Hukum Newton tentang Gerak
                                                                                Bab 4 Gaya
235
lebih besar untuk mengubah kecepatan benda. Makin besar massa maka benda  makin  lembam.  Itulah  penyebabnya  bahwa  kita  sangat  sulit
mendorong benda yang memiliki massa lebih besar darimapa benda yang memiliki massa lebih kecil.
Gambar  4.1.  Isaac  Newton  dan  gambar  sampul  buku  Philosophiae  Naturalis  Principia  Mathematica en.wikipedia.org
Sir Isaac Newton 1642-727 adalah salah seorang ilmuwan terhebat yang pernah lahir  di  bumi.  Ia  adalah  peletak  dasar  kinematika  dan  dinamika  benda-benda  di
alam semesta yang merupakan hukum utama untuk menjalaskan gerak benda di alam  maupun  benda  buatan  manusia.  Newton  juga  merupakan  perumus  teori
gravitasi universal yang menyatakan bahwa benda-benda di alam semesta saling tarik-manarik.  Antara  bintang-bintang,  planet-planet,  dan  satelit-satelit  terjadi
tarik menarik yang menyebabkan alam semesta dalam keadaan stabil. Newton juga merumuskan teori optik dan sejumlah teori fisika lainnya yang digunakan hingga
saat  ini.  Newton  juga  peletak  dasar  ilmu  kalkulus,  yang  merupakan  landasan utama matematika modern yang diterapkan di semua bidang ilmu. Buku tulisan
Newton  yang  berjudul  Philosophiae  Naturalis  Principia  Mathematica    yang diterbitkan tahun 1687 dalam bahasa Latin merupakan buku terbaik yang pernah
dihasilkan  manusia  hingga  saat.  Tetapi  jangan  dibandingkan  dengan  kitab  suci. Kitab  suci  adalah  firman  Tuhan  yang  tetap  lebih  tinggi  derajatnya  dibandingkan
karya manusia
.
Bab 4 Gaya
236
Hukum II Newton
Hukum  I  Newton  baru  mendefinisikan  besaran  yang  bernama massa,  tetapi  belum  membahas  penyebab  benda  bergerak  atau  berhenti.
Hukum  II  Newton  menjelaskan  perubahan keadaan  gerak benda.  Hukum ini  menyatakan  bahwa  benda  dapat  diubah  keadaan  geraknya  jika  pada
benda  bekerja  gaya.  Gaya  yang  bekerja  berkaitan  langsung  dengan perubahan  keadaan  gerak  benda.  Besarnya  perubahan  keadaan  gerak
sama dengan gaya yang diberikan kepada benda, atau
Gaya t
gerak Keadaan
 
Besaran  apakah  yang  didefinisikan  sebagai  keadaan  gerak?  Yang  paling tepat mendefinisikan keadaan gerak adalah perkalian massa dan kecepatan,
v m
 . Alasan pengambilan definisi ini adalah: 1 makin besar massa maka
makin sulit mengubah keadaan gerak benda dan 2 makin besar gaya yang dibutuhkan  untuk  menghasilkan  perubahan  kecepatan  yang  besar  pada
benda. Dengan demikian keadaan gerak benda sebanding dengan perkalian massa  dan  kecepatan.  Perkalian  massa  dan  kecepatan  kita  definisikan
sebagai  momentum.  Akhirnya,  secara  matematik hukum  II  Newton  dapat ditulis sebagai
dt p
d F
 
4.1
dengan
v m
p 
  4.2
Berdasarkan hukum II Newton maka gaya total yang bekerja pada benda sama  dengan  perubahan  momentum  per  satuan  waktu  laju  perubahan
momentum.
Bab 4 Gaya
237
Persamaan 4.1 berlaku umum untuk keadaan apa pun, termasuk jika  benda  mengalami  perubahan  massa  selama  bergerak.  Contoh  benda
yang  mengalami  perubahan  massa  saat  bergerak  adalah  roket.  Selama bergerak roket membakar bahan bakar yang dibawanya dalam jumlah yang
sangat besar sehingga massanya berkurang secara signifikan tiap detik.
Tahukah kamu? Alat-alat transportasi yang meggunakan
bahan  bakar  umumnya  mengalami  perubahan  massa  selama bergerak,  walaupun  kadang  perubahan  tersebut  sangat  kecil
dibandingkan  dengan  massa  alat  transportasinya  sendiri.  Namun untuk roket, fraksi massa massa bahan bakar sangat besar, yaitu
antara  80-90.  Artinya  sekitar  80-90  massa  roket  saat diluncurkan  adalah  massa  bahan  bakar.  Contoh  lain,  massa
pesawat ulang-alik  dalam  keadaan  tangki  kosong  adalah  342.000 kg. Massa saat tangki berisi penuh bahan bakar adalah 1.708.500
kg.  Dengan  demikian,  massa  bahan  bakar  adalah  1.708.500  kg
– 342.000  kg  =  1.366.500  kg.  Fraksi  massa  bahan  bakar  adalah
massa  bahan  bakarmassa  total  =  1.366.5001.708.500  =  0,8. Untuk  kebanyakan  pesawat  jet,  fraksi  massa  bahan  bakar
bervariasi antara 25-45. Pesawat jet jarak pendek seperti Airbus A320 memiliki fraksi massa bahan bakar 14,3 sedangkan pesawat
jet jarak jauh seperti Boeing 777-200 memiliki fraksi massa bahan bakar  47.  Pesawat  supersonik  Concorde  memiliki  fraksi  massa
bahan bakar 55.
Dengan  menggunakan  aturan  diferensial  sederhana  maka  kita dapat menulis
dt v
m d
dt p
d 
 
