Hubungan antara gaya dan gerak dikemukankan oleh Aristoteles (384-322 SM), beliau 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 buku itu 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 begitu juga sebaliknya.
Kira-kira 20 abad 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, atau ada pelumas yang sempurna antara benda itu dan meja, dan mengemukakan teori bahwa sekali bergerak, benda tersebut akan melintasi meja dengan laju yang konstan tanpa ada gaya yang diberikan. Sebuah bantalan peluru baja yang bergulir pada permukaan horizontal yang keras mendekati situasi ini.
Galileo membuat kesimpulan hebatnya, bahwa jika tidak ada gaya yang diberikan kepada benda yang bergerak, benda itu akan terus bergerak dengan laju konstan pada lintasan yang lurus. Sebuah benda melambat hanya jika ada gaya yang diberikan kepadanya. Dengan demikian, Galileo menganggap gesekan sebagai gaya yang sama dengan dorongan atau tarikan biasa. Sebagai contoh, mendorong sebuah buku melintasi meja dengan laju tetap dibutuhkan gaya dari tangan kalian, hanya untuk mengimbangi gaya gesek. Jika buku tersebut bergerak dengan laju konstan, gaya dorong kalian sama besarnya dengan gaya gesek, tetapi kedua gaya ini memiliki arah yang berbeda, sehingga gaya total pada benda (jumlah vektor dari kedua gaya) adalah nol. Hal ini sejalan dengan sudut pandang Galileo, karena benda bergerak dengan laju konstan ketika tidak ada gaya total yang diberikan padanya.
Berdasarkan penemuan ini, Isaac Newton (1642- 1727), membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis Newton tentang gerak dirangkum dalam “tiga hukum gerak”-nya yang terkenal. Dalam karya besarnya, Principia (diterbitkan tahun 1687), Newton menyatakan terima kasihnya kepada Galileo. Pada kenyataannya, hukum pertama Newton tentang gerak sangat dekat dengan kesimpulan Galileo. Hukum I Newton menyatakan bahwa “Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali jika diberi gaya total yang tidak nol”. Hukum I Newton ini dirumuskan dengan persamaan:
∑F = 0
Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia (kelembaman). Sehingga, Hukum I Newton sering disebut Hukum Inersia. Sifat kelembaman dapat kamu rasakan ketika kamu berada di dalam mobil yang sedang bergerak, kemudian secara tiba-tiba direm sehingga kamu terdorong ke depan. Hal ini terjadi karena sebelum pengereman, kamu dalam bergerak ke depan dengan kecepatan sama dengan kecepatan mobil sehingga ketika mobil direm kamu terdorong ke depan karena kamu memiliki kecenderungan untuk tetap bergerak. Apa yang kamu alami ketika mobil mulai bergerak kembali? Tentunya kamu akan terdorong ke belakang. Hal ini disebabkan karena pada saat mobil diam kamu terdiam (tidak bergerak terhadap mobil) sehingga ketika mobil bergerak ke depan kamu akan terdorong ke belakang karena kamu memiliki kecenderungan untuk tetap diam.
Hukum I Newton tidak selalu berlaku pada setiap kerangka acuan. Sebagai contoh, jika kerangka acuan kalian tetap di dalam mobil yang dipercepat, sebuah benda seperti cangkir yang diletakkan di atas dashboard mungkin bergerak ke arah kalian (cangkir tersebut tetap diam selama kecepatan mobil konstan). Cangkir dipercepat ke arah kalian tetapi baik kalian maupun orang atau benda lain memberikan gaya kepada cangkir tersebut dengan arah berlawanan. Pada kerangka acuan yang dipercepat seperti ini, Hukum I Newton tidak berlaku. Kerangka acuan di mana Hukum I Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia.
Untuk sebagian besar masalah, kita biasanya dapat menganggap bahwa kerangka acuan yang terletak tetap di Bumi adalah kerangka inersia (walaupun hal ini tidak tepat benar, karena disebabkan oleh rotasi Bumi, tetapi cukup mendekati). Kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan konstan (misalnya sebuah mobil) relatif terhadap kerangka inersia juga merupakan kerangka acuan inersia. Kerangka acuan di mana hukum inersia tidak berlaku, seperti kerangka acuan yang dipercepat di atas, disebut kerangka acuan noninersia. Bagaimana kita bisa yakin bahwa sebuah kerangka acuan adalah inersia atau tidak? Dengan memeriksa apakah Hukum I Newton berlaku. Dengan demikian Hukum I Newton berperan sebagai definisi kerangka acuan inersia.
