Hukum 3 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:

Coba kalian ikatkan seutas tali pada batang pohon erat-erat agar tali tidak lepas, seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Pegang tali pada jarak beberapa meter, miringkan tubuh kalian sambil menarik tali yang sudah terpasang. Tentunya kalian tidak terjatuh bukan? Kasus seperti ini dapat dijelaskan menggunakan konsep Hukum III Newton.

Nah, pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari pengertian, bunyi, rumus, contoh soal dan pembahasan, serta contoh penerapan Hukum 3 Newton dalam kehidupan sehari-hari. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini. Selamat membaca dan belajar, semoga bisa paham.

Bunyi Hukum 3 Newton

Hukum II Newton menjelaskan secara kuantitatif bagaimana gaya-gaya memengaruhi gerak. Tetapi kita mungkin bertanya, dari mana gaya-gaya itu datang? Berdasarkan pengamatan membuktikan bahwa gaya yang diberikan pada sebuah benda selalu diberikan oleh benda lain.

Sebagai contoh, seekor kuda yang menarik kereta, tangan seseorang mendorong meja, martil memukul/ mendorong paku, atau magnet menarik paku. Contoh tersebut menunjukkan bahwa gaya diberikan pada sebuah benda, dan gaya tersebut diberikan oleh benda lain, misalnya gaya yang diberikan pada meja diberikan oleh tangan.

Newton menyadari bahwa hal ini tidak sepenuhnya seperti itu. Memang benar tangan memberikan gaya pada meja. Tetapi meja tersebut jelas memberikan gaya kembali kepada tangan. Dengan demikian, Newton berpendapat bahwa kedua benda tersebut harus dipandang sama. Tangan memberikan gaya pada meja, dan meja memberikan gaya balik kepada tangan.

Hal ini merupakan inti dari Hukum III Newton yang berbunyi sebagai berikut.

Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama.

Hukum III Newton ini kadang dinyatakan sebagai hukum aksi-reaksi, “untuk setiap aksi ada reaksi yang sama dan berlawanan arah”. Untuk menghindari kesalahpahaman, sangat penting untuk mengingat bahwa gaya “aksi” dan gaya “reaksi” bekerja pada benda yang berbeda.

Dengan demikian dapat dikatakan bahwa dua gaya merupakan pasangan gaya aksi-reaksi jika kedua gaya tersebut memiliki sifat-sifat sebagai berikut.

■ Sama besar

■ Berlawanan arah

■ Terjadi pada dua objek atau benda yang saling berinteraksi

Rumus Hukum 3 Newton

Untuk memahami bagaimana perumusan secara matematis hukum III Newton, perhatikan gambar ilustrasi dari beberapa benda yang saling berinteraksi di bawah ini.

Gambar di atas menunjukkan bahwa dua buah balok masing-masing mempunyai gaya berat sebesar 50 N dan 200 N diletakkan di atas pegas. Jika kedua balok dan pegas dalam posisi keseimbangan, maka bisa dijelaskan sebagai berikut.

Gambar (b): menunjukkan bahwa balok memberikan gaya berat sebesar 50 N dengan arah ke bawah, tetapi balok tersebut juga disupport sebesar 50 N dengan arah ke atas.

Gambar (c): balok dengan gaya berat 200 N arah ke bawah dan memperoleh tambahan gaya berat dari balok 50 N, sehingga memberikan gaya berat ke bawah sebesar 250 N, tetapi kedua balok tersebut disupport sebesar 250 N dari pegas arah ke atas.

Gambar (d): merupakan kesimpulan, di mana total kedua balok memberikan gaya berat sebesar 250 N arah ke bawah dan disupport sebesar 250 N dari pegas arah ke atas.

Gambar (a) – (d) merupakan peristiwa fisika yang dianalisis oleh Newton yang disebut sebagai Hukum III Newton. Hukum III Newton lebih dikenal sebagai Hukum Aksi-Reaksi.

Hukum ini menyatakan bahwa jika dua buah benda saling berinteraksi, gaya yang dikenakan pada benda pertama oleh benda kedua, benda pertama akan mengeluarkan gaya yang besarnya sama dengan benda kedua dengan arah berlawanan. Secara matematis dapat ditulis dengan persamaan berikut:

Faksi = −Freaksi …………… Pers. (1)

Persamaan di atas merupakan bentuk persamaan yang secara simetris sangat fundamental di dalam menganalisis sistem tata surya. Semua gaya yang bekerja dalam sistem tata surya besarnya sama dengan arah yang berlawanan, gaya ini merupakan gaya pasangan.

