Hukum II Newton. Untuk SMA kelas X. (Modul ini telah disesuaikan dengan KTSP)

Transkripsi

1 Huku II Newton Untuk SMA kelas X (Modul ini telah disesuaikan dengan KTSP) Lisensi Dokuen: Copyright GuruMuda.Co Seluruh dokuen di GuruMuda.Co dapat digunakan dan disebarkan secara bebas untuk tujuan bukan koersial (nonprofit), dengan syarat tidak enghapus atau erubah atribut penulis dan pernyataan copyright yang disertakan dala setiap dokuen. Tidak diperbolehkan elakukan penulisan ulang, kecuali endapatkan ijin terlebih dahulu dari GuruMuda.Co. Penulis Alexander San Lohat (San) Saya berasal dari Waienga, Lebata Flores Tiur, Nusa Tenggara Tiur (NTT). Saat ini kuliah pada Progra Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dhara Yogyakarta. Saya endirikan guruuda.co, web elearning fisika SMA (gratis). Aktiv sebagai penulis ateri pelajaran fisika SMA, engelola konsultasi tugas sekolah dan bibingan belajar fisika online pada situs saya. Eail : san@guruuda.co Alexander San Lohat

2 Materi Pebelajaran : Huku II Newton Tujuan Pebelajaran Kopetensi Dasar : Menerapkan Huku Newton sebagai prinsip dasar dinaika untuk gerak lurus, gerak vertikal dan gerak elingkar beraturan Indikator : Mengidentifikasi penerapan prinsip huku Newton dala kehidupan sehari hari Tujuan pebelajaran di atas erupakan tuntutan dari Depdiknas RI dala KTSP. Jadi diriu harus encapai Kopetensi dasar dan Indikator tersebut. Kalau tidak bisa, ntar dapat nilai erah :) alias tidak lulus. Nah, kali ini Guruuda ebibing diriu untuk bisa encapai tujuan pebelajaran di atas. Selaat belajar Alexander San Lohat

3 Pengetahuan Prasyarat Sebelu epelajari Huku II Newton, sebaiknya pelajari terlebih dahulu pokok bahasan huku I Newton. Banyak konsep dasar yang sudah guruuda bahas dala pebahasan tersebut Nanti diriu bisa pake bingung seribu keliling kalau belu epelajari pebahasan huku I Newton. Download saja di halaan ebook gratis, guruuda.co Pengantar Dala Huku I Newton, kita telah belajar bahwa jika tidak ada gaya total yang bekerja pada sebuah benda, aka benda tersebut akan tetap dia, atau jika benda tersebut sedang bergerak aka benda tersebut tetap bergerak dengan laju tetap pada lintasan lurus. Apa yang terjadi jika gaya total tidak saa dengan nol? Sebelu enjawab pertanyaan tersebut, apakah anda sudah eahai pengertian gaya total? Jika belu, silahkan pahai penjelasan guruuda berikut ini. Selaat belajar Huku II Newton, seoga sukses sapai di tepat tujuan ;) seoga Huku Newton seakin dekat di hati anda Huku II Newton Sekarang kita kebali ke pertanyaan awal pada bagian pengantar. Apa yang terjadi jika gaya total yang bekerja pada benda tidak saa dengan nol? Newton engatakan bahwa jika pada sebuah benda diberikan gaya total atau dengan kata lain, terdapat gaya total yang bekerja pada sebuah benda, aka benda yang dia akan bergerak, deikian juga benda yang sedang bergerak bertabah kelajuannya. Apabila arah gaya total berlawanan dengan arah gerak benda, aka gaya tersebut akan engurangi laju gerak benda. Apabila arah gaya total berbeda dengan arah gerak benda aka arah kecepatan benda tersebut berubah dan ungkin besarnya juga berubah. Karena perubahan kecepatan erupakan percepatan aka kita dapat enyipulkan bahwa gaya total yang bekerja pada benda enyebabkan benda tersebut engalai percepatan. Arah percepatan tersebut saa dengan arah gaya total. Jika besar gaya total tetap atau tidak berubah, aka besar percepatan yang dialai benda juga tetap alias tidak berubah. Bagaiana hubungan antara Percepatan dan Gaya? Pernahkah anda endorong sesuatu? ungkin otor yang ogok atau gerobak sapah ;) jika belu pernah endorong sesuatu seuur hidup anda, guruuda enyarankan agar sebaiknya anda berlatih endorong. Tapi jangan endorong obil orang lain yang sedang diparkir, apalagi endorong tean anda hingga jatuh. Ok, kebali ke dorong Alexander San Lohat

