HUKUM NEWTON TENTANG GERAK DAN PENERAPANYA

KONSEP DASAR FISIKA SEKOLAH 1

DINAMIKA BENDA TITIK

HUKUM NEWTON TENTANG GERAK DAN PENERAPANNYA

RISKA.S

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS TADULAKO

2015

A.    DESKRIPSI

Pada makalah ini, akan membahas DINAMIKA BENDA TITIK. Dengan pokok bahasan yaitu hukum newton tentang gerak dan penerapannya.

Dinamika merupakan salah satu bagian dari cabang fisika.Apakah yang terjadi jika benda dikenai gaya? Pertanyaan ini merupakan pertanyaan yang pernah kita dengar pada pembahasan fisika sejak kita kelas VII.Bila benda dikenai gaya maka benda akan berubah bentuk, benda akan bergerak hingga benda akan berubah  arah geraknya. Jawaban ini selintas sangat mudah bagi kita yang sudah duduk di kelas XI.

Dinamika partikel/benda titik adalah cabang dari mekanika yang mempelajari penyebab dari gerak, yaitu gaya. Gaya adalah sebuah dorongan atau penahanan yang diberikan oleh seseorang pada sebuah benda, sehingga benda itu dapat bergerak, baik bergerak konstan maupun tidak konstan atau diam.

1.      Kompetensi Dasar

          Menerapkan hukum Newton sebagai prinsip dasar dinamika untuk gerak lurus, gerak vertikal, dan gerak melingkar beraturan.

1.    Tujuan Pembelajaran

         Peserta didik dapat:

1)      Menyebutkan pengertian dinamika.

2)      Menyebutkan bunyi hukum-hukum Newton tentang gerak.

3)      Menyebutkan contoh penerapan hukum-hukum Newton dalam kehidupan sehari-hari

4)      Menerapkan hukum-hukum Newton untuk menyelesaikan soal analisis dan soal hitungan.

5)      Menjelaskan aplikasi hukum Newton pada benda di atas bidang datar.

6)      Menjelaskan aplikasi hukum Newton pada gaya yang membentuk sudut.

7)      Menjelaskan aplikasi hukum Newton pada benda di atas bidang miring.

8)      Menjelaskan aplikasi hukum Newton pada gerak vertikal.

2.    Indikator

1)      Mengidentifikasi penerapan prinsip hukum 1 Newton (hukum inersia) dalam kehidupan sehari-hari.

2)      Mengidentifikasi penerapan prinsip hukum 2 Newton dalam kehidupan sehari-hari.

3)      Mengidentifikasi penerapan prinsip hukum 3 Newton dalam kehidupan sehari-hari.

4)      Menerapkan hukum Newton pada gerak benda pada bidang miring tanpa gesekan.

5)      Menerapkan hukum Newton pada gerak vertikal.

6)      Menerapkan hukum Newton pada gerak melingkar.

B.     MATERI

1.    Hukum-Hukum Newton Tentang Gerak

a.    Hukum I Newton

Bagaimanakah hubungan antara gaya dan gerak? Aristoteles (384-322 SM) percaya bahwa diperlukan sebuah gaya untuk menjaga agar sebuah benda tetap bergerak sepanjang bidang horizontal. Ia mengemukakan alasan bahwa untuk membuat sebuah buku bergerak melintasi meja, kita harus memberikan gaya pada bukuitu secara kontinu. Menurut Aristoteles, keadaan alami sebuah benda adalah diam, dan dianggap perlu adanya gaya untuk menjaga agar benda tetap bergerak. Lebih jauh lagi, Aristoteles mengemukakan, makin besar gaya pada benda, makin besar pula lajunya.

Kira-kira 2000 tahun kemudian, Galileo Galilei (1564-1642) menemukan kesimpulan yang sangat berbeda dengan pendapat Aristoteles. Galileo mempertahankan bahwa sama alaminya bagi sebuah benda untuk bergerak horizontal dengan kecepatan tetap, seperti saat benda tersebut berada dalam keadaan diam.