Secara intuisi pengertian ini sering membingungkan, sebagai contoh, jika sebuah truk besar yang sudah saling berhadapan dengan truk kecil akhirnya bertabrakan, maka intuisi kalian akan bercerita bahwa truk yang kecil harus mengeluarkan gaya yang besar, bukan? Yang sebenarnya tidak demikian. Coba renungkan dan diskusikan dengan teman kalian!

Contoh Penerapan Hukum 3 Newton dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Newton 3 dalam kehidupan sehari-hari.

1| Ketika kita menginjakkan kaki ke tanah, berarti kita memberikan sebuah gaya dorong terhadap tanah tersebut. Gaya yang kaki kita berikan kepada tanah ini merupakan gaya aksi. Kemudian sebagai respon dari gaya aksi yang kita berikan, maka tanah memberikan gaya dorong ke kaki kita yang membuat kaki bisa terangkat. Gaya dorong yang diberikan tanah ini adalah gaya reaksi. Proses ini berlangsung secara terus menerus sehingga membuat kita dapat berjalan di atas tanah.

2| Pada peristiwa peluncuran roket, gas panas yang dipancarkan dari pembakaran dan pancaran ini menyebabkan timbulnya gaya reaksi pada roket yaitu gaya yang mengangkat serta mempercepat roket meluncur. Kejadian ini merupakan gambaran hukum ketiga Newton.

3| Pada saat telapak tangan kita mendorong ujung meja. Bentuk telapak tangan kita menjadi berubah, hal ini membuktikan bahwa terdapat gaya aksi-reaksi pada meja dan tangan. Dorongan tangan kita memberikan gaya aksi kepada meja yang menyebabkan meja bergerak, sedangkan meja memberikan gaya reaksi pada telapak tangan kita yang menyebabkan telapak tangan berubah bentuk teksturnya.

4| Pendayung yang menggerakkan kapal atau perahu juga memanfaatkan Hukum III Newton. Pada waktu mengayunkan dayung, pendayung mendorong air ke belakang. Gaya ke belakang pada air itu menghasilkan gaya yang sama tetapi berlawanan. Gaya ini menggerakkan perahu ke depan. Ada keuntungan tambahan yang diperoleh karena dayung itu merupakan pengungkit; tarikan pendek oleh pendayung menghasilkan gerak yang lebih panjang pada ujung lain dayung tersebut.

5| Pernahkah kalian meniup balon dan kemudian melepaskannya tanpa mengikat mulutnya? Ketika kalian meniup balok dan melepaskan tanpa mengikat mulutnya, balon tersebut akan melesat terbang. Pada saat balon melesat, udara di dalam balon keluar dan mendorong udara di luar balon. Akibat dorongan udara dari dalam balon (gaya aksi), udara di luar balon memberikan dorongan ke balon (gaya reaksi). Dorongan yang diberikan udara di luar balon berlawanan dengan dorongan udara dari dalam balon. Akibat dari dorongan udara di luar balon ini, balon dapat melesat terbang.

6| Dalam mengangkat beban, atlet angkat besi juga menerapkan hukum III Newton. Gaya yang dikeluarkan atlet untuk mengangkat beban ke atas menyebabkan timbulnya gaya ke bawah. Gaya ke bawah tersebut diteruskan ke lantai melalui tubuh atlet. Lantai yang mendapatkan gaya tekan, membalas dengan menekan ke atas dengan gaya yang besarnya sama. Seandainya lantai memberikan gaya ke atas lebih kecil daripada gaya yang diterimanya, maka si atlet akan terperosok melalui lantai tersebut. Jika lantai memberikan gaya yang lebih besar daripada gaya yang diterimanya, maka atlet tersebut akan terangkat ke udara.

7| Pernahkah kalian memperhatikan tank yang sedang menembak? Pada saat menembakkan peluru, tank mendorong peluru ke depan (aksi). Sebagai reaksi, peluru mendorong tank ke belakang sehingga tank terdorong ke belakang. Gaya aksi-reaksi inilah yang menyebabkan tank terlihat tersentak ke belakang sesaat setelah memuntahkan peluru.

8| Ketika seorang anak sedang menarik seutas tali yang diikatkan pada sebatang pohon besar. Pada kejadian ini, ada dua gaya yang berlawanan, yaitu gaya tarik oleh anak terhadap pohon yang disebut gaya aksi, sedangkan pohon mempertahankan anak dengan gaya yang sama disebut gaya reaksi. Semakin besar gaya aksi yang dikenakan terhadap pohon, semakin besar gaya reaksi yang diberikan pohon.

