DINAMIKA II

HUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK DAN GRAVITASI

SK dan KD         STANDAR KOMPETENSI

            Menganalisis gejala alam dan keteraturannya dalam cakupan mekanika benda titik

         KOMPETENSI DASAR

Menganalisis keteraturan gerak planet dalam tata surya berdasarkan hukum-hukum

newton

         TUJUAN

Setelah mempelajari bab ini siswa diharapkan dapat:

1.      Memahami hukum I, II dan II Newton

2.      Menganalisa gerak benda berdasarkan gaya-gaya yang bekerja padanya

3.      Menganalisa kejadian-kejadian ataufenomena yang berhubungan dengan hukum

newton dalam kehidupan sehari-hari

4.      Mengaplikasikan hukum newton dalam kehidupan sehari-hari

5.      Mendeskripsikan gerak planet berdasarkan hukum newton dan hukum kepler

PETA KONSEP

KATA KUNCI-Gaya                            - Hukum I Newton      -Hukum Kepler -Gaya gesek statis         - Hukum II Neton        - Medan Gravitasi  -Gaya gesek kinetis        - Hukum III Newton    - Percepatan Gravitasi

MATERIHUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK

Pada bab sebelumnya kita telah membahas tentang gerak, posisi, kecepatan dan

percepatan.pada bab tersebut merupakan pengenalan tentang kinematika benda titik. Pada bab

ini kita akan membahas tentang gerak dan apa yang mentebabkan benda itu dapat bergerak.

Didalam kehidupan sehari-hari tentu kita telah melihat gerak dan jenis-jenisnya.

Misalnya saja ketika kita bermain sepak bola dan menendang bola maka bola akan bergerak.

Atau ketika kita sedang berlari maka kita juga bergerak terhadap titik acuan. 

Kemudian coba kita lihat lagi fenomena berikut ini. Ketika kita sedang bermain di

sebuah kebun mangga tiba-tiba kita melihat buah mangga jatuh dari tangkainya menuju ke

bumi. Padahal tidak ada yang menjatuhkan. Namun mangga tersebut jatuh kea rah pusat

bumi. Mengapa benda itu jatuh dengan arah menuju pusat bumi? dan apakah kaitannya gerak

mangga tersebut dengan gaya?. Semua pertanyaan itu dapat kita jelaskan dengan

menggunakan hukum-hukum Newton tentang gerak dan gravitasi.

BRAINSTORMING

“ pernahkah anda melihat seorang atlet pemanah yang sedang membidik dengan anak

panah danbusurnya?. Ketika anak panah terlepas dari busurnya, maka seketika itu

anak panah bergerak melesat dengan kecepatan tertentu menuju titik sasaran, lalu

apa yang menyebabkan anak panah tersebut melesat dari busurnya? Cobalah

analisa fenomena diatas sesuai dengan pemahamanmu tentang gerak dan gaya” 

MATERIHUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK

A.    BESARAN FISIS DALAM DINAMIKA II

Sebelum kita mempelajari lebih lanjut materi Hukum Newton tentang gerak dan

gravitasi maka untuk mempermudah mempelajarinya kita terlebih dahulu mengenal

besaran-besaran fisis yang ada kaitannya dengan materi ini. Jika anda sudah mengena

besaran-besaran fisi yang ada, maka diharapkan anda memahami definisi-definisi dari

besaran fisi tersebut. Karena hal it akan menunjang anda untuk lebih mudah memahami

materi ini. Anda perlu mengingat bahwa besaran-besaran fisi tersebut adalah besaran-

besaran fisi yang digunakan untuk memformulasikan hukum-hukum newton tentang

gerak dan gravitasi.

Adapun besaran-besaran fisis dalam dinamika II adalah:

1.      Massa     

     Massa adalah salah satu besaran fisika yang menunjukkan banyaknya materi yang terkandung dalam sebuah benda. Massa seringkali dikaitkan dengan kelembaman satu benda. Massa juga dapat diartikan seagai ukuran kelembaman suatu benda atau “inersia”.