Bayangkan pengamatan yang melibatkan sebuah gerak horizontal berikut ini untuk memahami gagasan Galileo. Untuk mendorong sebuah benda yang mempunyai permukaan kasar di atas meja dengan laju konstan dibutuhkan gaya dengan besar tertentu. Untuk mendorong benda lain yang sama beratnya tetapi mempunyai permukaan yang licin di atas meja dengan laju yang sama, akan memerlukan gaya lebih kecil. Jika selapis minyak atau pelumas lainnya dituangkan antara permukaan benda dan meja, maka hampir tidak diperlukan gaya sama sekali untuk menggerakkan benda itu. Pada urutan kasus tersebut, gaya yang diperlukan makin kecil. Sebagai langkah berikutnya, kita bisa membayangkan sebuah situasi di mana benda tersebut tidak bersentuhan dengan meja sama sekali, atauada pelumas yang sempurna antara benda itu dan meja, dan mengemukakan teori bahwa sekali bergerak, bendatersebut akan melintasi meja dengan laju yang konstantanpa ada gaya yang diberikan. Sebuah bantalan pelurubaja yang bergulir pada permukaan horizontal yang kerasmendekati situasi ini. Demikian juga kepingan pada mejaudara, tampak seperti pada Gambar disamping, di mana lapisanudara memperkecil gesekan sehingga hampir nol.

Galileo membuat kesimpulan hebatnya, bahwa jika tidak ada gaya yang diberikan kepada benda yangbergerak, benda itu akan terus bergerak dengan lajukonstan pada lintasan yang lurus. Sebuah benda melambathanya jika ada gaya yang diberikan kepadanya. Dengandemikian, Galileo menganggap gesekan sebagai gaya yangsama dengan dorongan atau tarikan biasa.

Sebagai contoh, mendorong sebuah buku melintasimeja dengan laju tetap dibutuhkan gaya dari tangan kalian, hanya untuk mengimbangi gaya gesek. Perhatikan Gambardisamping. Jika buku tersebut bergerak dengan laju konstan, gayadorong kalian sama besarnya dengan gaya gesek, tetapikedua gaya ini memiliki arah yang berbeda, sehingga gayatotal pada benda (jumlah vektor dari kedua gaya) adalahnol. Hal ini sejalan dengan sudut pandang Galileo, karena benda bergerak dengan laju konstan ketika tidak ada gayatotal yang diberikan padanya.

Berdasarkan penemuan ini, Isaac Newton (1642-1727), membangun teori geraknya yang terkenal. AnalisisNewton tentang gerak dirangkum dalam “tiga hukumgerak”-nya yang terkenal. Dalam karya besarnya, Principia(diterbitkan tahun 1687), Newton menyatakan terimakasihnya kepada Galileo. Pada kenyataannya, hukumpertama Newton tentang gerak sangat dekat dengankesimpulan Galileo. Hukum I Newton menyatakan bahwa:Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerakdengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali jika diberigaya total yang tidak nol.

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankankeadaan diam atau gerak tetapnya pada garis lurus disebutinersia (kelembaman). Sehingga, Hukum I Newton seringdisebut Hukum Inersia.

Hukum I Newton tidak selalu berlaku pada setiapkerangka acuan. Sebagai contoh, jika kerangka acuan kaliantetap di dalam mobil yang dipercepat, sebuah bendaseperti cangkir yang diletakkan di atas dashboard mungkinbergerak ke arah kalian (cangkir tersebut tetap diam selamakecepatan mobil konstan). Cangkir dipercepat ke arah kaliantetapi baik kalian maupun orang atau benda lainmemberikan gaya kepada cangkir tersebut dengan arahberlawanan. Pada kerangka acuan yang dipercepat sepertiini, Hukum I Newton tidak berlaku. Kerangka acuan di manaHukum I Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia.Untuk sebagian besar masalah, kita biasanya dapatmenganggap bahwa kerangka acuan yang terletak tetapdi Bumi adalah kerangka inersia (walaupun hal ini tidaktepat benar, karena disebabkan oleh rotasi Bumi, tetapicukup mendekati). Kerangka acuan yang bergerak dengankecepatan konstan (misalnya sebuah mobil) relatifterhadap kerangka inersia juga merupakan kerangka acuaninersia. Kerangka acuan di mana hukum inersia tidakberlaku, seperti kerangka acuan yang dipercepat di atas,disebut kerangka acuan noninersia. Bagaimana kita bisayakin bahwa sebuah kerangka acuan adalah inersia atautidak? Dengan memeriksa apakah Hukum I Newtonberlaku. Dengan demikian Hukum I Newton berperansebagai definisi kerangka acuan inersia.

