Pada postingan sebelumnya tentang “Konsep dan Contoh soal Hukum II Newton Tentang Gerak” sudah dijelaskan bahwa jika tidak ada gaya total yang bekerja pada sebuah benda, maka benda tersebut akan tetap diam, atau jika sedang bergerak, benda akan bergerak lurus beraturan (kecepatan konstan). Nah, apa yang terjadi jika sebuah gaya total diberikan pada benda tersebut?
Newton berpendapat bahwa kecepatan akan berubah jika dikenai gaya total. Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkin menyebabkan lajunya bertambah. Misalnya kita mendorong mobil yang mogok, dengan gaya yang sama (tenaga dorong) mobil akan bergerak makin cepat. Akan tetapi, jika gaya total itu mempunyai arah yang berlawanan dengan gerak benda, gaya tersebut akan memperkecil laju benda. Misalnya pada saat kita mengeram. Mengerem merupakan peristiwa memberikan gaya yang berlawanan terhadap arah gerak mobil atau sepeda. Jika arah gaya total yang bekerja berbeda arah dengan arah gerak benda, maka arah kecepatannya akan berubah (dan mungkin besarnya juga). Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, berarti dapat dikatakan bahwa gaya total dapat menyebabkan percepatan. Bagaimana hubungan antara percepatan dan gaya
Pengalaman sehari-hari dapat menjawab pertanyaan ini. Misalnya pada saat kita mendorong kereta belanja di supermarket atau mall. Ketika kita mendorong kereta belanja, maka gaya total yang terjadi merupakan gaya yang kita berikan dikurangi gaya gesek antara kereta tersebut dengan lantai. Jika kita mendorong dengan gaya konstan selama selang waktu tertentu, kereta belanja mengalami percepatan dari keadaan diam sampai laju tertentu.
 |
| Mendorong kereta belanja Img by: pixabay |
Jika kita mendorong dengan gaya lebih besar dari semula, maka kereta belanja akan melaju lebih cepat dari sebelumnya. 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 dengan gaya (tenaga) yang sama pada saat mendorong kereta belanjaan yang kosong, kereta belanjaan akan bergerak lebih lambat daripada kereta belanjaan kosong. Dapat disimpulkan bahwa makin besar massa maka akan makin kecil percepatannya, meskipun gayanya sama. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya.
Nah fenomena mendorong kereta belanjaan di atas merupakan penerapan Hukum Newton yang dikenal sebagai Hukum II Newton yang menyatakan bahwa “percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massa dan sebanding dengan gaya eksternal netto yang bekerja pada benda tersebut” atau “Percepatan yang ditimbulkan oleh suatu gaya besarnya berbanding lurus dan searah dengan gaya tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda”
Nah pernyataan tersebut dapat dituliskan dengan rumus matematis yakni:
a = F/m
dengan:
F = gaya yang bekerja pada benda (N),
m = massa benda (kg),
a = percepatan benda (m/s2)
Satuan gaya menurut sistem Satuan Internasional (SI) adalah newton (N), di mana 1 N setara dengan 1 kg m/s2. Kadang-kadang satuan gaya sering ditulis dalam sistem cgs yakni dyne. Berdasarkan satuan gaya dapat ditarik kesimpulan bahwa Gaya 1 newton adalah gaya yang bekerja pada benda yang massanya 1 kg sehingga menimbulkan percepatan pada benda sebesar 1 m/s2.
Untuk memantapkan pemahaman kamu tentang hukum II Newton, silahkan simak contoh soal di bawah ini.
Contoh
Soal 1
Sebuah elevator bermassa 400 kg bergerak vertikal ke atas
dari keadaan diam dengan percepatan tetap sebesar 2m/s2. Jika
percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, maka hitunglah besar tegangan
tali penarik elevator tersebut (Soal Proyek Perintis 1981).
Penyelesaian:
Pada saat elevator bergerak ke atas akan terdapat dua
gaya yang bekerja yang arahnya berlawanan yakni gaya berat (w) yang arahnya ke
bawah dan gaya tegangan tali (T) yang arahnya ke atas.
