Hukum Newton Tentang Gerak

Percepatan akan timbul jika suatu benda kita dorong atau kita tarik dengan suatu gaya. Pada kesempatan ini kita akan mempelajari Hukum Newton tentang gerak. Ada tiga Hukum Newton tentang gerak. Hukum Newton 1 erat hubungannya dengan pernyataan Galileo (1564 – 1642) tentang inersia. Galileo menyatakan bila pengaruh luar dari suatu benda benar-benar dihilangkan, maka suatu benda akan tetap diam bila pada mulanya diam, dan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan bila pada mulanya bergerak dengan kecepatan konstan.

1.      Hukum pertama Newton tentang gerak

Hukum pertama Newton berbunyi : hukum 1 : Setiap benda akan mempertahankan keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya. (dalam bahasa aslinya : ”lex 1 : Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare” (sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_gerak_Newton)).

Jika resultan gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan 0, maka suatu benda yang diam akan tetap diam atau benda yang bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan atau secara matematis dapat ditulis:

Artinya benda akan bergerak dengan suatu percepatan jika jumlah gaya – gaya yang bekerja pada benda tersebut tidak sama dengan nol. Bila suatu benda sedang bergerak dengan suatu kecepatan konstan, maka benda tersebut akan tetap bergerak walaupun tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut, namun jika pada suatu benda yang bergerak dengan kecepatan konstan diberikan suatu gaya sehingga resulta gaya-gaya yang bekerja tidak sama dengan nol, maka benda tersebut akan mengalami percepatan atau perlambatan. Kondisi ini sulit diwujudkan pada kondisi normal di ruang terbuka, karena udara dan media luncur akan selalu memberikan gesekan (gaya) yang menyebabkan suatu benda akan berhenti bergerak (mengalami perlambatan) namun pada kondisi ruang hampa dan bebas gravitasi seperti di angkasa luar, kondisi ini sangat mudah terwujud. Contoh seperti meteor yg bergerak bebas jauh dari pengaruh gravitasi benda-benda langit yang lainnya.

Sebuah satelit yang telah diluncurkan akan terus mengorbit bumi dengan kelajuan konstan, tetapi kecepatan selalu berubah arah dengan besar yang tetap. Resultan gaya-gaya yang bekerja pada satelit tersebut tidak sama dengan 0, karena ada gaya sentripetal yang bekerja pada satelit sehingga satelit mengalami percepatan sentripetal. Dan bila satelit tersebut hendak dipindahkan posisinya, maka sebuah vektoring roket akan dihidupkan secara implus ( memberikan gaya dorong sesaat) sehingga satelit akan mengalami percepatan atau perlambatan yang mengubah arah dan besar kecepatannya. Dalam hal ini satelit tidak melakukan GLB. Ini sering di salah artikan seolah-olah resultan gaya pada satelit adalah nol.

Gambar 1 sebuah satelit yang sedang melakukan manuver menggunakan roket vektor untuk memberikan gaya implus selama beberapa detik sehingga mengubah arah dan besar kecepatan satelit (sumber : http://www.voughtaircraft.com/heritage/products/html/asat.html

2.      Hukum kedua Newton tentang gerak

Perhatikan gambar 2 berikut ini.

Gambar 2 gaya pegas, massa dan percepatan

Pada gambar 2 terdapat sebuah pegas yang dipasang secara horizontal dengan sebuah beban pada sebuah bidang yang tidak ada gesekannya sehingga sistem ini dapat bergerak tanpa gesekan. Pada kondisi pertama (b) terdapat massa m₂ pada pegas kemudian pegas diregangkan sejauh X, dan dilepas, maka benda m₂ akan mengalami percepatan sebesar a₂. Kemudian pada kondisi kedua sebuah massa m₁ dipasang mengantikan massa m₂ dimana m₁ > m₂ , kemudian diregangkan sejauh X sama dengan kondisi pertama dan dilepaskan, maka benda m₁ juga akan mengalami percepatan sebesar a₁ ternyata setelah kita ukur, didapat:

F adalah gaya tarik pegas yang besarnya konstanta pegas dikalikan dengan regangan X.