4 Bayangkanlah anda endorong sebuah gerobak sapah yang bau nya enyengat. Usahakan sapai gerobak tersebut bergerak. Nah, ketika gerobak bergerak, kita dapat engatakan bahwa terdapat gaya total yang bekerja pada gerobak itu. Silahkan dorong gerobak sapah itu dengan gaya tetap selaa 30 detik. Ketika anda endorong gerobak tersebut dengan gaya tetap selaa 30 enit, tapak bahwa gerobak yang tadinya dia, sekarang bergerak dengan laju tertentu, anggap saja 4 k/ja. Sekarang, doronglah gerobak tersebut dengan gaya dua kali lebih besar (gerobaknya didiain dulu). Apa yang anda aati? wah, gawat kalau belajar sabil ngelaun Jika anda endorong gerobak sapah dengan gaya dua kali lipat, aka gerobak tersebut bergerak dengan laju 4 k/ja dua kali lebih cepat dibandingkan sebelunya. Percepatan gerak gerobak dua kali lebih besar. Apabila anda endorong gerobak dengan gaya lia kali lebih besar, aka percepatan gerobak juga bertabah lia kali lipat. Deikian seterusnya. Kita bisa enyipulkan bahwa percepatan berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja pada benda. Seandainya percobaan endorong gerobak sapah diulangi. Percobaan pertaa, kita enggunakan gerobak yang terbuat dari kayu, sedangkan percobaan kedua kita enggunakan gerobak yang terbuat dari besi dan lebih berat. Jika anda endorong gerobak besi dengan gaya dua kali lipat, apakah gerobak tersebut bergerak dengan laju 4 k/ja dua kali lebih cepat dibandingkan gerobak sebelunya yang terbuat dari kayu? Tentu saja tidak karena percepatan juga bergantung pada assa benda. Anda dapat ebuktikannya sendiri dengan elakukan percobaan di atas. Jika anda endorong gerobak sapah yang terbuat dari besi dengan gaya yang saa ketika anda endorong gerobak yang terbuat dari kayu, aka akan terlihat bahwa percepatan gerobak besi lebih kecil. Apabila gaya total yang bekerja pada benda tersebut saa, aka akin besar assa benda, akin kecil percepatannya, sebaliknya akin kecil assa benda akin besar percepatannya. Hubungan ini dikeas oleh eyang Newton dala Huku nya yang laris anis di sekolah, yakni Huku II Newton tentang Gerak : Jika suatu gaya total bekerja pada benda, aka benda akan engalai percepatan, di ana arah percepatan saa dengan arah gaya total yang bekerja padanya. Vektor gaya total saa dengan assa benda dikalikan dengan percepatan benda. Secara ateatis, Huku II Newton dinyatakan sebagai berikut : a a adalah percepatan, adalah assa dan yang berarti julah dari. Karena F adalah gaya aka adalah gaya total. Sibol (huruf yunani siga ) berarti julah vektor dari seua gaya yang bekerja pada benda tersebut, yang kita kenal sebagai gaya total. adalah assa benda dan a adalah (vektor) percepatannya. Jika persaaan di atas ditulis dala bentuk a F/, tapak bahwa percepatan Alexander San Lohat

5 sebuah benda berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja padanya dan arahnya sejajar dengan gaya tersebut. Tapak juga bahwa percepatan berbanding terbalik dengan assa benda. Huku II Newton enyatakan hubungan antara gerak benda dengan penyebabnya, yaitu gaya. Perhatikan bahwa Huku II Newton encakupi Huku I Newton, yaitu apabila 0, aka percepatan alias a 0. Jadi apabila tidak ada gaya total alias resultan gaya yang bekerja pada benda aka benda akan dia apabila benda tersebut sedang dia; atau benda tersebut bergerak dengan kecepatan tetap, jika benda sedang bergerak. Ini erupakan bunyi Huku I Newton. Setiap gaya F erupakan vektor yang eiliki besar dan arah. Persaaan huku II Newton di atas dapat ditulis dala bentuk koponen pada koordinat xyz alias koordinat tiga diensi, antara lain : x a x, a, y y a z z Kupulan persaaan koponen di atas saa dengan persaaan Huku II Newton a. Jika sebuah benda bergerak sepanjang garis lurus alias satu diens, aka kita hanya enuliskannya dengan a. Apabila benda bergerak dala dua diensi (koordinat xy), aka kita bisa enguraikan Vektor gaya dengan persaaan dan y a. Julah kedua koponen gaya tersebut saa dengan a. x a x Satuan assa adalah kilogra, satuan percepatan adalah eter per sekon kuadrat (/s ). Satuan Gaya dala Siste Internasional adalah kg /s. Naa lain satuan ini adalah Newton; diberikan untuk enghargai jasa eyang Isaac Newton. Satuan satuan tersebut erupakan satuan Siste Internasional (SI). Dengan kata lain, satu Newton adalah gaya total yang diperlukan untuk eberikan percepatan sebesar 1 /s kepada assa 1 kg. Hal ini berarti 1 Newton 1 kg /s. Dala satuan CGS (centieter, gra, sekon), satuan assa adalah gra (g), gaya adalah dyne. Satu dyne didefinisikan sebagai gaya total yang diperlukan untuk eberi percepatan sebesar 1 c/s untuk benda berassa 1 gra. Jadi 1 dyne 1 gr c/s. Kedua jenis satuan yang kita bahas di atas adalah satuan Siste Internasional (SI). Untuk satuan Siste Inggris (British Siste), satuan gaya adalah pound (lb). 1 lb 4,45 N. Satuan assa slug. Dengan deikian, 1 pound didefinisikan sebagai gaya total yang diperlukan untuk eberi percepatan sebesar 1 ft/s kepada benda berassa 1 slug. Dala perhitungan, sebaiknya anda enggunakan satuan MKS (eter, kilogra, sekon) SI. Jadi jika diketahui satuan dala CGS atau siste British, terlebih dahulu anda konversi. y Alexander San Lohat