Contoh lainnya yaitu sebuah balok berada dalam keadaan diam, jika dibiarkan begitu saja (tidak diberi pengaruh luar) maka balok tersebut akan tetap diam. Balok dapat mengalami perubahan keadaan geraknya jika kepada balok tersebut bekerja suatu pengaruh luar yang disebut dengan gaya. Pada dasarnya setiap benda memiliki sifat inert (lembam), artinya bila tidak ada ganguan dari luar benda cenderung mempertahankan keadaan geraknya. Newton mengartikan keadaan gerak ini sebagai kecepatan benda. Bila resultan pengaruh luar sama dengan nol, maka kecepatan benda tetap dan benda bergerak lurus beraturan atau diam jika awalnya memang diam. Dengan demikian pernyataan Aristoteles bahwa gaya diperlukan untuk mempertahankan gerak tidaklah tepat. Benda bisa saja tetap bergerak lurus beraturan meskipun tidak ada gaya yang bekerja padanya. Pernyataan terakhir seolah aneh.

Barangkali selama ini kita menganggap bahwa benda akan bergerak jika kepadanya diberi gaya, dan jika gaya tersebut dihilangkan maka benda akan kembali berhenti. Kita tergoda menyimpulkan hal tersebut (sebagaimana yang dilakukan oleh Aristoteles) karena pengalaman sehari-hari yang tidak diobservasi secara menyeluruh. Misalnya, ketika kita mendorong sebuah kursi dan kursi tersebut berhasil bergerak ke suatu arah tertentu, lalu kita melepaskan kursi, maka kursi akan segera berhenti. Berdasarkan keadaan ini kita buru-buru menyimpulkan bahwa benda dapat bergerak terus-menerus jika dikenai gaya terus-menerus, dan akan segera berhenti jika tidak diberi gaya lagi. Sekarang bayangkan apa yang akan terjadi jika lantai cukup licin dan permukaan kursi juga licin, atau bayangkan apa yang akan terjadi jika lantai dan kursi super licin (benar-benar tidak terjadi gesekan)? Jika hal itu terpenuhi, maka kursi akan terus bergerak dengan kecepatan tetap pada lintasan lurus.

Karena kecepatan adalah besaran relatif, artinya kecepatan bergantung kepada kerangka acuan yang dipakai, maka pernyataan bahwa kecepatan benda tidak berubah juga bergantung kepada kerangka acuan. Kerangka acuan di mana penalaran Newton di atas berlaku disebut kerangka acuan inersial, yaitu suatu kerangka acuan yang benar-benar diam atau benar-benar bergerak dengan kecepatan tetap.

Dapat dikatakan bahwa hukum Newton pertama ini merupakan definisi bagi kerangka inersial. Kerangka acuan inersia yang digunakan untuk menganalisis gerak di atas permukaan bumi adalah bumi itu sendiri. Hukum pertama Newton lebih presisi dibanding dengan apa yang diusulkan Aristoteles. Tanpa adanya gaya luar, sebuah benda yang bergerak akan tetap terjaga bergerak. Dengan kata lain kecepatannya tidak akan berubah baik besar maupun arah. Ketahanan sebuah benda untuk merubah gerakan disebut inersia. Hukum pertama Newton ekivalen dengan mengatakan sebuah benda mempunyai inersia.