dt v
d m
dt dm
v 
 
Bab 4 Gaya
238
a m
dt dm
v 
 
 4.3
Tampak  dari  persamaan  4.3  bahwa  besarnya  gaya  bergantung pada laju perubahan massa dan percepatan benda. Ini adalah hukum II
Newton  yang  paling  umum,  berlaku  untuk  benda  yang  mengalami perubahan  massa  maupun  tidak.  Jika  masa  benda  berkurang  selama
gerakan  maka  dmdt  bernilai  negatif  dan  menghasilkan  besaran  yang arahnya  kebalikan  dari  kecepatan.  Ini  berakibat  suku  kedua  makin
menambah nilainya ke arah sejajar dengan kecepatan. Dengan perkataan lain percepatan benda makin besar dalam arah sejajar kecepatan. Karena
percepatan memiliki arah yang sama dengan kecepatan maka kecepatan benda makin besar lagi. Dengan perkataan lain, makin berkuranya massa
akan menyebabkan percepatan dalam arah kecepatan makin besar.
Khusus  untuk  benda  yang  memiliki  massa  konstan  maka 
dt dm
sehingga  persamaan  4.3  berubah  menjadi  persamaan  yang sudah sangat akrab dengan kita, yaitu
a m
F 
 
4.4
Perlu  juga  diperhatikan  bahwa  gaya  pada  persamaan  4.1  atau  4.4 adalah  gaya  total.  Jika  pada  benda  bekerja  sejumlah  gaya  maka  semua
gaya  tersebut  harus  dijumlahkan  terlebih  dahulu.  Gaya  total  hasil penjumlahan itulah yang digunakan dalam persamaan 4.1 atau 4.4.
Hukum III Newton
Hukum  ini  mengungkapkan  keberadaan  gaya  reaksi  yang  sama besar  dengan  gaya  aksi,  tetapi  berlawanan  arah.  Jika  benda  pertama
melakukan  gaya  pada  benda  kedua  gaya  aksi,  maka  benda  kedua melakukan  gaya  yang  sama  besar  pada  benda  pertama  tetapi  arahnya
berlawanan gaya reaksi
Jika  kamu  mendorong  dinding  dengan  tangan,  maka  pada  saat bersamaan dinding mendorong tanganmu dengan gaya yang sama tetapi
berlawanan arah Gambar 4.2. Bumi menarik tubuh kamu dengan gaya yang  sama  dengan  berat  tubuhmu,  maka  pada  saat  bersamaan  tubuh
kamu juga menarik bumi dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan
Bab 4 Gaya
239
arah Gambar 4.2.
myshoulderhurts.info
Gaya yang dilakukan tangan pada dinding
aksi Gaya yang dilakukan
dinding pada tangan reaksi
Gaya yang dilakukan kaki pada tanah
aksi Gaya yang dilakukan
tanah pada kaki reaksi
Gambar  4.2  Contoh  pasangan  gaya  aksi  reaksi.  Setiap  ada  gaya  aksi  maka  selalu  ada  gaya  reaksi  yang sama besar tetapi berlawanan arah. Tetapi perlu diingat bahwa gaya aksi dan reaksi tidak bekerja pada benda
yang sama. Gaya aksi dan reaksi bekerja pada benda yang berbeda sehingga tidak saling meniadakan. Saat mendorong tembok gaya aksi adalah gaya oleh tangan pada tembok sedangkan gaya reaksi adalah gaya oleh
tembok pada tangan.
Tetapi  harus  diingat  bahwa  gaya  aksi  dan  reaksi  bekerja  pada
Bab 4 Gaya
240
benda  yang  berbeda  sehingga  tidak  saling  meniadakan  Tangan melakukan gaya pada dinding dan dinding melakukan gaya pada tangan.
Jadi dua gaya tersebut tidak dapat dijumlahkan. Berbeda kasusnya jika kamu  mendorong  benda  dan  teman  kamu  juga  mendorong  benda  yang
sama.  Dalam  kasus  ini  gaya  yang  kamu  lakukan  dan  yang  dilakukan teman kamu dapat dijumlahkan karena bekerja pada benda yang sama.
                