BAB II HUKUM NEWTON TENTANG GAYA A. PENGANTAR Semua bahan (material) yang terdapat dialam maupun proses-proses yang terjadi, tidak ada yang komplek. Sebagai langkah pertama dalam memecahkan soal-soal yang menyangkut alam, maka setiap bahan harus kita idealisasi dan dalam membahas setiap proses kita harus membuat asumsi-asumsi yang memudahkan persoalannya. Sebagai contoh, misalkan sebuah bola permainan base ball dilemparkan ke udara dan kita ingin mengkalkulasi diman bolah itu jatuh kembali ke tanah dan dengan kecepatan berapa. Langkah pertama untuk memecahkan soal ini adalah mengidealisasi bola tersebut, artinya segala detail mengenai permukaannya dan segala perubahan yang terjadi terhadap bentuk bulatnya ketika berada di udara tidak dimasukkan dalam perhitungan. Dengan kata lain bola itu kita anggap kecil. Dengan cara begini soal yang harus kita selesaikan, sudah berbeda jauh dengan soal semula. Dengan cara begini berarti kita sudah menghilangkan kenyataan-kenyataan yang tersangkut didalamnya tetapi faktor-faktor yang tinggal kurang lebih tetap sama, seperti faktor dalam soal aslinya. Dengan pengabaian-pengabaian tersebut akhirya soal dapat dipecahkan dengan dasar-dasar matematika sederhana. Dalam pembahasan keseimbangan partikel kita menganggap bahwa semua benda adalah benda kekar yang artinya benda yang tidak mengalami perubahan bentuk dan kita mengabaikan adanya gerak rotasi dari benda tersbut. suatu benda yang bergerak rotasinya diabaikan karena tidak ada hubungan dengan soal yang dihadapi disebut partikel. Partikel dapat demikian kecilnya sehingga mendekati bentuk titik, atau clap.n berukuran berapa besarpun asal garis-garis kerja dari semua gaya yang bekerja terhaapnya berpotongan disuatu titik. Dalam pembahasan keseimbangan partikel terdapat dua hukum yang sangat penting yaitu hukum I dan III Newton tentang gerak. B. HUKUM PERTAMA NEWTON TENTANG GERAK Menyatakan bahwa:
setiap benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan, jika tidak ada gaya-gaya lain yang mampu mengubah kedudukan benda tersebut Dari hukum ini dapat ditarik kesimpulan bahwa benda lain keadaan seimbang jika: 1. Benda dalam keadaan diam 2. Benda bergerak lurus beraturan atau bergerak dengan kecepatan konstan (jika tidak ada percepatan ataupun perlambatan). Untuk memperjelas permaslahan, perhatikan gambar berikut: I-a : Benda P semula dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, maka benda P dinyatakan dalam keadaan seimbang. I-b : Jika benda P kemudian diberi gaya F 1 maka benda P tidak dalam keadaan seimbang karena gaya F 1 mempengaruhi kedudukan benda P. I-c : Jika benda P diberi 2 gaya masing-masing F 1 dan F 2 yang besarnya sama, berlawanan arah akan tetapi bekerja pada satu garis gaya yang sama, maka benda P dinyatakan dalam keadaan seimbang. I-d : Jika benda P diberi dua gaya masing-masing F 1 dan F 2 yang besarnya sama, berlawanan arah akan tetapi tidak bekerja pada satu garis gaya yang sama, maka benda P dalam keadaan seimbang yang membentuk satu kopel. Dalam beberapa keterangan gambar tersebut, dapat ditarik kesimpulan bahwa suatu benda dinyatakan dalam keadaan seimbang jika risultan gaya yang dihasilkan dari beberapa gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol, baik dalam komponen tegak maupun komponen horizontalnya. Dengan kata lain, benda dalam keadaan seimbang jika: a. F x =0 b. F y =0 c. R=0...(1)
C. HUKUM KETIGA NEWTON TENTANG GERAK Menyatakan bahwa: "terhadap setiap aksi senantiasa ada reaksi yang besarnya sama dan berlawanan arah, atau intraksi timbal balik antara dua benda senantiasa sama dan arahnya berlawanan." Hukum ini dikenal dengan hukum aksi reaksi. Dari hukqn ini dapat ditarik kesimpulan bahwa: 1. Setiap ada aksi pasti ada reaksi yang besamya sama, arahnya berlawanan dan bekerja pada satu garis gaya yang sama. 2. Aksi dan reaksi tranis dilalnrkan oleh dua benda. Untuk jelasnya perhatikan gambar. Pada gambar 2-a sebenarnya gaya F1 F 1 1 - F2- F 1 2, terletak pada satu garis gaya yang sama, namun agar gaya-gaya tersebut terlihat jelas rmaka gaya-gayanya digambarkan secara terpisah. Ujung tali sebelah kanan ditarik oleh orang dengan gaya Fr (aksi) maka ujung tali tersebut akan mengadakan reaksi sebesar gaya F 1 1?á F 1 = F 11 Ujung tali sebelah kiri menarik benda dengan gaya F 2 (aksi) dan balok akan 1 mengadakan reaksi sebesar gaya F 2 1 Reaksi?ÄF 2 = F 2 Agar tali tetap dalam keadaan seimbang maka (F 1 + F 2 ) harus sama dengan F 1 1 1 + F 2 F 1 + F 2 = F 1 1 1 + F 2 Akan tetapi jika F 1 + F 2 > F 1 1 + F 1 2 maka balok akan bergerak, jadi sudah tidak seimbang lagi.