Hukum newton tentang gerak sering juga dituliskan

∑F = 0 ,   maka partikel akan diam atau bergerak lurus

Hukum pertama Newton menyatakan keadaan keseimbangan sebuah partikel yaitu sebagai prasarat sebuah partikel berada dalam keadaan keseimbangan, yaitu sebuah partikel dikatakan seimbang bila ∑F = 0 . Blogger disini menyebutnya sebagai partikel sebab kalau untuk benda ada syarat tersendiri yang akan dibahas terpisah dalam posting keseimbangan benda.

Hukum pertama Newton tentang gerak ini dikemukakan Newton setelah mempelajari gagasan Galileo seorang Ilmuwan Italia yang mengatakan bahwa” sebuah partikel atau benda yang bergerak lurus beraturan tidak memerlukan gaya” atau yang biasa disingkat glb.

b.    Hukum II Newton

v  Hubungan Antar Besaran

Untuk memahami hukum II Newton dapat kalian pelajari terlebih dahulu hubungan antara percepatan benda dengan massa dan gaya yang  mempengaruhinya. Menurut Newton percepatan suatu benda di pengaruhi oleh gaya F dan massa m.

Coba kalian amati orang yang mendorong mobil mogok pada Gambar disamping. Lebih cepat bergerak manakah kejadian didorong satu orang dengan kejadian atau didorong banyak orang? Tentu kalian langsung menjawab lebih cepat kejadian yang didorong banyak orang  karena dengan banyak orang berarti gayanya besar (F besar). Lebih cepat bergerak berarti dapat menggambarkan perubahan kecepatan yang besar atau percepatan yang besar.

Dari kejadian di atas dapat menjelaskan bahwa percepatan dari kejadian yang didorong oleh satu orang, benda dipengaruhi oleh gaya F. Jika massa tetap (sama) maka percepatan benda sebanding dengan gayayang bekerja pada benda.

Hubungan massa dan percepatan dapat kalian pahami dengan mencoba menarik kursi (m kecil) dan menarik meja (m besar). Coba bandingkan lebih mudah bergerak yang mana? Jika gaya kalian sama tentu kursi akan lebih cepat bergerak berarti massa yang kecil akan mengalami percepatan yang besar. Dari kejadian ini dapat diperoleh hubungan bahwa percepatan benda berbandingterbalik dengan massanya.

v  Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek

Hukum-hukum Newton dapat digunakan untuk menganalisa atau menyelesaikan suatu permasalahan berdasarkan gaya-gaya yang bekerja. Di alam ini banyak sekali jenis gaya yang dapat bekerja pada benda. Tiga jenis gaya yang perlu kalian ketahui adalah berat, gayanormal, dan gaya gesek.

Gaya normal dan gaya gesek merupakan proyeksi gaya kontak. Setiap ada dua benda yang bersentuhan akan timbul gaya yang di namakan gaya sentuh atau gaya kontak. Gaya kontak ini dapat di proyeksikan menjadi dua komponen yang saling tegak lurus. Proyeksi gayakontak yang tegak lurus bidang sentuh dinamakan gayanormal. Sedangkan proyeksi gaya kontak yang sejajarbidang sentuh di namakan gaya gesek.

a)    Berat

Setiap benda memiliki berat, seperti yang telahdisinggung di depan, berat disimbulkan w. Sudah tahukahkalian dengan berat itu? Berat adalah gaya gravitasibumi yang dirasakan oleh benda-benda di sekitar bumi. Berat suatubenda didefinisikan sebagai hasil kali massa m dengan

percepatan gravitasi g.

w = m g ......................................(4.3)

dengan   

w = berat (N)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Percepatan gravitasi di permukaan bumi dapatmenggunakan pendekatan g = 10 m/s2.

b). Gaya Normal

Di atas kalian telah dijelaskan tentang gaya normalyaitu temasuk proyeksi gaya kontak. Gaya ini terjadi jikaada kontak dua benda. Misalnya balok berada di atasmeja atau lantai, penghapus ditekankan pada papan saatmenghapus.

