Hukum III Newton

loading...

a)      Hukum III Newton

Gambar di bawah ini menunjukkan seorang anak yang duduk di papan yang beroda menarik secara tidak langsung tali yang kuat pada sebuah dinding. Ia beserta papan yang didudukinya itu bergerak ke arah dinding, padahal ia memberikan gaya yang arahnya menjauhi dinding.

Gambar.5: Seorang anak menarik tali yang terikat pada dinding.

Telah diketahui bahwa setiap benda yang mendapat gaya akan bergerak searah dengan gaya itu. Kesimpulan yang kita peroleh : ada gaya penggerak yang arahnya sama dengan arah anak itu bergerak. Gaya penggerak ini dikenal sebagai gaya reaksi (F’) dari gaya tarik tangan anak itu sebagai gaya aksi (F). Maka dapat dibuat kesimpulan: Untuk setiap aksi terdapatlah reaksi yang besarnya sama dan arahnya berlawanan.

”Apabila suatu benda mengerjakan gaya pada benda lain, maka benda yang ke dua ini mengerjakan pada benda pertama gaya yang sama besarnya tetapi arahnya berlawanan. (Hukum III Newton tentang gerak)”

Marilah kita tinjau beberapa keseimbangan. Dalam tinjauan ini kita membatasi diri pada gaya-gaya yang sebidang. Sebuah buku terletak di meja. (gambar). Jika massa buku 1kg maka beratnya w = 9,8 Newton. Karena ternyata buku itu terletak diam di meja, maka harus ada gaya lain yang bekerja pada buku itu yang segaris kerja, sama besarnya dan berlawanan arahnya den gan w.

Gambar 6. Gaya aksi-reaksi yang terjadi pada bola di atas meja

Gaya ini ditimbulkan oleh meja pada buku itu; gaya ini biasanya disebut gaya normal (N) karena tegaklurus bidang sentuh persekutuan. Jika W ditafsirkan sebagai gaya yang bekerja pada meja yang ditimbulkan oleh buku (aksi), maka N adalah gaya yang bekerja pada buku yang ditimbulkan oleh meja (reaksi).

Berdirilah Anda di dekat dinding, kemudian dorong dinding tersebut dengan tangan, apa yang Anda rasakan? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, Sir Isaac Newton memberikan suatu jawaban.

Jika anda mengerjakan gaya tersebut pada sebuah benda, benda itu akan mengerjakan gaya pada anda yang sama besarnya, tetapi dengan arah yang berlawanan. Pernyataan tersebut terkenal sebagai Hukum III Newton, atau sering disebut sebagai hukum aksi-reaksi. Semakin besar gaya aksi yang Anda berikan pada dinding semakin besar pula gaya reaksi.

b)     Penerapan Hukum Newton

Berikut ini akan dibahas beberapa contoh penerapan Hukum Newton dalam kehidupan sehari-hari.

1.      Gaya Tekan Kaki pada Alas Lift

Tinjaulah seorang siswa yang berada di dalam sebuah lift yang diam. Oleh karena lift diam, percepatannya nol (a = 0), berarti berlaku keseimbangan gaya.

F = ma

N – mg = 0 dengan mg = w

F = 0

berarti: N – w = 0 (secara vektor) sehingga besarnya,

N = w …............................................................................ (1.4)

Sebagai acuan, gaya normal N dan gaya berat w ini disebut juga sebagai gaya keseimbangan. Persamaan (1.4) juga berlaku jika lift bergerak dengan percepatan tetap ke atas ataupun lift bergerak dengan percepatan tetap ke bawah, mengapa demikian?

Perhatikan Gambar (7)! Seorang siswa berada di dalam sebuah lift yang sedang bergerak ke atas dengan percepatan a Sebagai acuan, gaya-gaya searah dengan gerak lift adalah positif dan yang berlawanan dengan arah gerak lift adalah negatif.

Gambar 7: Seorang anak berada di dalam lift yang bergerak ke atas dengan percepatan a

Menurut Hukum II Newton :

F = ma

N – mg = ma

N = mg + ma ………………………………………………………..(1.5)

Atau

W’ = mg + ma............................................................(1.6)

Selanjutnya, perhatikan gambar (8)!