9| Gaya aksi reaksi juga bekerja pada sebuah buku yang diletakkan di atas meja. Buku ditarik Bumi (w) vertikal ke bawah, yang besarnya seberat buku. Meja memberikan gaya dorong (N) kepada buku yang sama besar dengang gaya gravitasi Bumi (w) sehingga jumlah kedua gaya yang bekerja pada buku sama dengan nol. Agar tidak salah persepsi, kedua gaya tersebut bukan pasangan aksi-reaksi karena tidak bekerja pada benda yang berbeda. Pada gambar di buku di atas meja di atas, buku menekan meja sehingga memberikan gaya aksi (F) yang arahnya ke bawah. Sebagai reaksinya, meja menekan buku yang arahnya ke atas sehingga memberikan gaya reaksi (F’). Kedua gaya ini besarnya sama dan berlawanan arah, serta bekerja pada dua benda yang berbeda. Oleh karena itu, pasangan gaya ini merupakan pasangan aksi reaksi F = -F’.

10| Mesin turbo pesawat memberikan gaya aksi melalui gas buang ke bagian belakang. Sebaliknya, semburan gas buang pesawat menghasilkan gaya reaksi yang menyebabkan pesawat terdorong ke depan karena massa gas buang sangat kecil. Gas tersebut menyembur ke belakang dengan kecepatan tinggi. Gaya aksi dari mesin turbo pesawat sama besarnya dengan gaya reaksi dari semburan gas, tetapi arahnya berlawanan.

11| Pada saat kita memukul paku pada kayu menggunakan martil/palu juga timbul gaya aksi reaksi. Palu yang kita pukulkan pada paku memberikan gaya aksi pada paku sehingga paku dapat menancap pada kayu. Sebaliknya, kayu memberikan gaya reaksi lewat paku menuju palu sehingga tangan kita merasakan seolah palu hendak terlempar.

12| Sayap burung mendorong udara ke belakang (aksi). Sebagai reaksinya, udara mendorong sayap burung sehingga burung terbang ke depan.

13| Saat berenang, tangan kita mendorong air ke belakang (aksi) sehingga air mendorong tubuh kita ke depan (reaksi).

14| Peluru mendorong senapan ke belakang (aksi) sehingga senapan mendorong peluru ke depan (reaksi).

15| Bola basket yang dipantulkan ke tanah akan memantul kembali ke atas.

16| Seseorang yang duduk di atas kursi, berat badan orang tersebut mendorong kursi ke bawah sedangkan kursi mendorong (menahan) badan ke atas.

17| Seseorang yang menggunakan sepatu roda atau Skate Board dan mendorong tubunya ke dinding, maka dinding akan mendorong balik sebesar gaya dorong yang dikeluarkan, sehingga orang tersebut bergerak menjauhi dinding.

Contoh Soal Hukum 3 Newton dan Pembahasannya

1. Sebuah buku diletakkan di atas meja. Pada sistem benda tersebut akan bekerja gaya-gaya seperti pada gambar di bawah ini. Ada empat gaya yang bekerja pada sistem tersebut yaitu:

□ w = berat buku.

□ N = gaya tekan normal meja terhadap buku.

□ N’= gaya tekan normal buku pada meja.

□ Fg = gaya gravitasi bumi pada buku.

Tentukan pasangan gaya yang termasuk aksi reaksi!

Penyelesaian:

Pasangan gaya aksi-reaksi memenuhi sifat: sama besar, berlawanan arah dan bekerja pada dua benda. Dari sifat di atas dapat ditentukan dua pasangan aksi-reaksi yaitu:

□ w dengan Fg

□ N dengan N’

w dan N bukan aksi-reaksi karena bekerja pada satu benda (buku) tetapi hubungan N = w merupakan hukum I Newton yaitu ΣF = 0.

2. Seekor ikan yang bergerak dengan siripnya juga terjadi gaya aksi reaksi. Tentukan pasangan aksi-reaksi yang ada.

Penyelesaian:

Gaya aksi: gaya dorong yang diberikan sirip ikan kepada air.

Gaya reaksi: gaya dorong yang diberikan air kepada sirip ikan sehingga ikan dapat bergerak.

3. Dua balok (m1 dan m2) yang bersentuhan mula-mula diam di atas lantai licin seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Jika m1 = 70 kg, m2 = 30 kg dan pada balok pertama dikerjakan gaya sebesar 200 N, maka tentukanlah percepatan masing-masing balok dan gaya kontak antarbalok tersebut.

Jawab

Diketahui:

m1 = 70 kg

m2 = 30 kg

F = 200 N

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.