6 Contoh soal 1 : Berapakah gaya total yang dibutuhkan untuk eberi percepatan sebesar 10 /s kepada obil yang berassa 000 kg? Panduan Jawaban : a (000kg)(10 ) 0000N Guapang Contoh soal : Diriu endorong sebuah kotak berassa 1 kg yang terletak pada perukaan eja datar tanpa gesekan,dengan gaya sebesar 5 N. berapakah percepatan yang dialai kotak tersebut? Panduan jawaban : a a 5kg a 5 1kg Contoh soal 3 : Mesin sebuah obil sedan apu enghasilkan gaya sebesar N. Massa pengeudi dan obil tersebut sebesar 1000 kg. Jika gaya gesekan udara dan gaya gesekan antara ban dan perukaan jalan sebesar 500 N, berapakah percepatan obil tersebut? Panduan jawaban : Terlebih dahulu kita tuliskan persaaan Huku II Newton : a Ingat bahwa gaya gesekan bekerja berlawanan arah dengan gaya yang enggerakan obil. Selisih antara kedua gaya tersebut enghasilkan gaya total. Karena yang ditanyakan adalah percepatan obil aka persaaan di atas kita tulis kebali sbb : a Alexander San Lohat

7 a F obil F gesekan (10000N) (500N) 1000kg 9500N 1000kg 9,5 Contoh soal 4 : Sebuah gaya yang dikerjakan pada sebuah benda berassa 1 enghasilkan percepatan /s. Gaya yang saa ketika dikerjakan pada sebuah benda berassa enghasilkan percepatan sebesar 4 /s. (a) berapakah nilai perbandingan antara 1 dan ( 1 / )? (b) berapakah percepatan yang dihasilkan jika 1 dan digabung ( 1 + )? Panduan Jawaban : a a a 1 a (a) nilai perbandingan antara 1 dan adalah : 1 : 4 4 x 4 (b) jika 1 + digabung aka percepatan yang dihasilkan adalah : a persaaan Lihat kebali jawaban (a) 1 1 Alexander San Lohat

8 Kita gantikan nilai 1 dengan pada persaaan 1 a + persaaan 3 Lihat awal panduan jawaban a ( )(4 / ) s 4 Sekarang kita gantikan dengan ( )(4 / ) pada persaaan ( )(4 a a 1,3 ) s Waduh, pusing. ;) dipahai perlahan lahan. Ntar juga ngerti kok.. gapang. Hubungan antara Gaya dan GLBB Kita telah belajar engenai Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) pada pebahasan engenai Kineatika. Nah, pada pebahasan engenai kineatika, kita engabaikan gaya. Sekarang kita analisis Gerak Lurus Berubah Beraturan dan engaitkannya dengan Gaya sebagai penyebab gerakan benda dan juga sebagai penghabat gerakan benda (gaya gesek). Terdapat tiga persaaan pada GLBB, yakni : vt vo + at s v t 1 o + at vt vo + as Ketiga persaaan tersebut epunyai koponen percepatan alias a. Alexander San Lohat

