Hukum III Newton Untuk SMA kelas X (Modul ini telah disesuaikan dengan KTSP) Lisensi Dokumen: Copyright 2008 2009 GuruMuda.Com Seluruh dokumen di GuruMuda.Com dapat digunakan dan disebarkan secara bebas untuk tujuan bukan komersial (nonprofit), dengan syarat tidak menghapus atau merubah atribut penulis dan pernyataan copyright yang disertakan dalam setiap dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang, kecuali mendapatkan ijin terlebih dahulu dari GuruMuda.Com. Penulis Alexander San Lohat (San) Saya berasal dari Waienga, Lembata Flores Timur, Nusa Tenggara Timur (NTT). Saat ini kuliah pada Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Saya mendirikan gurumuda.com, web elearning fisika SMA (gratis). Aktiv sebagai penulis materi pelajaran fisika SMA, mengelola konsultasi tugas sekolah dan bimbingan belajar fisika online pada situs saya. Email : san@gurumuda.com 1
Materi Pembelajaran : Hukum III Newton Tujuan Pembelajaran Kompetensi Dasar : Menerapkan Hukum Newton sebagai prinsip dasar dinamika untuk gerak lurus, gerak vertikal, dan gerak melingkar beraturan Indikator : Mengidentifikasi penerapan prinsip hukum 3 Newton dalam kehidupan sehari hari Tujuan pembelajaran di atas merupakan tuntutan dari Depdiknas RI dalam KTSP. Jadi dirimu harus mencapai Kompetensi dasar dan Indikator tersebut. Kalau tidak bisa, ntar dapat nilai merah :) alias tidak lulus. Nah, kali ini Gurumuda membimbing dirimu untuk bisa mencapai tujuan pembelajaran di atas. Selamat belajar 2
Pengetahuan Prasyarat Sebelum mempelajari Hukum III Newton, alangkah baiknya dan malah seharusnya dirimu mempelajari pokok bahasan hukum I dan hukum II warisan eyang Newton. Banyak konsep dasar yang sudah dibahas dalam pokok bahasan tersebut Download saja di halaman ebook gratis, gurumuda.com Hukum III Newton (Hukum Aksi Reaksi) Pernahkah anda menendang batu? belum pernahkah dirimu menendang dirinya? ;) Pernakah anda menendang atau memukul alias meninju sesuatu? jika pernah, apa yang anda rasakan? sakit bisakah dirimu menjelaskan mengapa tangan atau kaki terasa sakit? Apabila anda tidak bisa menjelaskannya, pelajarilah Hukum III Newton dengan penuh semangat :) Pada Hukum II Newton, kita belajar bahwa gaya gaya mempengaruhi gerakan benda. Dari manakah gaya tersebut datang? dalam kehidupan sehari hari, kita mengamati bahwa gaya yang diberikan kepada sebuah benda, selalu berasal dari benda lain. gerobak bergerak karena kita yang mendorong, paku dapat tertanam karena dipukul dengan martil, buah mangga yang lezat jatuh karena ditarik oleh gravitasi bumi, demikian juga benda yang terbuat dari besi ditarik oleh magnet. Apakah semua benda bergerak karena diberikan gaya oleh benda lain? Eyang Newton mengatakan bahwa kenyataan dalam kehidupan sehari hari tidak semuanya seperti itu. Ketika sebuah benda memberikan gaya kepada benda lain maka benda kedua tersebut membalas dengan memberikan gaya kepada benda pertama, di mana gaya yang diberikan sama besar tetapi berlawanan arah. Jadi gaya yang bekerja pada sebuah benda merupakan hasil interaksi dengan benda lain. Anda dapat melakukan percobaan untuk membuktikan hal ini. Tendanglah batu atau tembok dengan keras, maka kaki anda akan terasa sakit (jangan dilakukan). Mengapa kaki terasa sakit? hal ini disebabkan karena ketika kita menendang tembok atau batu, tembok atau batu membalas memberikan gaya kepada kaki kita, di mana besar gaya tersebut sama, hanya berlawanan arah. Gaya yang kita berikan arahnya menuju batu atau tembok, sedangkan gaya yang diberikan oleh batu atau tembok arahnya menuju kaki kita. Ketika kita menendang bola, gaya yang kita berikan tersebut menggerakan bola. Pada saat yang sama, kita merasa gaya dari bola menekan kaki kita. Jika anda punya skate board, lakukanlah percobaan berikut ini sehingga semakin menambah pemahaman anda. letakan papan luncur alias skate board di dekat sebuah tembok. Berdirilah di atas skate board (papan luncur) tersebut dan doronglah tembok dihadapan anda. Apa yang anda alami? skate board tersebut meluncur ke belakang. Aneh khan? padahal anda tidak mendorong skate board ke belakang. Skate board meluncur ke belakang karena tembok yang anda dorong membalas memberikan gaya dorong kepada anda, di mana arah gaya 3