Hukum kedua Newton menyatakan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan perubahan momentum linier (p) terhadap waktu (t) atau dapat ditulis :

Persamaan (1) di atas dapat diselesaikan menjadi :

Untuk kasus kecepatan benda yang jauh lebih kecil dari kecepatan cahaya maka dm/dt dapat diabaikan sehingga persamaan (2) dapat disederhanakan menjadi :

F adalah gaya yang bekerja pada suatu benda, m adalah massa benda dan a adalah percepatan pada pusat massa benda. Untuk kasus dengan banyak gaya yang bekerja pada benda, maka F adalah resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut.

Hukum kedua Newton dalam bahasa aslinya (latin) berbunyi:

“Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.” (sumber :http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_gerak_Newton)

Diterjemahkan dengan cukup tepat oleh Motte pada tahun 1729 menjadi:

“Law II: The alteration of motion is ever proportional to the motive force impress’d; and is made in the direction of the right line in which that force is impress’d.”

Yang dalam Bahasa Indonesia berarti:

“Hukum Kedua: Perubahan dari gerak selalu berbanding lurus terhadap gaya yang dihasilkan / bekerja, dan memiliki arah yang sama dengan garis normal dari titik singgung gaya dan benda.”

3.      Hukum ke tiga Newton tentang gerak

Bunyi asli hukum ke tiga Newton adalah :

“Lex III: Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in partes contrarias dirigi”

(sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_gerak_Newton) )

Dapat diartikan : “untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besarnya tetapi berlawanan arah, atau gaya dari dua benda pada satu sama lainnya selalu sama besar dan berlawanan arah”

Hukum ke 3 Newton ini dikenal dengan hukum aksi dan reaksi yang secara matematis dapat ditulis :

Jika kita menarik sebuah tali yang terkait pada sebuah tembok, maka tembok juga akan menarik kita dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah dengan gaya tarik yang kita berikan, seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 3 ilustrasi hukum Newton 3 (sumber :http://www.mwit.ac.th/~physicslab/applet_04/physics_classroom/Class/newtlaws/u2l4a.html)

Namun ada beberapa kasus yang tidak termasuk gaya aksi dan reaksi seperti halnya gaya normal dengan gaya berat. Dalam sebuah sistem (lihat gambar 4 ) terlihat 2 buah gaya ini besarnya sama dan berlawanan arah, tetapi 2 gaya ini bukan pasangan gaya aksi dan reaksi. Gaya berat merupakan reaksi (timbul) akibat adanya gaya tarik bumi. Sehingga gaya berat merupakan pasangan dari gaya tarik benda terhadap bumi. Sedangkan gaya normal merupakan reaksi (timbul) karena adanya gaya tekan benda terhadap permukaan meja.

Gambar 4 gaya berat dan gaya normal

Syarat gaya aksi dan reaksi adalah :

1.    Sama besar

2.    Berlawanan arah

3.    Bekerja pada satu garis gaya

4.    Bekerja pada 2 benda yang berbeda

Dalam kehidupan sehari-hari hukum Newton cukup mumpuni untuk digunakan menyelesaikan beberapa kasus fisika, namun untuk kasus-kasus yang melibatkan kecepatan yang tinggi (mendekati kecepatan cahaya), kasus-kasus dalam skala ukuran yang sangat kecil seperti atom dan turunannya atau medan gravitasi yang sangat kuat,  hukum Newton tidak dapat lagi digunakan. Penjelasan untuk kondisi ini membutuhkan pendekatan fisika yang lebih komplek seperti teori medan kuantum dan teori relativitas umum.

Jika ada salah mohon dikoreksi, untuk kebaikan bersama, terima kasih.