HUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK

POKOK BAHASAN :

• Gaya dan Massa

• Macam-macam Gaya

• Hukum-hukum Newton

Pendahuluan

Ilmu Fisika

Ilmumengenai

tata aturanalam

semesta

Pencarian ilmupengetahuan

terbarukan yang bisamembawa nilaimanfaat bagi

kehidupan manusia

Industri

IT

Lingkungan

Pendahuluan

PERUBAHAN GERAK

(Percepatan)

PERUBAHAN BENTUK

(deformasi)

GAYAoleh

?

• Menggambarkan adanya interaksi

antara benda dengan lingkungannya.

• Merupakan besaran vektor.

RESULTAN GAYASETIMBANG

GLBB

0

= 0

Konsep Gaya dan Massa

• Hukum Newton menyatakan hubungan antara gaya, massa dan gerak

benda

• Gaya adalah kekuatan dari luar berupa dorongan atau tarikan.

• Gaya penyebab terjadi gerakan benda (tetapi tidak selalumenimbulkan gerak).

• Konsep Gaya dan Massa dijelaskan oleh Hukum Newton

• Massa adalah materi yang terkandung dalam suatu zat dan dapatdikatakan sebagai ukuran dari inersia (kelembaman).

• Berat = gaya gravitasi pada benda

Massa dan Berat

• Massa adalah sifat dari benda itu sendiri, yakni ukurankelembaman benda tersebut atau “jumlah zat’-nya.

• Berat adalah gaya, gaya gravitasi yang bekerja padasebuah benda.

• Sebuah batu ketika dibawa ke bulan, tetap menjadi batudengan ukuran yang sama. Yang berbeda adalah berat-nyaalias gaya gravitasi yang bekerja pada batu tersebut

• Suatu benda dengan massa yang jatuh secara bebas kebumi hanyalah dipengaruhi oleh satu gaya, yaitu gaya tarikbumi atau gaya gravitasi, yang kita sebut berat W daribenda.

• Karena itu F = m.a memberikan kita hubungan F = W, a=g dan m; jadi w = m.g. berhubung g=10 m/s2 di bumi,maka 1 kg benda beratnya 10 N di bumi.

W = m g

Bumi

g = percepatan gravitasi

INTERAKSI

Kontak langsung

Jarak jauh Medan gaya

Medan gaya (interaksi) yang terjadi di alam :➢Gaya gravitasi : antara benda bermassa➢Gaya elektromagnetik : antara benda bermuatan➢Gaya Kuat : antara partikel subatomik➢Gaya lemah : proses peluruhan radioaktif

Satuan Gaya

Sisem Satuan Nama Khusus Definisi

M.K.S Kg.m.dt-2 Newton (N) 1N gaya yang bekerja pada benda denganmassa 1 kg dan percepatan 1 m.dt-2

c.g.s gr.cm.dt-2 Dyne (dn) 1dn gaya yang bekerja pada benda denganmassa 1 gr dan percepatan 1 cm.dt-2

BESARAN NOTASI MKS CGS

Gaya berat W newton (N) dyne

Massa M kg gram

Gravitasi G m/det2 cm/det2

Hukum-Hukum Newton

• Isaac Newton (1643-1727) mempublikasikan hukumgeraknya dan merumuskanhukum gravitasi universal

• Hukum gerak Newton menjelaskan hubungan gayadan gerak yang diakibatkanoleh gaya tersebut.

• Hukum gerak Newton terdiridari hokum kelembaman, hukum Newton II dan hukumaksireaksi

Hukum Newton I

Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda makabenda tersebut akan selalu pada keadaannya, yaitu benda yang diamakan selalu diam dan benda yang bergerak akan bergerak dengankecepatan konstan.

S F = 0 a = 0

Hukum

KelembamanSistem

Inersial

Hukum Newton I

• Menurut hukum Newton I, suatu benda akan mempertahankankeadaannya jika tidak diberi gaya (tetap diam atau tetap bergeraklurus beraturan).

• Contoh:o Ketika mobil digas tiba-tiba, tubuh kita akan terlempar ke belakang karena

tubuh kita ingin tetap mempertahankan diam.

o Ketika mobil direm mendadak, tubuh kita akan terlempar ke depan karenatubuh kita ingin mempertahankan gerak

• Hukum Pertama Newton telahdibuktikan oleh para astronoutpada saat berada di luar angkasa.Ketika seorang astronoutmendorong sebuah pensil (pensilmengambang karena tidak adagaya gravitasi),pensil tersebutbergerak lurus dengan laju tetapdan baru berhenti setelahmenabrak dinding pesawat luarangkasa. Hal ini disebabkan karenadi luar angkasa tidak ada udara,sehingga tidak ada gaya gesek yangmenghambat gerak pensil tersebut.