c). Gaya Gesek

Pernahkah kalian mendorong atau menarik balokdan sulit bergerak? Misalnya seperti pada Gambar 4.12. Salah satu penyebab keadaan itu adalah gaya gesek. Seperti penjelasan di depan, gaya gesek merupakan proyeksi gaya kontak yang sejajar bidang sentuh. Pada gerak translasi arah gaya ini akan menentang kecenderungan arah gerak sehingga dapat mempersulit gerak benda. Berdasarkan keadaan benda yang dikenainya, gaya gesek dapat dibagi menjadi dua. Untuk keadaan benda yang diam dinamakan gaya gesek statis fs dan untuk keadaan benda yang bergerak dinamakan gaya gesek kinetik fk.

Gaya gesek statis

Gaya gesek ini terjadi pada keadaan diam berarti besarnya akan memenuhi hukum I Newton. Contohnya seperti balok pada Gambar 4.13. Balok ditarik gaya F, karena tetap diam berarti fs = F agar ΣF = 0. Gaya gesek statis ini memilki nilai maksimum fs max yaitu gaya gesek yang terjadi pada saat benda tepat akan bergerak. fs max dipengaruhi oleh gaya normal dan kekasaran bidang sentuh (μs). Gaya gesek statis maksimum sebanding dengan gaya normal N dan sebandingdengan koefisien gesek statis μs. Dari kesebandingan ini dapat dirumuskan sebagai berikut.

fs max ~ N

fs max ~ μs

fs max = μsN..............(4.4)

dengan : fS max = gaya gesek statis maksimum (N)

μS = koefisien gesek statis

N = gaya normal (N)

Dari nilai fs max pada persamaan 4.4 maka nilai gaya gesek statis akan memenuhi syarat sebagai berikut.

fs ≤ μS N .......................................(4.5)

Gambar 4.13

Balok ditarik gaya F tetap diam

karena ada gaya gesek fs

Gaya gesek kinetik

Gaya gesek kinetik timbul saat benda bergerak. Besar gaya gesek kinetik sesuai dengan fs max yaitu sebanding dengan gaya normal N dan sebanding dengan koefisien gesek kinetik μk. Dari hubungan ini dapat dirumuskan seperti berikut.

fk = μk . N .......................................(4.6)

dengan : fk = gaya gesek kinetik (N)

μk = koefisien gesek kinetik

N = gaya normal (N)

Newton berpendapat bahwa kecepatan akan berubah.Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkinmenyebabkan lajunya bertambah. Akan tetapi, jika gayatotal itu mempunyai arah yang berlawanan dengan gerakbenda, gaya tersebut akan memperkecil laju benda. Jikaarah gaya total yang bekerja berbeda arah dengan arahgerak benda, maka arah kecepatannya akan berubah (danmungkin besarnya juga). Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, berarti dapat dikatakanbahwa gaya total dapat menyebabkan percepatan.

Bagaimana hubungan antara percepatan dan gaya?Pengalaman sehari-hari dapat menjawab pertanyaan ini.Ketika kita mendorong kereta belanja, maka gaya totalyang terjadi merupakan gaya yang kita berikan dikurangigaya gesek antara kereta tersebut dengan lantai. Jika kitamendorong dengan gaya konstan selama selang waktutertentu, kereta belanja mengalami percepatan darikeadaan diam sampai laju tertentu, misalnya 4 km/jam.

Jika kita mendorong dengan gaya dua kali lipat semula, maka kereta belanja mencapai 4 km/jam dalam waktu setengah kali sebelumnya. Ini menunjukkan percepatan kereta belanja dua kali lebih besar. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang diberikan. Selain bergantung pada gaya, percepatan benda juga bergantung pada massa. Jika kita mendorong kereta belanja yang penuh dengan belanjaan, kita akan menemukan bahwa kereta yang penuh memiliki percepatan yang lebih lambat. Dapat disimpulkan bahwa makin besar massa maka akan makin kecil percepatannya, meskipun gayanya sama. Jadi, percepatan sebuah bendaberbanding terbalik dengan massanya.