yang diberikan tembok berlawanan arah dengan arah dorongan anda. anda mendorong tembok ke depan, sedangkan tembok mendorong anda ke belakang sehingga skate board kesayangan anda meluncur ke belakang. Jika anda tinggal di tepi pantai dan termasuk anak pantai, lakukanlah percobaan dengan menaiki perahu dan melemparkan sesuatu, entah batu atau benda lain ke luar dari perahu. Lakukanlah hal ini ketika perahu sedang diam. Amati bahwa perahu akan bergerak ke belakang jika anda melempar ke depan, dan sebaliknya. Serius diriku pernah mencobanya. Nah, semua penjelasan panjang lebar ini adalah inti Hukum III Newton. Apabila sebuah benda memberikan gaya kepada benda lain, maka benda kedua memberikan gaya kepada benda yang pertama. Kedua gaya tersebut memiliki besar yang sama tetapi berlawanan arah. Secara matematis Hukum III Newton dapat ditulis sebagai berikut : F A ke B = F B ke A F A ke B adalah gaya yang diberikan oleh benda A kepada benda B, sedangkan F B ke A adalah gaya yang yang diberikan benda B kepada benda A. Misalnya ketika anda menendang sebuah batu, maka gaya yang anda berikan adalah F A ke B, dan gaya ini bekerja pada batu. Gaya yang diberikan oleh batu kepada kaki anda adalah F B ke A. Tanda negatif menunjukkan bahwa arah gaya reaksi tersebut berlawanan dengan gaya aksi yang anda berikan. Jika anda menggambar tanda panah yang melambangkan interaksi kedua gaya ini, maka gaya F A ke B digambar pada batu, sedangkan gaya yang diberikan batu kepada kaki anda, F B ke A, digambarkan pada kaki anda. Persamaan Hukum III Newton di atas juga bisa kita tulis sebagai berikut : F aksi = F reaksi Hukum warisan eyang Newton ini dikenal dengan julukan hukum aksi reaksi. Ada aksi maka ada reaksi, yang besarnya sama dan berlawanan arah. Kadang kadang kedua gaya tersebut disebut pasangan aksireaksi. Ingat bahwa kedua gaya tersebut (gaya aksi gaya reaksi) bekerja pada benda yang berbeda. Berbeda dengan Hukum I Newton dan Hukum II Newton yang menjelaskan gaya yang bekerja pada benda yang sama. Gaya aksi dan reaksi adalah gaya kontak yang terjadi ketika kedua benda bersentuhan. Walaupun demikian, Hukum III Newton juga berlaku untuk gaya tak sentuh, seperti gaya gravitasi yang menarik buah mangga kesayangan anda. Ketika kita menjatuhkan batu, misalnya, antara bumi dan batu saling dipercepat satu dengan lain. batu bergerak menuju ke permukaan bumi, bumi juga bergerak menuju batu. Gaya total yang bekerja pada bumi dan batu besarnya sama. Bumi bergerak ke arah batu yang jatuh? masa sich karena massa bumi sangat besar maka percepatan yang dialami bumi sangat kecil (Ingat hubungan antara massa dan percepatan pada persamaan hukum II Newton). Walaupun secara makroskopis tidak tampak, tetapi bumi juga bergerak menuju batu atau benda yang jatuh akibat 4
gravitasi. Bumi menarik batu, batu juga membalas gaya tarik bumi, di mana besar gaya tersebut sama namun arahnya berlawanan. Hukum III Newton dalam Kehidupan Sehari hari Konsep Hukum III Newton sebenarnya sering kita alami dalam kehidupan sehari hari, walau kadang tidak kita sadari. Hal apa saja dalam kehidupan sehari hari yang menggunakan konsep Hukum III Newton? Hukum III Newton berlaku ketika kita berjalan atau berlari Ketika berjalan, telapak kaki kita memberikan gaya aksi dengan mendorong permukaan tanah atau lantai ke belakang. Permukaan tanah atau lantai memberikan gaya reaksi kepada kita dengan mendorong telapak kaki kita ke depan, sehingga kita berjalan ke depan. Ketika berjalan mundur, telapak kaki kita mendorong permukaan tanah atau lantai ke depan. Sebagai reaksi, permukaan tanah atau lantai mendorong telapak kaki kita ke belakang sehingga kita bisa berjalan mundur. Besarnya gaya aksi dan reaksi sama, tetapi arahnya berlawanan. Telapak kaki kita mendorong lantai ke belakang, lantai mendorong telapak kaki kita ke depan. Ketika kita berjalan lambat, gaya yang kita berikan kecil, sehingga gaya reaksi yang diberikan oleh lantai juga kecil, akibatnya kita