Keadaan benda 1 dan 2 saling bersentuhan sehingga akan timbul gaya kontak atau gaya aksi reaksi berdasarkan Hukum III Newton. Supaya lebih jelas, perhatikan gambar berikut ini.

F12 adalah gaya aksi yang diberikan balok 1 kepada balok 2 (bekerja pada balok 2). Sedangkan F21 adalah gaya reaksi yang diberikan balok 2 kepada balok 1 (bekerja pada balok 1). Kedua gaya ini memiliki besar yang sama.

Untuk menentukan besar percepatan kedua balok dan juga gaya kontak kita tinjau persamaan gerak masing-masing balok menggunakan Hukum II Newton sebagai berikut.

∎ Tinjau Balok 1

Karena lantai licin maka tidak ada gaya gesek yang bekerja, sehingga resultan gaya pada sumbu-Y tidak perlu diuraikan.

ΣFX = ma

F – F21 = m1a ............... Pers. (1)

∎ Tinjau Balok 2

ΣFX = ma

F12 = m2a ............... Pers. (2)

Karena F12 = F21, maka kita dapat mensubtitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1) sebagai berikut.

F – m2a = m1a

F = m1a + m2a

F = (m1 + m2)a

a = F/(m1 + m2) ............... Pers. (3)

Dengan memasukkan nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (3), maka kita peroleh besar percepatan kedua balok sebagai berikut.

a = 200/(70 + 30)

a = 200/100

a = 2 m/s2

Jadi, besar percepatan kedua balok adalah 2 m/s2. Untuk menentukan gaya kontak antara balok 1 dan 2, kita subtitusikan nilai percepatan yang kita peroleh ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.

F12 = m2a

F12 = (30)(2)

F12 = 60 N

Dengan demikian, besar gaya kontak antarbalok adalah 60 N.

4. Balok A dan balok B terletak di atas permukaan bidang miring licin dengan sudut kemiringan 37°. Massa balok A 40 kg dan massa balok B 20 kg. Kemudian balok A didorong dengan gaya F sebesar 480 N seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Tentukan besar percepatan gerak kedua balok dan juga gaya kontak antara balok A dan balok B.

Jawab

Diketahui:

mA = 40 kg

mB = 20 kg

F = 480 N

θ = 37°

g = 10 m/s2

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.

Perhatikan gambar di bawah ini.

FAB adalah gaya aksi yang diberikan balok A kepada balok B, sedangkan FBA adalah gaya reaksi yang diberikan balok B kepada balok A. Kedua gaya tersebut merupakan gaya kontak yang besarnya sama.

Lalu untuk menentukan besar percepatan kedua balok dan juga gaya kontak, kita tinjau persamaan gerak masing-masing balok menggunakan Hukum II Newton sebagai berikut.

∎ Tinjau Balok A

Karena bidang miring licin maka tidak ada gaya gesek yang bekerja, sehingga resultan gaya pada sumbu-Y tidak perlu diuraikan.

ΣFX = ma

F – wA sin θ – FBA = mAa

F – mAg sin θ – FBA = mAa ............... Pers. (1)

∎ Tinjau Balok B

ΣFX = ma

FAB – wA sin θ = mBa

FAB – mBg sin θ = mBa

FAB = mBa + mBg sin θ ............... Pers. (2)

Karena FAB = FBA, maka kita dapat mensubtitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1) sebagai berikut.

F – mAg sin θ – (mBa + mBg sin θ) = mAa

F – mAg sin θ – mBa – mBg sin θ = mAa

F – mAg sin θ – mBg sin θ = mAa + mBa

F – g sin θ(mA + mB) = (mA + mB)a

a = [F – g sin θ(mA + mB)]/(mA + mB)

a = [F/(mA + mB)] – g sin θ ............... Pers. (3)

Dengan mensubtitusikan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (3), maka kita peroleh besar percepatan kedua balok sebagai berikut.

a = [480/(40 + 20)] – (10) sin 37°

a = (480/60) – (10)(0,6)

a = 8 – 6

a = 2 m/s2

Jadi, besar percepatan kedua balok adalah 2 m/s2. Untuk menentukan gaya kontak antara balok A dan B, kita subtitusikan nilai percepatan yang kita peroleh ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.

FAB = mBa + mBg sin θ

FAB = (20)(2) + (20)(10)(sin sin 37°)

FAB = 40 + (200)(0,6)

FAB = 40 + 120

FAB = 160 N

Dengan demikian, besar gaya kontak antara balok A dan balok B adalah 160 N.