Selanjutnya perhatikan Gb. 2-b Pada Gb.2-b ternyata tali hanya berfungsi sebagai penerus gaya dari suatu benda dengan benda yang lain dengan demikian pada ujung-ujung tali akan menderita tarikan yang disebut tegangan tali. Jika tegangan tali pada ujung kanan sama dengan F1 dan tegangan tali pada ujung kiri sama dengan F2 maka dikatakan tegangan tali tersebut adalah F1 atau F karena dalam keadaan seimbang F1=F Jadi misalkan F1 = 50kg dan F = 50kg maka dikatakan tegangan tali = 50kg (tidak 50+50=100kg) D. MENGARAIKAN GAYA-GAYA YANG BEKERJA PADA SUATU BENDA Agar kita memperoleh gambaran yang jelas tentang hukum pertama dan ketiga newton, maka setiap yang bekerja pada suatu benda hendaknya kita uraikan gayagaya tersebut. Secara rinci atau dengan kata lain membuat diagram benda terpsah Contoh : Sebuah benda yang beratnya W1 = 20kg tergantung diam pada seutas tali yang terikat pada langit-langit. Berat tali = W2 = 5kg Hitunglah tegangan tali.
E. GESEKAN Bila sebuah benda bergerak diatas benda yang lain, maka masing masing benda akan saling bergesekan. Arah gaya gesek ini sejajar dengan dan berlawanan arah serta besarnya sama dengan arah gaya geraknya. Misalnya benda bergerak ke barat dengan gaya 10 kg, maka gaya gesek arahnya ke timur yang besarnya 10 kg.
Perhatikan gambar. 5-a : balok berada di atas papan horizontal dalam keadaan diam, jadi balok dalam keadaam seimbang. Menurut dalil keseimbangan, gaya ke atas P = berat beda W P = W 5-b : balok ditarik dengan gaya T, akan tetapi balok tetap diam. Gaya-gaya yang timbul adalah sbb : gaya P akan menyerong kekiri dan komponen P yang bekerja secara horizontal adalah P x atau fs dan gaya vertikal disebut Py = normal fs = gaya gesek statik. Berdasarkan dalil keseimbangan fs = T dan N = W oleh karena benda masih diam maka Fs T Us. N?ÄUs = Koefisien statik 5-c : jika gaya T diperbesar sampai sedikit di atas batas maksimum, maka benda tepat mulai akan bergerak, dalam keadaan ini gaya gesek static sama dengan koefisien gesek statik x hanya normalnya Fs = Us.N (benda tepat mulai bergerak) 5-d : setelah benda bergerak secara konstan, ternyata gaya gesek (statik) makin lama makin berkurang, dan kemudian timbul gaya gesek yang lain yang disebut gaya gesek kinetik atau gaya gesek luncur (fk). Gaya gesek kinetik ini besarnya sebanding dengan koefisien gesek kinetik (Uk) dengan gaya normalnya. Fk = =Ik.N (benda sudah bergerak konstan)
Koefisien gesek statik (Us) dan koefisien gesek kinetik (Uk) besar kecilnya tergantung dari sifat kedua permukaan yang saling bersinggungan. Us dan Uk akan relative besar jika permukaan benda kasar dan relatif kecil jika permukaan benda halus. Di bawah ini ditunjukkan nilai Us dan Uk untuk masing-masing permukaan benda padat. (ubtuk benda cair dan gas, Us dan Uk juga ada, akan tetapi tidak dibahas dalam bab ini)
F. HUKUM NEWTON II TENTANG GERAK Hukum newton II berbunyi sebagai berikut Percepatan yang ditimbulkan oleh suatu gaya yang bekerja pada sebuah benda berbanding lurus dengan besarnya gaya yang bergerak tersebut dan arahnya sama dengan arah gaya tersebut. Hukum newton II dapat dirumuskan sebagai berikut Dimana: F = gaya yang bekerja pada benda (N) m = massa benda (kg) a = percepatan benda (m/det 2 ) Hukum newton II menerangkan tentang hubungan antara gaya dan percepatan yang ditimbulkannya.
SOAL SOAL 1. Partikel adalah... 2. Bagaiman a pernyataan dari hukum Newton I? 3. Benda dikatakan seimbang jika? 4. Bagaimana pernyataan dari hukum Newton III beserta kesimpulannya? 5. Berapakah besar gaya gesek jika balok dalam keadaan diam bekerja gaya horizontal sebesar 5 kg? 6. Sebuah balok diletakkan diatas bidang dengan sudut Q. Dan tepat pada sudut itu benda akan meluncur dengan kecepatan konstan. Hitunglah besar sudut Q. Uk = 0.21 7. Bagaimana bunyi hukum newton II dan tuliskan rumusnya?