Rangkuman Materi Hukum Newton Tentang Gerak Kelas 10 beserta Contohnya

Materi Hukum Newton tentang Gerak meliputi materi gaya, hukum Newton, berat, Gaya Normal, Gaya Gesek, dan Tegangan Tali.

A. Pengertian Gaya

Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yang dikerahkan sebuah benda terhadap benda lain. Gaya dinyatakan dalam satuan Newton (N). Gaya dapat diukur langkung dengan menggunakan neraca pegas. Gaya dibedakan menjadi dua, yaitu: gaya sentuh dan gaya tak sentuh.

1. Gaya sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda akibat adanya sentuhan. Contohnya, gaya otot dan gaya gesek.
2. Gaya tak sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda tanpa adanya sentuhan dengan benda tersebut. Contohnya, gaya gravitasi dan gaya listrik.

B. Hukum Newton

Seorang ilmuan fisika yang bernama Isaac Newton dalam bukunya Philosopiae Naturalis Principia Mathematica yang dikenal sebagai principia menyatakan tiga hukum tentang gerak benda.

1. Hukum Newton I

Hukum Newton I berbunyi:

Setiap benda akan terus berada pada keadaan diam atau bergerak dengan kelajuan tetap sepanjang lintasan lurus jika tidak dipaksa untuk merubah keadaan geraknya itu oleh gaya – gaya yang berkerja padanya. 

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau bergerak dengan kelajuan tetap pada garis lurus disebut inersia (kelebaman). Sehingga, Hukum Newton I sering disebut Hukum Inersia.

Contoh Hukum Newton I:

• Apabila mobil yang kita tumpangi bergerak maju secara tiba – tiba, maka tubuh kita akan terdorong ke belakang.
• Apabila mobil yang kita tumpangi direm secara mendadak, maka tubuh kita akan terdorong ke depan.
• Apabila mobil yang kita tumpangi melintasi tikungan, maka tubuh kita seolah – olah akan terlempar ke sisi luar tikungan.

2. Hukum Newton II

Hukum Newton II berbunyi:

Resultan gaya yang bekerja pada suatu benda akan mengakibatkan terjadinya perubahan momentum. Perubahan momentum tiap satu satuan waktu yang dialami oleh benda tersebut berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja padanya.

Hukum Newton II dirumuskan secara matematis dengan persamaan:

Keterangan:

F = gaya (N)

m = massa benda (kg)

a = percepatan benda (m/s²)

Semakin besar resultan gaya, maka semakin besar pula percepatan yang dihasilkan. Oleh sebab itu, percepatan benda berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut. Arah percepatan sama dengan arah resultan gayanya.

Contohnya:

• Jika suatu benda diberi gaya 20 N, benda tersebut memiliki percepatan 4 m/s². Apabila gaya yang diberikan pada benda tersebut diubah menjadi 25 N maka benda tersebut akan memiliki percepatan 5 m/s².
• Mobil massanya 50 kg. Didorong oleh mesin dengan gaya 1500 N sehingga mendapat percepatan 3 m/s².

3. Hukum Newton III

Hukum Newton III berbunyi:

Jika suatu benda mengerjakan gaya (aksi) pada benda lain, maka benda yang dikenai aksi akan melakukan gaya (reaksi) pada benda pertama yang bersarnya sama tetapi arahnya berlawanan gaya aksi.

Contohnya:

• Ketika kita mendorong ujung meja, maka bentuk tangan kita akan berubah. Hal tersebut terjadi karena ketika tangan mendorong meja, meja mendorong tangan kembali.
• Ketika pendayung mendorong air ke belakang. Gaya ke belakang pada air itu menghasilkan gaya yang sama tetapi berlawanan sehingga dapat menggerakkan perahu ke depan.

C. Berat, Gaya Normal, Gaya Gesek, dan Tegangan Tali

1. Berat (w)

Berat adalah gaya gravitasi bumi yang dirasakan oleh benda – benda di sekitar bumi. Berat dirumuskan sebagai berikut:

w = m . g

Dimana,

w = berat (N)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi bumi (g = 10 m/s²)

2. Gaya Normal (N)

Gaya normal adalah gaya yang bekerja dengan arah tegak lurus dengan bidang sentuh jika dua benda saling bersentuhan. Besarnya gaya normal dapat ditentukan menggunakan hukum I Newton dan hukum II Newton.

Contohnya:

• Balok berada di atas meja atau lantai
• Penghapus ditekankan pada papan saat menghapus

3. Gaya Gesekan (f)

Gaya gesekan adalah gaya yang melawan arah gerak benda. Gaya gesekan terbagi menjadi gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis.

• Gaya gesekan statis adalah gaya gesekan yang timbul pada saat benda sedang diam
• Gaya gesekan kinetis adalah gaya gesekan yang timbul pada saat benda sedang bergerak

Secara matematis, gaya gesekan dirumuskan sebagai berikut:

f_s = μ_s N

dan

f_k = μ_k N

Dimana,

N = gaya normal

f_s = gaya gesekan statis

μ_s = koefisien gesekan statis

f_k = gaya gesekan kinetis

μ_k = koefisien gesekan kinetis

Contoh gaya gesekan yang menguntungkan:

1. Gaya gesekan antara alas kaki dengan jalan, agar tidak terpeleset saat jalan
2. Gaya gesekan antara ban kendaraan dengan jalan, agat tidak slip ketika berjalan.

Contoh gaya gesekan yang merugikan:

1. Gesekan antar permukaan mesin, mesin cepat aus
2. Gesekan udara dengan mobil, laju mobil terhambat

4. Tegangan Tali (T)

Tegangan tali adalah gaya yang bekerja pada ujung – ujung tali karena tali tersebut tegang. Arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau benda yang ditinjau.

D. Aplikasi Hukum – Hukum Newton tentang Gerak

• Gerak benda pada bidang datar, misalnya: balok yang memiliki massa m bergerak pada bidang datar yang licin.
• Gerak benda pada bidang miring, misalnya: balok yang memiliki massa m bergerak menuruni bidang miring yang licin.
• Gerak benda – benda yang dihubungkan dengan tali, misalnya: dua buah balok yang dihubungan dengan seutas tali bergerak pada bidang datar yang licin sehingga tali dalam keadaan tegang.
• Gerak benda di dalam lift, misalnya: lift yang bergerak ke atas dan ke bawah akan mengalami percepatan ke atas dan ke bawah. Kemudian jika lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan tetap maka lift tidak memperoleh percepatan, a = 0.
• Gerak benda yang dihubungan dengan tali melalui sebuah katrol, misalnya: saat kita mengambil air sumur menggunakan katrol, maka kita harus menarik tali katrol yang tidak dihubungan dengan ember yang berisi air, sehingga ember yang berisi air akan naik ke atas.

E. Dinamika Gerak Melingkar

Benda yang bergerak melingkar akan selalu ada percepatan yang arahnya menuju ke pusat lingkaran yang disebut percepatan sentripetal. Besarnya percepatan sentripetal dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

a_s = percepatan sentripetal (m/s²)

v = laju linear benda (m/s)

ω = laju sudut benda (rad/s)

R = jari – jari lintasan benda (m)

Sesuai dengan Hukum Newton, penyebab benda dapat bergerak dengan suatu percepatan adalah gaya. Gaya yang menyebabkan adanya percepatan sentripetal disebut gaya sentripetal dan dirumuskan sebagai berikut: