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.

4.2 Diagram Gaya Bebas

Dalam hukum II Newton seperti diungkapkan dalam persamaan 4.1 atau 4.4, yang dimaksud gaya F adalah gaya total yang bekerja pada benda. Jika pada benda bekerja sejumlah gaya maka semua gaya tersebut harus dijumlahkan terlebih dahulu. Jika antara bagian benda saling melakukan gaya maka ketika dijumlahkan maka gaya netto yang dilakukan oleh bagian-bagian tersebut nol. Jadi untuk menjelaskan gerak benda atau sistem benda, kita cukup melihat gaya yang dilakukan oleh benda lain di luar sistem. Gaya antar bagian sistem saling meniadakan. Untuk menghindari kesalahan dalam menghitung gaya-gaya yang bekerja pada benda, kita akan sangat tertolong apabila terlebih dahulu melukis diagram gaya bebas yang bekerja pada benda. Diagram gaya bebas adalah gambaran semua gaya yang berasal dari luar sietem yang bekerja pada sistem. Gaya luar inilah yang menghasilkan percepatan pada sistem. Gambar 4.3. Benda di atas bidang datar yang licin ditarik ke kiri dengan gaya F. Sebagai contoh, kendaraan mainan yang berada di atas bidang datar yang licin ditarik ke kiri oleh seseorang menggunakan tali lihat Gambar 4.3. Lihat sistem kendaraan mainan dengan satu penumpang di dalamnya. Gaya-gaya luar yang bekerja pada sistem adalah: Bab 4 Gaya 241  Gaya berat mobil bersama penumpang di dalamnya akibat gravitasi yang arahnya ke bawah  Gaya penahan yang dilakukan oleh lantai pada roda mainan yang arahnya ke atas, tegak lurus lantai. Gaya ini disebut gaya normal.  Gaya tarikan tali yang arahnya ke kiri Dengan demikian, diagram gaya bebas pada sistem mobil mainan tampak pada Gambar 4.4. Jika dinyatakan dalam notasi vektor maka gaya total yang bekerja pada sistem adalah j W N i T F T ˆ ˆ      4.5 T W N T W N Gambar 4.4 Diagram gaya bebas pada sistem dalam Gambar 4.3. W adalah berat penumpang dan mobil, N adalah gaya tahan oleh lantai pada roda mobil, dan T adalah gaya tarik oleh tali.

Dokumen baru

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

119 3984 16

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

40 1057 43

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

40 945 23

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

21 632 24

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

28 790 23

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

60 1348 14

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

66 1253 50

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

20 825 17

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

32 1111 30

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

41 1350 23