9 Huku II Newton eiliki keterkaitan antara Resultan gaya alias Gaya total ( ) dengan percepatan (a), yang diruuskan oleh persaaan a Contoh soal 1 : Sebuah truk gandeng berassa 3000 kg sedang elaju dengan kelajuan 100 k/ja. berapakah gaya total yang dibutuhkan untuk enghentikan truk tersebut pada jarak 50 eter? Panduan jawaban : Terlebih dahulu kita tulis persaaan huku II Newton : a Untuk enyelesaikan soal kita ebutuhkan besar percepatan, sedangkan pada soal di atas hanya diketahui assa truk. Nilai percepatan asih tersebunyi di balik kelajuan 100 k/ja dan jarak 50 eter. Kita harus enghitung nilai percepatan truk terlebih dahulu. Bagaianakah? Kita tinjau gerak truk di atas enggunakan Gerak Lurus Berubah Beraturan. Kecepatan awal alias v o 100 k/ja 8 /s. Karena truk akan berhenti, aka kecepatan akhir alias v t o. Jarak yang ditepuh adalah 50 eter. Karena koponen gerak yang diketahui adalah kecepatan awal dan akhir serta jarak, aka kita enggunakan persaaan GLBB : vt vo + as 0 0 (100k / ja) + a(50) (100k / ja) + ()( a)(50) t o v v a ()( s) 0 (8 ) ()(50) 7,84 Akhirnya a diteukan. Nah, dengan deikian kita dengan sangat udah enghitung besar gaya total : a (3000kg)( 7,84 ) 3.50kg 3. 50N Tanda inus enunjukkan bahwa arah gaya berlawanan dengan arah gerak benda. Selesai gapang khan? Alexander San Lohat

10 Contoh soal : Sebuah obil berassa 500 kg dipercepat oleh esinnya dari keadaan dia hingga bergerak dengan laju 50 /s dala waktu 50 s. Apabila gaya gesekan diabaikan, berapakah gaya yang dihasilkan obil? Panduan jawaban : Karena yang ditanyakan gaya yang dihasilkan obil aka terlebih dahulu kita tulis persaaan Huku II Newton : a Nah, perhatikan bahwa kita belu bisa enentukan besarnya gaya karena percepatan belu diketahui. Oleh karena itu kita teukan terlebih dahulu nilai percepatan enggunakan persaaan GLBB. Baca secara saksaa soal di atas. Selain assa, apa saja yang diketahui? Pada ulanya obil dia, berarti v o 0. Kecepatan akhir (v t ) 50 /s dan waktu (t) 50 s. karena yang diketahui v o, v t dan t aka untuk enentukan percepatan, kita enggunakan persaaan vt vo + at Dengan deikian, besar percepatan adalah : v a t v t o s Sekarang kita asukan nilai a ke dala persaaan Huku II Newton : a (500kg)(1 ) 500kg 500N Guapang sekali. ;) Contoh soal 3 : Sebuah obil berassa 500 kg bergerak dengan kelajuan 50 /s. Jika obil tersebut dire oleh sopirnya dan berhenti setelah enepuh jarak 100, berapakah gaya re yang bekerja pada obil tersebut? Panduan jawaban : Kita tulis terlebih dahulu persaaan huku II Newton. Alexander San Lohat

11 a Nah, untuk enghitung gaya re, aka kita harus engetahui perlabatan alias percepatan yang bernilai negatif, yang dialai obil tersebut. Ingat bahwa obil tersebut dire ketika bergerak dengan laju 50 /s. ini adalah kelajuan awal (v o ). Karena setelah dire obil berhenti, aka kelajuan akhir (v t ) 0. Jarak yang ditepuh obil sejak dire hingga berhenti (s) adalah 100. Dengan deikian, karena diketahui v o, v t dan s aka kita enggunakan persaaan di bawah ini : vt vo + as t o v v a ()( s) 0 (50 ) ()(100) ,5 Tanda negatif enunjukkan bahwa arah percepatan berlawanan dengan arah gerak obil atau dengan kata lain obil engalai perlabatan. Kita asukan nila a ke dala persaaan huku II Newton untuk enghitung gaya re a (500kg)( 1,5 ) 650kg 650N Tanda negatif enunjukkan bahwa arah gaya re berlawanan dengan arah gerak obil. Jadi arah gaya re searah dengan arah perlabatan (percepatan yang bernilai negatif) Alexander San Lohat

12 Referensi : Giancoli, Douglas C., 001, Fisika Jilid I (terjeahan), Jakarta : Penerbit Erlangga Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I (Terjeahan), Jakarta : Penerbit Erlangga Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid I (terjeahan), Jakarta : Penebit Erlangga Young, Hugh D. & Freedan, Roger A., 00, Fisika Universitas (terjeahan), Jakarta : Penerbit Erlangga Alexander San Lohat