Gambar 8: Seorang anak berada di dalam lift yang bergerak ke bawah

dengan percepatan a

Seorang siswa berada di dalam sebuah lift yang sedang bergerak ke bawah dengan percepatan a dengan menggunakan penalaran yang sama seperti saat lift bergerak ke atas akan didapatkan berat beban (mg) adalah positif dan gaya normal (N) adalah negatif. Oleh karena gaya berat searah dengan arah gerak lift, sedangkan gaya normal

berlawanan, berlaku:

F = ma

mg - N = ma

N = mg – ma…………………………………………………..(1.7)

Atau

W’ = mg – ma…………………………………………………..(1.8)

Dari pembahasan di atas, diperoleh gaya-gaya searah dengan gerak lift adalah positif, sedangkan gaya-gaya yang berlawanan arah dengan arah gerak lift adalah negatif. Seperti yang ditunjukkan pada saat lift bergerak ke atas maka gaya normal (N) adalah positif, sedangkan mg adalah negatif. Sebaliknuya, jika lift bergerak ke bawah, gaya mg menjadi positif dan gaya normal (N) menjadi negatif.

Apabila lift bergerak dipercepat ke atas, gaya normal bertambah. Sebaliknya, gaya normal akan berkurang pada saat lift bergerak dipercepat ke bawah. Apa yang akan terjadi jika lift bergerak dipercepat ke atas atau ke bawah?

Contoh soal 4

Seseorang bermassa 50 kg berdiri di dalam lift yang sedang bergerak ke atas dengan percepatan 5 ms-2. Jika percepatan gravitasi bumi adalah g = 10 msˉ², berapakah gaya tekan kaki orang tersebut pada alas lift itu?

Penyelesaian:

Dengan menggunakan persamaan (1.5)

N = mg + ma

= (50kg) (10msˉ²) + (50kg) (5msˉ²)

= 750 newton

Jadi, gaya tekan kaki orang tersebut pada alas lift adalah 750 newton.

2.      Gerak Benda pada Bidang Miring

Anda telah mempelajari sebuah benda yang disimpan di atas meja tidak akan jatuh. Hal ini disebabkan oleh adanya gaya lain yang bekerja selain gaya berat (w = mg), yaitu gaya normal (N). Arah gaya normal ini tegak lurus bidang sentuh.

Perhatikan gambar (9)! Sebuah balok bermassa m ditempatkan pada bidang miring licin.

Gambar 9: Benda berada pada bidang miring

Misalkan, diambil sumbu miring –x dan sumbu –y tegak lurus bidang miring. Komponen gaya berat (w = mg) pada:

Sumbu -x: wx = mg sin θ………………………………………….(1.9)

Sumbu –y: wy = mg cos θ.……………………………… ………(1.10)

Oleh karena  Fy = 0, dari uraian gaya-gaya diperoleh gaya normal (N), yaitu

N - mg cos θ = 0

N = mg cos θ        .………………………………………………..(1.11)

Gaya yang menyebabkan balok bergerak adalah gaya yang sejajar dengan bidang miring, yaitu gaya mg sin θ.

F = mg sin θ       .............................................................................(1.12)

Percepatan yang dialami oleh balok yang terletak pada bidang

miring licin menjadi :

 Fx = ma…………………………………...………………..…….(1.13)

dari persamaan (1.12) dan (1.13) diperoleh :

a = g sin θ........................................................................................(1.14)

Contoh soal 5

Sebuah balok ditempatkan pada bidang miring licin. Sudut kemiringan bidang dan horizontal adalah 30o. Jika panjang bidang miring adalah 10 meter, tentukanlah waktu yang dibutuhkan oleh benda tersebut saat tiba di ujung bidang miring!

Penyelesaian

Diketahui: θ =30o, s = 10 meter

Percepatan yang dialami benda adalah

a = g sin θ

a = (10 msˉ²) sin 30o

a = (10msˉ²) (0,5)

a = 5msˉ²

Waktu yang diperlukan oleh benda untuk sampai diujung bidang miring.

loading...