Hubungan ini selanjutnya dikenal sebagai Hukum II Newton, yang bunyinya sebagai berikut: Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gayatotal yang bekerja padanya dan berbanding terbalik denganmassanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya.

Hukum II Newton tersebut dirumuskan secara matematis dalam persamaan:

a =   atau ΣF = m.a ................................ (4.1)

dengan:

a = percepatan (m/s2) m = massa benda (kg)

ΣF = resultan gaya (N)

Berbagai pengamatan menunjukan bahwa untuk menghasilkan perubahan kecepatan yang sama, pada benda yang berbeda dibutuhkan ‘besar’ pengaruh luar yang berbeda pula. Sebaliknya dengan besar pengaruh luar yang sama, perubahan kecepatan pada benda-benda ternyata berbeda-beda. Jadi ada suatu kuantitas intrinsik (diri) pada benda yang menentukan ukuran seberapa besar sebuah pengaruh luar dapat mengubah kondisi gerak benda tersebut. Kuantitas ini sebanding dengan jumlah dan jenis zat. Kuantitas intrinsik pada benda ini kemudian disebut sebagai massa inersia, disimbulkan dengan m. Massa inersia (atau sering disebut sebagai massa) memberikan ukuran derajat kelembaman atau derajat inersia sebuah benda. Satuan dari massa adalah kilogram, dalam  satuan SI. Makin besar massanya makin sulit untuk menghasilkan perubahan kondisi gerak pada benda tersebut.

c.    Hukum III 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, seperti pada gambar 4.8 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, tampak seperti pada Gambar disamping 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, yaitu:

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.

Kebenaran Hukum III Newton dapat ditunjukkan dengan contoh berikut ini. Perhatikan tangan kalian ketika mendorong ujung meja. Bentuk tangan kalian menjadi berubah, bukti nyata bahwa sebuah gaya bekerja padanya. Kalian bisa melihat sisi meja menekan tangan kalian. Mungkin kalian bahkan bisa merasakan bahwa meja tersebut memberikan gaya pada tangan kalian; rasanya sakit! Makin kuat kalian mendorong meja itu, makin kuat pula meja tersebut mendorong balik. Perhatikan bahwa kalian hanya merasakan gaya yang diberikan pada kalian, bukan gaya yang kalian berikan pada benda-benda lain.

2.      Penerapan Hukum Newton

a.       Gerak Benda pada Bidang Datar

Gambar 4.12 menunjukkan pada sebuah balok yang terletak pada bidang mendatar yang licin, bekerja gaya F mendatar hingga balok bergerak sepanjang bidang tersebut. Komponen gaya-gaya pada sumbu y adalah:

ΣFy = N – w

Dalam hal ini, balok tidak bergerak pada arah sumbu y, berarti ay = 0, sehingga:

ΣFy = 0

N – w = 0

N = w = m.g .......................................................... (4.3)

dengan:

N = gaya normal (N)

w = berat benda (N)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Sementara itu, komponen gaya pada sumbu x adalah:

ΣFx = F

Dalam hal ini, balok bergerak pada arah sumbu x, berarti besarnya percepatan benda  dapat dihitung sebagai berikut:

ΣFx = m.a

F = m.a

a = m

F ............................................................. (4.4)

dengan:

a = percepatan benda (m/s2)

F = gaya yang bekerja (N)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

b.      Gerak Benda Pada Bidang Miring

Gambar 4.13 menunjukkan sebuah balok yang bermassa m bergerak menuruni bidang miring yang licin. Dalam hal ini kita anggap untuk sumbu x ialah bidang miring, sedangkan sumbu y adalah tegak lurus padabidang miring. Komponen gaya berat w pada sumbu y adalah:

wy = w.cos α = m.g.cos α

Resultan gaya-gaya pada komponen sumbu y adalah:

ΣFy = N – wy = N – m.g.cos α

Dalam hal ini, balok tidak bergerak pada arah sumbu y,

berarti ay = 0, sehingga:

ΣFy = 0

N – m.g.cos α = 0

N = m.g.cos α ...................................................... (4.5)

dengan:

N = gaya normal pada benda (N)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

α = sudut kemiringan bidang

Sementara itu, komponen gaya berat (w) pada sumbu x adalah:

wx = w.sin α = m.g.sin α

Komponen gaya-gaya pada sumbu x adalah:

ΣFx = m.g.sin α

Dalam hal ini, balok bergerak pada arah sumbu x, berarti besarnya percepatan benda dapat dihitung sebagai berikut:

ΣFx = m.a

m.g.sin α = m.a

a = g.sin α .................................................. (4.6)

dengan:

a = percepatan benda (m/s2)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

α = sudut kemiringan bidang

c.       GerakBenda Didalam Lift

Gambar 4.15 menunjukkan seseorang yang beradadi dalam lift.Dalam hal ini ada beberap kemungkinan peristiwa, antara lain:

1). Lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan. Komponen gaya pada sumbuy adalah:

ΣFy= N – w

Dalamhalini, lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan tetap (GLB) pada komponen sumbuy, berartiay = 0, sehingga:

ΣFy= 0

N – w= 0

N = w = m.g ...................................................(4.10)

dengan:

N = gaya normal (N)

w = berat orang/benda (N)

m = massa orang/benda (kg)

g = percepatangravitasi (m/s2)

2). Lift dipercepatkeatas

Komponen gaya pada sumbuy adalah:

ΣFy= N – w

Dalam hal ini, lift bergerak keatas mengalami percepatan a, sehingga:

ΣFy= N – w

N – w = m.a

N = w + (m.a) ................................(4.11)

dengan:

N = gaya normal (N)

w = berat orang/benda (N)

m = massa orang/benda (kg)

a = percepatan lift (m/s2)

      

3). Lift dipercepatkebawah

Komponengayapadasumbuy adalah:

ΣFy= w – N

Dalamhalini, lift bergerakkebawahmengalamipercepatana, sehingga:

ΣFy= m.a

w – N = m.a

N = w – (m.a) .................................(4.12)

dengan:

N = gaya normal (N)

w = berat orang/benda (N)

m = massa orang/benda (kg)

a = percepatan lift (m/s2)

Catatan: Apabila lift mengalamiperlambatan, makapercepatana = -a.

Evaluasi

Ø  PilihanGanda

1.      Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Bila gaya gesekan antara benda A dengan bidang 2,5 Newton, sedangkan gaya gesekan tali dengan katrol diabaikan, maka percepatan kedua benda adalah…

a.       20,0 m.s^-2

b.      10,0 m.s^-2

c.        6,7 m.s^-2

d.      3,3 m.s^-2

e.       2,5 m.s^-2

Kunci Jawaban : E

2.      Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Balok B mula-mula diam dan kemudian bergerak kebawah sehingga menyentuh lantai. Bila g = 10 m.s^-2, nilai tegangan tali T adalah…

a.       20,0 Newton

b.      10,0 Newton

c.        6,7 Newton.

d.      3,3 Newton

e.       1,7 Newton

Kunci J awaban : C

3.      Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 12 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 . Berapa besarnya gaya gesek antara benda dan lantai ?

a.       5 N

b.      10 N

c.       12 N

d.      15 N

e.       20 N

Kunci Jawaban : C

4.      Jika benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 25 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1. Berapa Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon ?

a.       4 meter

b.      3 meter

c.       5 meter

d.      10 meter

e.       12 meter

Kunci Jawaban : B

5.      Jika sebuah balok bermassa 100 kg diluncurkan dari sebuah bukit. Anggap lereng bukit rata dan memiliki koefisien gesek 0,125. Percepatan gravitasi bumi 10 m/s² dan sin 53^o = 0,8, cos 53^o = 0,6. Berapa percepatan gerak balok tersebut ?