Hukum Newton II

• “Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada bendaberbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalikdengan massa benda.”

Fa

aF m=

xx maF = yy maF = zz maF =

Satuan Gaya : newton (N) 2-smkg1N1 2scmg1dyne1 −

2sftslug1lb1 −=

1 N = 105 dyne

1 N = 0.225 lb

Contoh:

• Sebuah bola bilyard diletakkan pada permukaan yang licin sekali(anggap gesekannya tidak ada). Dua gaya berkerja pada bola iniseperti pada Gambar. Hitung percepatan tersebut jika massanya 0,5kg.

Hukum Newton III

• Hukum III Newton, yang dikenal sebagai hukum aksi-reaksi, yangbunyinya “Jika benda pertama memberikan gaya pada benda keduamaka benda kedua akan memberikan gaya yang besarnya samatetapi arahnya berlawanan.

Contoh

????

Penerapan Hukum Newton

Penerapan Hukum Newton

Gaya Gravitasi

• Newton mengemukakan, bahwa ternyata ada suatu ”gaya pada suatu jarak” yang memungkinkan dua benda atau lebih untuk berinteraksi.

• gaya gravitasi akan bekerja pada massa suatu benda yang masih berada dalammedan gravitasi suatu benda atau planet.

• Gaya gravitasi atau gaya tarik-menarik dapat berlaku secara universal dansebanding oleh massa masing -masing benda dan berbanding terbalik dengankuadrat jarak kedua benda.

Contoh:

1. Jika dua planet masing-masing bermassa 2 x 1020 kg dan 4 x 1020 kg, mempunyai jarak antara kedua pusat planet sebesar 2 x 105 km. Tentukan besar gaya tarik menarik antara kedua planet!

2. Gaya tarik gravitasi antara dua buah benda bermassa adalah 4 x1010 N. Bila massa benda adalah 3 kg dan 9 kg. Tentukanlah jarakantara kedua benda itu!

Medan Gravitasi

• Di samping gaya gravitasi, hukum gravitasi Newton juga menetapkantentang medan gravitasi disekitar suatu benda atau umumnya sebuahplanet

Contoh:

• Sebuah planet bermassa 6 x 1024 kg dan berjari-jari 4.000 km.Tentukan percepatan gravitasi di permukaan planet tersebut!

Gaya Normal

• Besar gaya normal ini sangat tergantung pada keadaan benda yangsaling kontak tersebut. Untuk menentukannya besarnya gaya normaldapat menggunakan hukum I dan II Newton.

𝜮F = 0

N – W = 0

N = W (w = m.g)

Contoh:

• Sebuah balok bermassa 5 kg. Jika percepatan gravitasi ( g ) = 10 m/s2 maka tentukan:

1. Berat balok,

2. Gaya normal jika balok diletakkan di atas bidang datar,

3. Gaya normal yang bekerja pada balok jika diam di atas bidang miring yangmembentuk sudut 30o terhadap horisontal.

Penyelesaian :

m = 5 kgg = 10 m/s2

a. Berat balok adalah :

w = m g = 5 .10 = 50 N

Soal :

• Sebuah benda dengan massa 300 kg berada pada suatu bidangmiring, seperti yang terlihat pada gambar di samping. Jika gaya gesekdiabaikan, tentukan besar gaya normal dan gaya yang menyebabkanbenda bergerak ke bawah!

Gaya Gesek

• Untuk keadaan benda yang diam dinamakan gaya gesek statis (fs)

• Untuk keadaan benda yang bergerak dinamakan gaya gesek kinetik(fk)

fs max = μs . N

fs = F

fs max = μs . N

Contoh

• Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar yang kasar dengankoefisien gesek μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik gaya sebesar Fmendatar. Percepatan gravitasi ( g ) = 10 m/s2 . Tentukan gaya gesek yangdirasakan balok dan percepatan balok jika:a. F = 100 N

b. F = 140 N

Penyelesaian :Diketahui :

m = 20 kg; g = 10 m/s2

μs = 0,6; μk = 0,3

F1 = 100 N; F2 = 140 N

• N = w = m g = 200 N

• fs max = μs . N = 0,6 . 200 = 120 N

Soal :

• Sebuah mobil mainan yang mula-mula diam memiliki massa 500gram, berjalan di atas lantai yang mempunyai koefisien gesek kinetis0,2 dan koefisien gesek statis 0,4. Jika mesin mobil menghasilkan gayadorong sebesar 10 N dalam 2 sekon, maka tentukan jarak yangditempuh mobil mainan itu selama gayanya bekerja!

