a2 = 5 m/s2

5. Sebuah gaya F dikerjakan pada sebuah benda bermassa m, menghasilkan percepatan 10 m/s2. Jika gaya tersebut dikerjakan pada benda kedua dengan massa m2, percepatan yang dihasilkan adalah 15 m/s2.

Tentukan:

a. Perbandingan m1 dan m2.

b. Percepatan yang dihasilkan gaya F1, apabila m1 dan m2 digabung.

Penyelesaian:

a. Gaya F pada benda 1 dengan massa m1 menghasilkan percepatan a1 = 10 m/s2, maka diperoleh:

m1	=	F1
		a1

m1	=	F
		10 m/s2

Gaya F pada benda II dengan massa m2, menghasilkan percepatan a2 = 15 m/s2, maka:

m2	=	F2	=	F
		a2		15 m/s2

m1 : m2	=	F	:	F
		10		15

m1 : m2	=	1	:	1
		10		15

m1 : m2	=	1 × 30	:	1 × 30
		10		15

m1 : m2

=

3 : 2

b. Apabila massa digabung, maka:

m = m1 + m2

m	=	F	+	F
		10		15

m	=	3F + 2F
		30

m	=	5F
		30

m	=	F
		6

Percepatan yang dihasilkan adalah:

a	=	F
		m

a	=	F
		F/6

a = 6 m/s2.