  Massa termasuk besaran scalar. Artinya massa hanya mempunyai nilai sehingga tidak memiliki arah. Dalam sistem internasional (SI) satuan massa adalah kilogram (kg).  Coba anda perhatikan ilustrasi berikut:

 

“arif mendorong sebuah meja A yang bermassa 5 kilogram dan risky mendorong meja B

bermassa 10 kilogram. Keduanya mendorong dengan menggunakan gaya yang sama.”

Mari kita analisa ilustrasi berikut dengan menngunakan gambar sebagai berikut:

 

(Gambar 1.0 dengan besar gaya yang sama benda 5 kg akan bergerak lebih cepat

daripada benda 

                   yang bermassa 10 kg, hal ini disebabkan karena perbedaan massa) 

Dari ilustrasi diatas kita bisa mendapatkan pemahaman bahwa : “semakin besar massa

yang dimiliki 

oleh suatu benda maka benda tersebut memiliki inersia/kelembaman yang besar.

Artinya, benda

tersebut cenderung akan mempertahankan kedudukannya (diam) dibandingkan

dengan benda yang

bermassa lebih kecil”

2.      GAYA

      Sering kali kita mendengar istilah gaya dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya

saja. Hari ini Arif  memakai pakaian bergaya seperti koboi. Kemarin ia gaya

sekali dating ke acara pesta pernikahan. Fenomena tersebut diatas tentu berbeda

bila dibandingkan dengan fenomena ini. Contoh, arif menarik kursi dengan gaya

sebesar 10 N, Rizky mendorong meja dengan gaya sebesar 20 N. 

Kedua istilah diatas sama-sama menggunakan kata “Gaya” akan tetapi memiliki makna

yang berbeda. Makna kata gaya yang pertama dalam ilustrasi diatas menunjukkan kata

“style” atau model/modis pakaian. Sedangkan kata”Gaya” yang kedua dalam ilustrasi diatas

dalam fenomena mendorong dan menarik menunjukkan kata “force” atau gaya yang artinya

merujuk pada sebuah “tarikan” atau “dorongan”.

Gaya seringkali diidentikkan dengan sebuah “tarikan dan ‘dorongan” pada sebuuah

benda. Tetapi sesungguhnya gaya tidak harus berupa tarikan atau dorongan. Bisa juga dalam

bentuk yang lain.

Gaya termasuk dalam besaran vector. Artinya, gaya memiliki nilai dan arah. Arah dari

sebuah gaya sesuai dengan arah gerak 9atau arah percepaatan) yang ditimbulkannya.

Satuan gaya dalam SI adalah Newton (N) atau (kg.m/s2) Alat untuk mengukur gaya

disebut dynamometer

1 Newton = 10 5 dyne

Jadi, 1 Newton adalah besarnya gaya yang dapat memberikan percepatan sebesar 1

m/s2 pada benda bermassa 1 kg.

Macam-macam gaya dilihat dari cara gaya mempengaruhi benda lain yaitu:

  Gaya sentuh : terjadi melalui persentuhan antara benda-benda yang berinteraksi

Contoh : gaya otot, gaya mesin, gaya gesekan dan gaya pegas

  Gaya tak sentuh : terjadi tanpa persentuhan antara benda-benda yang

berinteraksi

Contoh : gaya listrik, gaya gravitasi dan gaya magnet

Namun pada dasarnya semua gaya yang ada di atas dapat kita kelompokkan menjadi

empat gaya fundamental yaitu:

1.      Gaya Gravitasi

2.      Gaya elektromagnetik

3.      Gaya Nuklir Kuat

4.      Gaya Nuklir Lemah

 

3.      Gaya Normal

Ketika kita sedang duduk di atas kursi, maka ada gaya berat yang bekerja

pada kursi tersebut yang mengarah ke pusat bumi. Selain itu juga terdapat gaya l

yang arahnya berlawanan dengan arah gaya berat. Gaya yang bekerja tersebut

adalah “gaya normal”.

Jadi, dapat kita definisikan bahwa Gaya Normal adalah gaya yang akan

timbul apabila dua buah benda saling bersentuhan. Gaya normal inilah yang

menyebabkan kedua benda tersebut tidak saling melebur satu sama lain. Seperti

pada ilustrasi diatas ketika kita sedang duduk di atas kursi. Besarnya gaya normal

yang diberikan oleh kursi bergantung pada gaya yang bekerja pada kursi tersbut.