berjalan pelan. Pada saat kita berjalan cepat, telapak kaki kita menekan lantai lebih kuat, akibatnya gaya reaksi yang diberikan lantai juga besar sehingga kita didorong dengan kuat ke depan. Dirimu dapat melakukan percobaan ini untuk membuktikannya. Ketika kita berlari, gaya aksi berupa dorongan yang diberikan oleh telapak kaki kita kepada permukaan tanah sangat besar sehingga gaya reaksi yang diberikan oleh permukaan tanah kepada telapak kaki kita juga sangat besar. Akibatnya kita bisa berlari dengan kencang. Jadi besarnya gaya reaksi yang diberikan oleh permukaan tanah atau lantai kepada telapak kaki kita sebanding alias sama besar dengan gaya aksi yang kita berikan dan arahnya berlawanan. Hukum III Newton berlaku ketika kita berenang Apakah dirimu bisa berenang? kalo belum bisa, ayo belajar berenang gampang kok. Kaya belajar naik sepeda atau motor, awalnya memang agak sulit tapi kalo sering latihan ntar juga mahir, asyik lagi.. :) Ketika kita berenang, kaki dan tangan kita mendorong air ke belakang. Sebagai reaksi, air mendorong kaki dan tangan kita ke depan, sehingga kita berenang ke depan. 5
Hukum III Newton berlaku pada pistol atau senapan yang ditembakkan Ketika sebuah peluru ditembakan, pistol atau senapan memberikan gaya aksi kepada peluru dengan mendorong peluru ke depan. Karena mendapat gaya aksi maka peluru tersebut mendorong pistol atau senapan ke belakang. Akibatnya, para penembak merasa tersentak ke belakang akibat dorongan tersebut. Seandainya dirimu bercita cita menjadi polisi atau tentara maka suatu saat nanti bisa melakukan percobaan untuk membuktikannya. Kalau terbukti, ingat eyang Newton sama GuruMuda ya ;) Hukum III Newton berlaku pada Balon Udara yang bergerak Pernahkah dirimu melihat dan memegang balon? ya pernah lah saking gemes, balon balon dipecahin semua :) Hukum III Newton juga berlaku pada balon udara yang bergerak. balon udara bergerak? maksudnya bagaimanakah. Yang dimaksudkan di sini bukan balon udara yang bergerak karena ditiup angin, tapi karena di dorong oleh udara yang ada di dalam balon. Bertambah bingung kah? lakukan percobaan berikut ini sehingga menambah pemahamanmu. Beli sebuah balon di warung terdekat (murah kok, lagian cuma satu). Tiuplah balon sampai balon mengembung; jangan lupa jepit mulut balon dengan jarimu agar udara tidak keluar. Nah, silahkan lepas jepitan tanganmu pada mulut balon. Apa yang terjadi? balon tersebut bergerak khan? jika posisi balon tegak, di mana mulut balon berada di bawah, maka balon akan meluncur ke atas. Balon bergerak ke atas karena balon memberikan gaya aksi dengan mendorong udara ke bawah (udara keluar lewat mulut balon). Udara yang keluar lewat mulut balon memberikan gaya reaksi dengan mendorong balon ke atas, sehingga balon bergerak ke atas. Apabila posisi balon dibalik, di mana mulut balon berada di atas, maka balon akan bergerak ke bawah. Besar gaya aksi dan reaksi sama, hanya berlawanan arah. Balon mendorong udara ke bawah, udara mendorong balon ke atas. Atau sebaliknya balon mendorong udara ke atas, udara mendorong balon ke bawah. Semakin banyak udara yang ditiupkan ke dalam balon, maka balon bergerak makin cepat ketika mulut balon tersebut dibuka. Hal ini disebabkan karena balon mendorong lebih banyak udara keluar, sehingga udara yang didorong tersebut memberikan reaksi dengan mendorong balon. Semakin banyak udara yang ada di dalam balon, semakin lama dan jauh balon bergerak; semakin sedikit udara dalam balon, semakin pelan balon bergerak. Jadi besar gaya aksi sama dengan besar gaya reaksi, hanya arahnya berlawanan. Hukum III Newton berlaku pada Ikan Gurita yang bergerak dalam air. Pernahkah dirimu menikmati lezatnya ikan gurita? enak banget, manyus ga ada tulang lagi, wah pokoknya sedap. Awas air liurmu tiris ;) ikan gurita ga punya sirip lalu bagaimana kah ia berenang? Hukum III Newton lagi Hukum III Newton lagi eyang newton menguasai darat, udara dan laut. Ikan newton, eh ikan gurita bergerak ke depan dengan menyemprotkan air ke belakang (gaya aksi); air yang 6
