GAYA DAN HUKUM NEWTON 1. Gaya Gaya merupakan suatu besaran yang mempunyai besar dan arah. Satuan gaya adalah Newton (N). Gbr. 1 Gaya berupa tarikan pada sebuah balok Pada gambar 1 ditunjukkan sebuah balok bergerak setelah ditarik oleh seorang pemuda dengan gaya sebesar 1 N ke arah kanan. Sebuah benda yang dikenai gaya akan mengalami perubahan seperti perubahan bentuk misalnya balon yang ditekan akan berubah bentuk. Gaya dapat juga menyebabkan perubahan kecepatan, misalnya sebuah mobil yang bergerak dengan kecepatan tertentu jika direm kecepatannya akan berkurang atau berhenti. Perubahan lain yang disebabkan oleh adanya gaya yang bekerja yaitu perubahan arah gerak seperti pada sebuah bola yang menggelinding dan arah geraknya akan berubah ketika ditendang oleh pemain kearah yang berbeda dengan arah gerak semula. Gaya yang bekerja pada sebuah benda, baik benda yang diam maupun bergerak ada bermacam-macam diantaranya: a. Gaya Berat (W), merupakan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Arah gaya berat selalu tegak lurus ke bawah dimanapun posisi benda diletakkan, baik pada bidang miring, vertical mupun horizontal.
Gbr. 2. Gaya Berat pada sebuah balok Gaya berat dinyatakan dalam perasamaan : b. Gaya Normal (N), merupakan gaya yang bekerja pada bidang sentuh antara dua permukaan yang bersentuhan, dan arahnya selalu tegak lurus bidang sentuh. Gbr. 3. Gaya Normal yang bekerja pada sebuah balok Jika: N > 0 : benda menekan bidang tempat benda N = 0 : benda meninggalkan lintasan c. Gaya Gesek, merupakan gaya yang muncul jika permukaan dua benda secara fisik bersentuhan secara langsung. Arah gesekan searah dengan permukaan bidang sentuh dan berlawanan dengan arah kecenderungan bergerak. Gaya gesek ada dua macam, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis.. Besarnya gaya gesek tergantung pada kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersentuhan. Tingkat kekasaran ini dinyatakan dengan koefisien gesekan. Gbr. 4. Arah vektor gaya gesek Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam. Untuk benda diam, koefisien gesekan disebut koefisien gesekan statis, disimbolkan µ s. Selain tingkat kekasaran permukaan benda, besarnya gaya
gesek dipengaruhi oleh besar gaya normal (N) yang diberikan bidang pada benda. Gaya gesek statis dinyatakan dalam persamaan: Pada sebuah benda yang diam, gaya yang bekerja harus lebih besar dari gaya gesek statis maksimum untuk membuat benda tersebut bergerak. Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada enda yang bergerak. Koefisien gesekan pada benda yang bergerak disebut koefisien gesekan kinetis, disimbolkan µ k. Hubungan gaya gesek kinetis dengan gaya normal seperti pada persamaan berikut: Gaya gesek kinetis arahnya berlawanan dengan kecepatan dan nilainya selalu lebih kecil dari gaya gesek static. Gaya ini digunakan pada benda yang meluncur/sliding. d. Gaya tegang tali (T), merupakan gaya yang bekerja pada ujung-ujung tali karena tali tersebut tegang. Jika tali dianggap ringan, maka gaya tegang tali pada kedua ujung tali yang sama dianggap sama besarnya. Gbr. 5. Gaya tegang tali yang bekerja Pada gambar 5, gaya tegang tali yang bekerja pada system semua sama besar, T 1 =T 2. 2. Hukum Newton 1 Hukum Newton 1 menyatakan jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol (ΣF = 0), maka benda yang diam akan tetap diam, dan benda yang bergerak akan bergerak lurus beraturan. Hukum Newton 1 ini disebut juga Hukum Inersia atau Hukum Kelembaman benda. Kelembaman atau inersian diartikan sebagai sifat suatu benda untuk mempertahankan keadaanya. Benda yang semula diam akan cenderung tetap diam, demikian juga sebaliknya benda yang bergerak akan cenderung tetap bergerak. Contoh pada saat berada di atas kendaraan bergerak yang kemudian direm secara mendadak maka tubuh penumpang akan terdorong ke depan yang menunjukkan kecenderungan untuk bergerak.
3. Hukum Newton II Hukum Newton II menunjukkan perbandingan antara gaya dengan massa benda, jika satu atau lebih gaya bekerja pada benda maka percepatan yang dihasilkan berbanding lurus dan searah dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda. Semakin besar massa suatu benda maka semakin besar gaya yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut. 4. Hukum Newton III Hukum Newton III mengatakan bahwa jika suatu gaya diberikan pada suatu benda (aksi), maka benda tersebut akan memberikan gaya yang sama besar dan berlawanan dengan gaya yang diberikan (reaksi) Jika kita mendorong tembok maka tembok akan mendorong kita dengan gaya yang sama besar dengan gaya dorong kita. Beberapa kondisi yang menunjukkan Hukum Newton III yaitu: Gaya gravitasi bumi Sebuah balok yang diletakkan di atas lantai
Balok pada bidang miring Gbr. 5. Sistem pada bidang miring Soal Latihan: 1. Sebuah bola bilyard diletakkan pada permukaan yang licin sekali (anggap gesekannya tidak ada). Dua gaya bekerja pada bola ini seperti pada Gb. Hitung percepatan tersebut jika massanya, 0,5 kg. (Penyelesaian: carilah percepatan dalam dua arah (sb x dan y) : a x dan a y, percepatan a = resultan dari : a x dan a y ) 2. Sebuah mobil bermassa 10 000 kg, bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Mobil direm dan berhenti setelah menempuh jarak 200 m. Berapakah gaya pengeremannya? (Penyelesaian: Cari percepatan a menggunakan persamaan GLBB, Hitung gaya yg digunakan untuk bergerak : F = m.a Mobil berhenti karena ada F pengereman yang besarnya sama dengan F tapi arahnya berlawanan) 3. 4. Suatu benda dijatuhkan dari atas bidang miring yang licin dan sudut kemiringan 30 0. Tentukanlah percepatan benda tersebut jika g = 10 m/s 2 dan massa benda 4 kg. (Penyelesaian: Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda. Tentukan gaya yang menyebabkan benda bergerak.)
5. Perhatikan gambar, Massa benda satu dan dua masing-masing 6 kg dan 2 kg. Hitung percepatan dan tegangan tali jika g = 10 m/s 2 Penyelesaian: Tinjau gaya yang bekerja pada masing-masing benda Tentukan persamaan tegangan tali Daftar Pustaka Sarojo, Ganijanti. 2002. Seri Fisika Dasar: Mekanika. Salemba Teknika. Jakarta. Halliday & Resnic. 1987. Fisika. Erlangga. Jakarta.