Anda perlu memperhatikan bahwa kata ‘Normal” dalam istilah fisika ‘Gaya

Normal” berarti tegak lurus terhadap bidang singgung. Hal ini sering terjadi salah

persepsi bahwa gaya normal selalu mengarah ke atas. Sebenarnya gaya normal

tidak selalu mengarah ke atas. Cobalah lihat fenomena pada permainan role

coaster. Ketika sedang melaju dan pada saat kita menaiki role coaster berada

dibawah atau pada lintasan horizontal maka arah gaya normal adalah ke atas.

4.      Gaya GesekGaya gesekan terjadi antara dua buah permukaan benda yang bersentuhan. Arah

gaya gesekan adalah berlawanan dengan arah gerak benda. Jadi dapat dinyatakan

bahwa :

“gaya gesekan adalah gaya yang diberikan bidang sentuh pada benda dan arahnya selalu berlawanan

dengan arah gerak benda”

gaya gesekan ditentukan oleh kehalusan atau kekasaran permukaan benda yang

bersentuhan. Gaya gesekan dibedakan menjadi dua yaitu:

Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang timbul sesaat sebelum benda

mulai bergerak

Gaya gesek dinamis adalah gaya gesek yang timbul  ketika benda sudah

bergerak

Besarnya gaya gesekan statis lebih besar daripada gaya gesek kinetis (F statis > F

kinetis)

B.     RESULTAN GAYAGaya yang bekerja pada suatu benda Selalu lebih dari satu. Gaya-gaya yang bekerja

pada suatu benda dapat dipadukan sehingga menjadi satu gaya saja. Perpaduan dua gaya tau

lebih disebut dengan Resultan Gaya.

Dua buah gaya yang kerjanya terletak pada satu garis lurus, tetapi arahnya berlawanan

memiliki resultan gaya yang searah denagn arah gaya terbesar. Besar resultan gaya sama

dengan selisih kedua gaya tersebut

Dua buah gaya dikatakan seimbang apabila besar kedua gaya tersebut sama, tetapi

arahnya berlawanan. Gaya yang seimbang tidak berpengaruh pada kedudukan suatu benda.

C.    GAYA GESEK STATIS DAN GAYA GESEK KINETIS

D.    KOEFISIEN GAYA GESEK

Ketika terjadi duan kontak permukaan benda antara permukaan benda satu dengan

permukaan benda dua maka terdapat gaya gesek diantara keduanya. Gaya gesek tersebut

dapat berupa gaya gesek statis ( ) maupun gaya gesek kinetis ( ).

Ketika sebuah benda bergerak pada sebuah permukaan yang kasar maka gaya gesekan

kinetic bekerja dengan arah berlawanan arah kecepatan benda. Besarnya gaya gese kinetic

bergantung pada jenis kedua permukaan ang bersentuhan. Dari hasil eksperimen

menunjukkan bahwa gaya gesekan kira-kira sebanding dengan gaya normal antara kedua

permukaan , yang merupakan gaya yang diberikan benda-benda tersebut satu sama lain dan

tegak lurus terhadap permukaan benda.

Kita dapat menuliskan perbandingan:

 =

selain gaya gesek kinetic juga terdapat gaya gesek static yaitu gaya yang mengacu pada

gaya yang sejajar dengan kedua permukaan. Gaya gesek ini ada walaupun permukaan-

permukaan benda tersebut tidak bergerak (meluncur) satu sama lain.