disemprotkan tersebut mendorong ikan gurita ke depan (gaya reaksi), sehingga ikan gurita bisa berenang bebas di dalam air laut. Peluncuran Roket menggunakan konsep Hukum III Newton Bagaimanakah prinsip kerja roket yang diluncurkan ke luar angkasa? di luar angkasa tidak ada udara, tapi mengapa roket bisa bergerak? helikopter atau pesawat terbang bisa bergerak di udara karena terdapat baling baling yang menggerakan udara, sedangkan roket bisa bergerak di luar angkasa (ruang hampa udara?) kok bisa ya. Bagaimanakah dirimu menjelaskannya? Konsep dasar peluncuran roket sama dengan percobaan balon yang meluncur ke atas. Roket memberikan gaya aksi yang sangat besar kepada gas dengan mendorong gas keluar dan gas tersebut memberikan gaya reaksi yang sama besar, dengan mendorong roket ke atas. Gaya dorong yang diberikan gas kepada roket sama besar dengan gaya yang diberikan roket kepada gas, hanya arahnya berlawanan. Roket mendorong gas ke bawah, gas mendorong roket ke atas. Bagaimanakah dengan pesawat jet? pesawat jet juga menggunakan konsep hukum III Newton. Mesin pesawat jet memberikan gaya aksi dengan menyemburkan gas keluar lewat belakang pesawat, dan gas tersebut memberikan gaya reaksi dengan mendorong pesawat jet ke depan. Gaya dorong yang dilakukan oleh mesin pesawat jet terhadap gas sangat besar sehingga gas juga mendorong pesawat jet dengan gaya yang sangat besar. Mesin pesawat jet mendorong gas ke belakang, gas mendorong pesawat jet ke depan. Jadi arah gaya berlawanan, tapi besar gaya sama. Pesawat jet bergerak horisontal alias mendatar, sedangkan roket bergerak vertikal alias tegak lurus permukaan bumi. Selesai. Asyik khan fisika? dengan fisika, kita bisa menjelaskan banyak hal dalam kehidupan kita ini baru hukum III Newton lho, belom yang laen pokoknya seru deh Oya, baru lupa Mengapa mobil bergerak? Mobil bergerak karena mesin menggerakan roda sehingga roda berputar. Karena roda berputar maka mobil atau sepeda motor bergerak. Hmmm, apakah hanya demikian jawabannya? Penjelasan seperti ini belum cukup, karena jika mobil atau sepeda motor berada di atas permukaan es atau jalan yang sangat licin (tidak ada gesekan), apakah mobil masih bisa bergerak? paling rodanya muter di tempat. Mobil atau sepeda motor bisa bergerak ke depan karena ada gaya gesekan yang diberikan jalan pada roda. Gaya gesekan ini adalah gaya reaksi terhadap gaya aksi yang diberikan oleh roda terhadap jalan. Semakin cepat roda berputar, maka semakin cepat roda tersebut memberikan gaya aksi kepada jalan, dan jalan juga memberikan gaya reaksi secara cepat kepada roda kendaraan. Ingat bahwa gaya aksi dan reaksi tersebut bekerja sepanjang jalan yang dilewati oleh kendaraan beroda. Apakah gaya aksi dan reaksi antara roda dan jalan tersebut yang membuat mobil bergerak cepat? bukan mesin kendaraan yang memutar roda dengan cepat sehingga kendaraan beroda bergerak cepat. Jika mesin memutar roda 7
dengan lambat maka kendaraan beroda akan berjalan lambat. Tetapi ingat bahwa kendaraan beroda bisa bergerak karena terjadi gaya aksi reaksi antara roda dan jalan sepanjang lintasan kendaraan tersebut. Dirimu bisa memahami penjelasan GuruMuda khaen? kalo bingun dibaca perlahan lahan, kalo belum puas bisa diulangi sampai puas dan ngerti okhe? Ssttt.kalo lagi nyetir mobil atau motor jangan mikirin gaya aksi reaksi ya. ntar aksi reaksinya bukan antara roda dan jalan tapi malah antara dirimu dan jalan :) pisss. Catatan : Ingat ya, gaya mempengaruhi gerak benda jika diberikan kepada benda tersebut. Gaya yang diberikan oleh sebuah benda tidak mempengaruhi benda tersebut, tetapi mempengaruhi benda lain yang diberi gaya itu. Misalnya, ketika roda memberikan gaya aksi kepada jalan, maka gaya tersebut mempengaruhi jalan, bukan roda sebagai pemberi gaya aksi. Demikian juga ketika jalan memberi gaya reaksi kepada roda, maka gaya tersebut mempengaruhi roda; tidak mempengaruhi jalan. Beda lho intinya gaya mempengaruhi benda lain yang diberikan gaya. Gaya aksi yang diberikan roda bekerja pada jalan, sedangkan gaya reaksi yang diberikan jalan, bekerja pada roda. Sekian dan semoga bermanfaat 8
Referensi : Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga 9