a.       7, 25

b.      7,5

c.       5

d.      6,5

e.       3

Kunci Jawaban : A

6.      Jika balok A massa 40 kg dan balok B massa 20 kg berada di atas permukaan licin didorong oleh gaya F sebesar 120 N. Berapa besar percepatan gerak kedua balok
dan  gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B ?

a.       2  dan 40 N

b.      5  dan 20 N

c.       12  dan 6 N

d.      20  dan 40 N

e.       2  dan 20 N

Kunci Jawaban : A

7.      Sebuah elevator bermassa 400 kg bergerak vertikal ke atas dari keadaan diam dengan percepatan tetap 2 m/s². Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s² , maka tegangan tali penarik elevator adalah....

A. 400 newton
B. 800 newton
C. 3120 newton
D. 3920 newton
E. 4720 newton

Kunci Jawaban : E

8.      Perhatikan gambar! Balok A bermassa 30 kg yang diam di atas lantai licin dihubungkan dengan balok B bermassa 10 kg melalui sebuah katrol. Balok B mula-mula ditahan kemudian dilepaskan sehingga bergerak turun. Percepatan sistem adalah… (g = 10 ms^-2)

A. 2,5 ms^-2
B. 10 ms^-2
C. 12 ms^-2
D. 15 ms^-2
E. 18 ms^-2

Kunci J awaban : A

9.        Beban m yang mengalami 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms^-2terletak di atas bidang miring dengan sudut kemiringan 37⁰(Sin 37 = 0,6). Beban mengakhiri gaya F mendatar sebesar 20 N berapa percepatan m?

a.       2,8

b.      7,5

c.       8

d.      2,5

e.       2,7

       Kunci jawaban : A

10.    Balok mengalami gaya tarik F1 = 15 N ke kanan dan gaya F2 ke kiri. Jika benda tetap diam berapa besar F2?

a.       15 N

b.      20 N

c.       25 N

d.      30 N

e.       35 N

Kunci jawaban : A

Ø  ESAY

1.      Gambar di samping dimaksudkan suatu benda (balok) terletak di atas bidang datar yang licin. Balok mengalami gaya tarik F1 = 15 N kekanan dan gaya F2 kekiri. Jika benda tetap diam berapa besar F2?

2.      Balok massanya 10 kg berada di atas lantai kasar kemudian ditarik oleh gaya F arah mendatar. Jika koefisien gesekan statisμ_s = 0,5 dan koefisien gesekan kinetikμ_k = 0,3. Tentukan besarnya gaya gesek pada saat balok tepatakan bergerak. (g = 10 m/s²

3.      Balok A bermassa 2 kg dan B bermassa 4 kg disusun seperti pada gambar. Bila  koefisien gesekan lantai adalah 3 kali koefisien gesekan balok B, balok A tepat akan bergerak dengan percepatan 5 m s^–2. Maka perbandingan gaya gesekan antara balok A dan lantai dengan balok A dan B adalah… g = 10 m/s²

RANGKUMAN

       1.      Sifat kelembaman suatu benda adalah sifat suatu benda untuk mempertahankan keadaan semula.

       2.      Sifat kelembaman suatu benda ini oleh Newton disebut sebagai Hukum I Newton.

       3.      Hukum I Newton: Sebuah benda tetap pada keadaan awalnya yang diam atau bergerak dengan kecepatan konstan, jika tidak ada suatu gaya eksternal netto yang memengaruhi benda tersebut.

       4.      Jika ΣF = 0 maka benda yang diam tetap diam atau yang bergerak dengan kecepatan konstan tetap bergerak dengan kecepatan konstan.

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

DAFTAR PUSTAKA

Joko sumarsono. 2008. Fisika Untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta. Pusat Perbukuan

Departemen Pendidikan Nasional

Kanginan, Marthen. 2002.Fisika untuk SMA kelas X Semester 1. Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.1998.Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan).Jakarta : Penebit Erlangga