Misalnya yaitu: ketika arif medorong sebuah mobil, akan tetapi mobil tidak bergerak,

sehingga dapat dipastikan bahwa ada gaya lain yang bekerja pada mobil tersebut. Gaya

tersebut menahan mobil agar tetap pada kedudukannya (diam). Gaya total yang bekerja pada

mobil tersebut ada nol sehingga ada gaya gesekaan static yang diberikan oleh permukaan

jalan ke mobil tersebut. Berikut adalah beberapa nilai dari koefisien gesek dari interaksi dua

benda:

Tabel 5.1 Tipler, 1998 dalam Mohammad Ishak (2006:68)

Interaksi dua benda Koefisien gesekanstatis

Koefisien gesekankinetis

Baja dan baja 0,7 0,6Kuningan dengan baja 0,5 0,4Teflon pada baja 0,04 0,04Kaca pada baja 0,9 0,4Karet pada beton 1 0,8

Sedangkan dibawah ini adalah table nilai koefisien gesekan static dan kinetic dalam

Giancoli  (2001:114) adalah sebagai berikut:

Permukaan Koefisien gesekanstatis

Koefisien gesekan kinetis

Kayu pada kayu 0,4Es pada es 0,1Logam pada logam (dilumasi) 0,15Baja pada baja (tidak dilumasi) 0,7Karet pada beton kering 1,0Karet pada beton basah 0,7Karet pada permukaan padat lainnya 1-4Teflon pada Teflon di udara 0,04Teflon pada baja di udara 0,04Bantalan peluru yang dilumasi <0,01Persendian tungkai (lengan manusia) 0,01

E.     HUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK

1.      HUKUM I NEWTON

Hukum I newton merupakan salah satu dari ketiga hukum newton tentang gerak.

Pada awalnya Isaac Newton (1642 – 1727) menerbitkan sebuah paper yang

berjudul “Philosophie Naturalis Principia Matematica” yang dikenal dengan

“Principia” itu menyatakan tigak pokok pernyataan yang menjadi landasan ilmu

mekanika klasik hingga saat ini”

Perhatikan Ilustrasi dibawah ini.

“sebuah metro mini melaju kencang dengan kecepatan 90 km/jam. beberapa

penumpang sedang duduk bersandaran di kursi. Setelah beberapa menit melaju

tiba-tiba sopir mendadak mengerem bus tersebut. Melihat sbus tiba-tiba di rem

maka badan para penumpang condong kedepan dari sandarankursi ”

Dari ilustrasi diatas coba kita analisa dengan cermat apakah hubungan antara

pengereman bus secara mendadak dengan condongnya tubuh penumpang dari

sandran kusi tersebut?

Jadi, pada mulanya bus melaju dengan kencang dan para penumpang bersandaran

di kursi, kemudian ketika bus direm mendadak maka tubuh para penumpang

condong kedepan, perubahan posisi tubuh para penumpang yang cendrung

condong kedepan tersebut dikarenakan tubuh para penumpang cenderung ingin

mempertahankan kedudukan akibat dari perubahan kecepatan bus yang tiba-tiba

diperlambat akibat pengereman bus tersebut.

Dari ilustrasi diatas kita dapatkan kata kunci yaitu adanya pengaruh gaya dan

kecenderungan benda mempertahankan kedudukannya.

Hukum I Newton berbunyi:

“ Jika Resultan gaya (jumlah seluruh gaya) pada sebuha benda sama dengan 

nol, maka kcepatan benda titdak berubah (tetap) “

Pernyataan hukum di atas dapat diartikan bahwa sebuah benda secara alami akan

cenderung mempertahankan kedudukannya (keadaannya), kecuali ada gaya luar

yang mengganggu keadaan benda tersebut. Artinya, setiap benda tetap pada

keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan kecuali dipengaruhi oleh

gaya luar.

                  Secara matematis dapat dituliskan:                       ∑F = 0  

2.      HUKUM II NEWTON

hukum II Newton berbunyi:

“ Jika Resultan Gaya pada suatu benda tidak

sama dengan nol, maka benda akan mengalami

perubahan kecepatan”

Dari hukum tersebut dapat diartikan bahwa jika

ada gaya yang tidak seimbang bekerja pada suatu

benda atau ekternal netto, maka benda yang mula-mula diam akan bergerak

dengan kecepatan tertentu bergantung nilai gaya yang bekerja pada benda

tersebut.