Gaya berat elevator yakni:
w = m.g
w = (400 kg)(10 m/s2)
w = 4000 N
Pada peristiwa ini berlaku hukum I Newton yakni:
∑F = m.a
T – w = m.a
T – 4000 N = (400 kg)(2m/s2)
T – 4000 N = 800 N
T = 4800 N
Contoh
Soal 2
Sebuah balok bermassa m berada di atas lantai mendatar
licin di dorong dengan gaya mendatar 21,5 N sehingga mengalami percepatan 2 m/s2.
Hitunglah gaya yang harus diberikan agar percepatan menjadi 4 m/s2!
Penyelesaian:
Kita harus cari terlebih dahulu massa benda yakni:
F = m.a
m = F/a
m = (21,5 N)/(2 m/s2)
m = 10,75 kg
Gaya (F2) yang harus diberikan yakni:
F2 = m.a
F2 = (10,75 kg)(4 m/s2)
F2 = 43 N
Cara lain:
m = F/a
dalam hal ini massa benda sama maka:
F2/a2 = F1/a1
F2 = a2(F1/a1)
F2 = 4(21,5 /2)
F2 = 43 N
Jadi gaya yang harus diberikan sebesar 43 N
Contoh
Soal 3
Sebuah timba berisi pasir mempunyai massa 5 Kg. Timba
digantung dengan tali. Jika percepatan gravitasi bumi di tempat itu g = 10 m/s2,
maka hitunglah besar gaya tegang tali jika sistem bergerak ke atas dengan
percepatan 2 m/s2 dan sistem bergerak ke bawah dengan percepatan 2
m/s2.
Penyelesaian:
Pada saat timba bergerak ke atas akan terdapat dua gaya
yang bekerja yang arahnya berlawanan yakni gaya berat (w) yang arahnya ke bawah
dan gaya tegangan tali (T) yang arahnya ke atas. Pada peristiwa ini berlaku
hukum I Newton yakni:
∑F = m.a
T – w = m.a
T – m.g = m.a
T – (5 kg)(10 m/s2) = (5 kg)(2m/s2)
T – 50 N = 10 N
T = 60 N
Sedangkan pada saat timba bergerak ke bawah akan terdapat
dua gaya yang bekerja yang arahnya berlawanan yakni gaya berat (w) yang arahnya
ke bawah dan gaya tegangan tali (T) yang arahnya ke atas. Tetapi karena timba
bergerak ke bawah maka besar percepatan bernilai negatif.
Pada peristiwa ini juga berlaku hukum I Newton yakni:
∑F = m.a
T – w = m.a
T – 50 N = (5 kg)(-2m/s2)
T – 50 N = – 10 N
T = 40 N
Contoh
Soal 4
Sebuah mobil dengan massa 2 ton bergerak dengan kecepatan
72 Km/jam. Kemudian mobil direm dengan gaya pengerem konstan sehingga dalam waktu
5 sekon kecepatannya menjadi 36 Km/jam. Hitunglah besar gaya pengereman mobil
tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 2 ton = 2000 kg
vo = 72 km/jam = 20 m/s
vt = 36 km/jam = 10 m/s
t = 5 s
Percepatan yang dialami oleh mobil yakni:
a = (vt – vo)/t
a = (10 m/s – 20 m/s)/(5 s)
a = – 2 m/s2 (mengalami perlambatan)
Besar gaya pengeraman
yang dilakukan oleh mobil yakni:
F = m.a
F = (2000 kg)( – 2 m/s2)
F = – 4000 N (arahnya berlawanan dengan arah gerak mobil)
Jadi, besar gaya pengereman yang dilakukan oleh mobil
tersebut adalah 4000 N
Bagaimana? Mudah bukan? Jika ada kendala dalam memahami hukum II Newton silahkan tanyakan di kolom komentar.
0 Response to "Konsep dan Contoh Soal Hukum II 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.