Untuk memantapkan pemahaman kamu tentang Hukum I Newton,
silahkan simak contoh soal di bawah ini.
Contoh
Soal 1
Beni menarik tali yang terhubung benda melalui katrol
seperti gambar berikut di bawah ini.
Jika benda tersebut bermassa 10 kg (g = 10 m/s2)dan
dalam keadaan diam maka berapakah gaya yang diberikan oleh Beni?
Jawab:
Cari terlebih dahulu berat benda yakni:
w = m.g
w = (10 kg).(10 m/s2)
w = 100 N
Benda dalam keadaan diam maka berlaku hukum I Newton.
∑F = 0
F – w = 0
F – m.g = 0
F – 100 N = 0
F = 100 N
Jadi gaya yang diberikan oleh Beni adalah 100 N
Contoh
Soal 2
Sebuah lampu berbentuk bola dengan masa 10 kg digantung
dengan tali seperti gambar di bawah ini.
Jika g = 10 m/s2, tentukan tegangan tali pada T1
dan T2 agar sistem dalam keadaan seimbang (diam)!
Penyelesaian:
Tentukan berat benda terlebih dahulu yakni:
w = m g
w = (10 kg)(10 m/s2)
w = 100 N
Pada sistem itu bekerja tiga gaya yakni T1, T2 dan w yang tidak segaris sehingga menentukan resultannya dapat digunakan sumbu koordinat X Y ( Metode Analisis) seperti gambar di bawah ini.
Sistem diam berarti berlaku hukum I Newton.
Pada sumbu X:
∑Fx = 0
T2x – T1x = 0
T2x = T1x
T2 cos 53° = T1
cos 37°
0,6 T2 = 0,8 T1
T1 = (0,6
T2)/(0,8)
T1 = 0,75T2
Pada sumbu Y:
∑Fy = 0
T1y + T2y – w = 0
T1 sin 37° + T2
sin 53° - 100 N = 0
0,6 T1 + 0,8 T2 = 100 N
Subtitusi T1 = 0,75T2 ke persamaan 0,6 T1
+ 0,8 T2 = 100 N, maka:
0,6 T1 + 0,8 T2 = 100 N
0,6 (0,75T2) + 0,8 T2 = 100 N
0,45 T2+ 0,8 T2 = 100 N
1,25 T2 = 100 N
T2 = (100 N)/(1,25)
T2 = 80 N
Subtitusi nilai T2 = 80 N ke persamaan T1
= 0,75T2, maka:
T1 = 0,75T2
T1 = 0,75(80
N)
T1 = 60
N
Jadi, tegangan tali pada T1 dan T2
adalah 60 N dan 80 N
Contoh
Soal 3
Sebuah benda bermassa 20 kg berada di atas bidang miring
yang kasar. Sudut kemiringan 37° terhadap
horisontal (cos 37° = 0,8). Percepatan gravitasi g =
10 m/s2. Berapakah gaya gesek yang bekerja pada balok sehingga balok
dalam keadaan diam?
Penyelesaian:
m = 20 kg
g = 10 m/s2
α = 37°
Gaya berat benda yakni:
w = m g
w = 20 kg.10m/s2
w = 200 N
Agar balok diam, gaya gesek (Fs) yang bekerja harus
dapat mengimbangi proyeksi gaya berat. Perhatikan gambar di bawah ini.
Balok diam berarti masih berlaku hukum I Newton sehingga
memenuhi persamaan berikut.
∑F = 0
Fs – w sin 37° = 0
Fs = w sin 37°
Fs = (200 N)(0,6)
Fs = 120 N
Jadi agar balok tersebut diam besar gaya gesek yang
bekerja pada balok adalah 120 N.
Bagaimana? Mudah bukan? Jika ada permasalahan mengenai Hukum
I Newton ini silahkan tanyakan di kolom komentar.
Sumber: BSE
0 Response to "Konsep dan Contoh Soal Hukum I Newton Tentang Gerak"
Posting Komentar
Terima kasih sudah membaca blog ini, silahkan tinggalkan komentar dengan sopan dan tidak mengandung unsur SARA atau pornografi serta tidak ada link aktif. Mohon maaf kalau komentarnya dibalas agak lambat. Kolom komentar ini kami moderasi, jadi kalau ada komentar yang tidak sesuai dengan ketentuan tidak akan dipublikasikan.