Hukum II Newtosecara matematis dapat kita tuliskan sebagai berikut:

∑ F = m.a                                        (3.0)secara diferensial dapat menjadi:

F = m.dv/dt

F  = m

Dengan:

F = gaya (Newton)

m = massa (kg)

a = percepatan (m/

v = kecepatan (m/s)

t = waktu (s)

s = jarak (m)

hukum ke II Newton merupakan dinamika yang sangat penting untuk

menganalisa gerak suatu benda. Hukum ini dapat menguhubungkan besaran-

besaran fisis diantaranya gaya, massa, percepatan, waktu dan kecepatan.

Contoh soal 1.      Sebuah benda bermassa 5 kg mula-mula diam, benda tersebut kemudian

diberikan sebuah gaya sebesar 10 N. berapakah besar percepatan yang

dialami benda tersebut..?

SOLUSI….

Diketahui: m = 5 kg

                F = 10 N

Ditanya: a = ..?

Jawab : F = m.a

           10 N = 5 kg. a

      Maka, a = 10 N/5kg = 2 N/kg atau 2 m/

Mari Mencoba!1.      Sebuah benda bermassa 100 g mula-mula diam, benda tersebut kemudian

diberikan sebuah gaya sebesar 12 N. berapakah besar percepatan yang

dialami benda tersebut..?

2.      Sebuah otak seberat 20 kg ditarik dengan gaya sebesar 45 N pada arah x.

hitunglah percepatan yang dialami oleh kotak tersebut..?

3.      Sebuah mobil bermassa 50 kg yang semula diam kemudian bergerak

dipercepat sehingga kelajuannya menadi 25 m/s dalam waktu 2 detik.

Berapakah besar gaya yang mempercepat gerak mobil tersebut..?

*Selamat Mencoba”

3.      HUKUM III NEWTON

Hukum III Newton dapat dinyatakan sebagai berikut:

“setiap gaya (gaya aksi) yang mengenai sebuah benda kedua, maka benda kedua

tersebut akan menghasilkan gaya (gaya reaksi) yang sama besar tetapi

berlawanan arahnya”

Coba perhatikan ilustrasi dibawah ini:

“ Arif mendorong sebuah tembok dengan sekuat tenaga, ia merakan juga seolah-

olah tembok memberikan gaya dorong yang sama kea rah dia”

Dari ilustrasi diatas mari kita analisa dengan Hukum III Newton.

“ketika arif sedang mendorong tembok, maka arif memberikan gaya aksi yang

arahnya ke tembok, kemudia disaat itu juga tembok memberikan gaya reaksi yang

sama besarnya kea rah arif, sehingga arif merasakan seolah-olah tembok tersebut

juga ikut mendorong ke arah dia.

Ilustrasi diatas menunjukkan sebuah gaya aksi-reaksi. Secara matematis hukum III

Newton dapay kita tuliskan sebagai berikut:

F aksi = - F reaksi

Notice: tanda minus (-) berarti arah gaya berlawanan

Dari penjelasan diatas maka dapat disimpulkan sifat gaya aksi reaksi sebagai

berikut:

1.      Besar keua gaya adalah sama

2.      Arah dari gaya aksi dengan gaya reaksi berlawanan

3.      Kedua gaya bekerja pada benda yang berlainan (satu bekerja pada benda A,

yang lain bekerja pada benda B)

4.      Kedua gaya terletak pada garis lurus

4.      LIRIK LAGU HUKUM NEWTON

HUKUM NEWTONCipt ; Arif

Intro : F Dm Gm

*Hukum I NewtonSebuah banda tetap pada keadaanDiam atau bergerak dengan kecepatanKecuali dipengaruhi oleh gaya

** Hukum II NewtonPercepatan benda berbanding terbalikDengan massanya dan sebanding dengan gayaEksternal netto yang bekerja padanya

Reff :Haruskah ku bilang tidakWalau susah tuk menghafalNamun ku yakin pasti bisaKu anak FISIKAHaruskah ku bilang iyaWalau susah tuk menghafalNamun ku yakin pasti bisaKu anak FISIKA

*** Hukum III NewtonSetiap gaya aksi selalu adaGaya reaksi yang s’lalu sama besarnyaTetapi berlawanan dengan arahnya

F C D Am A# Am G C 2X# Na na na na na na na na na................Back to :Reff, * , ** , # , Reff