Gerak Benda Pada Bidang Datar

Soal

• Suatu benda bermassa 20 kg berada di papan yang licin sempurna.Benda tersebut ditarik oleh suatu gaya sebesar 50 N ke arahmendatar, hitunglah percepatan dan kecepatan yang dialami olehbenda tersebut setelah gaya tersebut bekerja selama 10 sekon?

• Sebuah balok bermassa 10 kg terletak pada bidang datar yang licin.Balok tersebut ditarik dengan gaya 40 N yang membentuk sudut 40o

dengan bidang datar. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 makahitunglah percepatan dan jarak perpindahan benda setelah gaya Fbekerja selama 8 sekon (diketahui pada t = 0 benda diam)

Gerak Benda yang Dihubungkan dengan Tali

• Apabila massa balok A dan B masing-masingadalah m1 dan m2, serta keduanya hanyabergerak pada arah komponen sumbu x saja danpercepatan keduanya sama yaitu a, makaresultan gaya yang bekerja pada balok 1(komponen sumbu x) adalah:

• ∑ Fx(1)= T = m1.a

• Sementara itu, resultan gaya yang bekerja padabalok 2 (komponen sumbu x) adalah:

• ∑Fx(2) = F – T = m2.a

Gerak Benda di Dalam Lift

• Lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan

• Lift dipercepat ke atas

• Lift dipercepat ke bawah

Lift dalam keadaan diam atau bergerak dengankecepatan konstan

• Komponen gaya pada sumbu y adalah:∑Fy = N – wPada komponen sumbu y, berarti ay = 0, sehingga:∑Fy = 0N – w = 0N = w = m.g

Lift dipercepat ke bawah

• Komponen gaya pada sumbu y adalah:∑Fy = N – w

• Dalam hal ini, lift bergerak ke atas mengalami percepatan a, sehingga:

∑Fy = N – wN – w = m.aN = w + (m.a)

Lift dipercepat ke bawah

• Komponen gaya pada sumbu y adalah:

∑Fy = w – N

• Dalam hal ini, lift bergerak ke bawah mengalami percepatan a, sehingga:

∑Fy = m.a

w – N = m.a

N = w – (m.a)

Gerak Benda yang Dihubungkan dengan Talimelalui Katrol

• Resultan gaya yang bekerja padabalok A adalah:∑FA = mA .awA– T = mA.a

• Resultan gaya yang bekerja padabalok B adalah:∑FB = mB.a

T – wB = mB.a

Contoh:

• Dua benda M1 dan M2 masing-masing bermassa 2 kg dan 3 kg dihubungkan dengan tali katrol . jika kecepatan gravitasi 10 m/s2 makategangan tali pada sistem adalah….

Benda terletak pada bidang yang licin dihubungkan dengan bendalain dengan menggunakan seutas tali melalui sebuah katrol

• Besarnya tegangan tali (T ) dapat ditentukan dengan meninjauresultan gaya yang bekerja pada masing-masing benda, dandidapatkan persamaan:

• T = mA.a, Atau

• T = wB – mB.a = mB.g – mB.a = mB(g – a)

Contoh:

Contoh:

• Balok A = 2 kg dihubungkan dengan tali ke balok B = 4 kg pada bidang datar,kemudian balok B dihubungkan dengan katrol di tepi bidang datar, laludihubungkan dengan balok C = 4 kg yang tergantung di samping bidang datar. Jikakoefisien gesek kinetik dan statis antara balok A dan B terhadap bidang dataradalah 0,3 dan 0,2, dan massa katrol diabaikan, maka tentukan tegangan taliantara balok A dan B !

Soal :

• Benda A dengan massa 6 kg dan benda B denganmassa 3 kg dihubungkan dengan tali seperti gambardi samping. Jika koefisien gesekannya 0,3 dan g = 10m/s2, tentukan percepatan benda!

• Balok A = 8 kg dihubungkan dengan tali ke balok B =10 kg pada bidang datar, kemudian balok Bdihubungkan dengan katrol di tepi bidang datar, laludihubungkan dengan balok C = 6 kg yangtergantung di samping bidang datar. Jika koefisiengesek kinetik dan statis antara balok A dan Bterhadap bidang datar adalah 0,4 dan 0,3, danmassa katrol diabaikan, maka tentukan tegangan taliantara balok A dan B !