HUKUM NEWTON

Setiap benda atau makhluk pasti bergerak. Benda dikatakan bergerak apabila terjadi perubahan posisi benda tersebut terhadap sebuah titik acuan. Karena bergantung pada titik acuan, maka gerak dikatakan bersifat relatif. Sekarang yang menjadi pertanyaan, mengapa benda-benda dapat bergerak? Apa yang membuat benda yang pada mulanya diam mulai bergerak? Apa yang mempercepat atau memperlambat benda? Kita dapat menjawab setiap pertanyaan tersebut dengan mengatakan bahwa untuk melakukan itu semua diperlukan sebuah gaya. Gaya adalah suatu besaran vektor yang dapat mengakibatkan gerak atau bentuk benda menjadi berubah. Hubungan antara gerak benda dengan gaya yang mempengaruhi benda tersebut dibahas didalam hukum-hukum Newton tentang gerak. Pada dinamika gerak lurus berlaku hukum dari ilmuwan fisika yang terkenal Isaac Newton yaitu Hukum Newton 1, Hukum Newton II dan Hukum Newton III.

                                      

1.        Hukum Newton I

Aristoteles (384-322 SM) percaya bahwa diperlukan sebuah gaya untuk menjaga agar sebuah benda tetap bergerak sepanjang bidang horizontal. Ia mengemukakan alasan bahwa untuk membuat sebuah buku bergerak melintasi meja, kita harus memberikan gaya pada buku itu secara kontinu. Menurut Aristoteles, keadaan alami sebuah benda adalah diam, dan dianggap perlu adanya gaya untuk menjaga agar benda tetap bergerak. Lebih jauh lagi, Aristoteles mengemukakan, makin besar gaya pada benda, makin besar pula lajunya.

Kira-kira 2000 tahun kemudian, Galileo Galilei (15641642) menemukan kesimpulan yang sangat berbeda dengan pendapat Aristoteles. Galileo mempertahankan bahwa sama alaminya bagi sebuah benda untuk bergerak horizontal dengan kecepatan tetap, seperti saat benda tersebut berada dalam keadaan diam.

Untuk mendorong sebuah benda yang mempunyai permukaan kasar di atas meja dengan laju konstan dibutuhkan gaya dengan besar tertentu. Untuk mendorong benda lain yang sama beratnya tetapi mempunyai permukaan yang licin di atas meja dengan laju yang sama, akan memerlukan gaya lebih kecil. Jika selapis minyak atau pelumas lainnya dituangkan antara permukaan benda dan meja, maka hampir tidak diperlukan gaya sama sekali untuk menggerakkan benda itu. Pada urutan kasus tersebut, gaya yang diperlukan makin kecil. Sebagai langkah berikutnya, kita bisa membayangkan sebuah situasi di mana benda tersebut tidak bersentuhan dengan meja sama sekali, atau ada pelumas yang sempurna antara benda itu dan meja, dan mengemukakan teori bahwa sekali bergerak, benda tersebut akan melintasi meja dengan laju yang konstan tanpa ada gaya yang diberikan. Sebuah bantalan peluru baja yang bergulir pada permukaan horizontal yang keras mendekati situasi ini.

Galileo membuat kesimpulan, bahwa jika tidak ada gaya yang diberikan kepada benda yang bergerak, benda itu akan terus bergerak dengan laju konstan pada lintasan yang lurus. Sebuah benda melambat hanya jika ada gaya yang diberikan kepadanya. Dengan demikian, Galileo menganggap gesekan sebagai gaya yang sama dengan dorongan atau tarikan biasa.

Sebagai contoh, mendorong sebuah buku melintasi meja dengan laju tetap dibutuhkan gaya dari tangan kalian, hanya untuk mengimbangi gaya gesek. Jika buku tersebut bergerak dengan laju konstan, gaya dorong kalian sama besarnya dengan gaya gesek, tetapi kedua gaya ini memiliki arah yang berbeda, sehingga gaya total pada benda (jumlah vektor dari kedua gaya) adalah nol. Hal ini sejalan dengan sudut pandang Galileo, karena benda bergerak dengan laju konstan ketika tidak ada gaya total yang diberikan padanya.

Berdasarkan penemuan ini, Isaac Newton (16421727), membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis Newton tentang gerak dirangkum dalam “tiga hukum gerak”-nya yang terkenal. Dalam karya besarnya, Principia (diterbitkan tahun 1687), Newton menyatakan terima kasihnya kepada Galileo. Pada kenyataannya, hukum pertama Newton tentang gerak sangat dekat dengan kesimpulan Galileo.

Hukum I Newton menyatakan bahwa: “Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali jika diberi gaya total yang tidak nol”.

 

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia (kelembaman). Sehingga, Hukum I Newton sering disebut Hukum Inersia atau Hukum Kelembaman.

Sifat kelembaman dapat dirasakan ketika sedang berada didalam kendaraan yang bergerak, kemudian secara tiba-tiba kendaraan tersebut direm sehingga tubuh terdorong ke depan. Hal ini terjadi karena sebelum pengereman, tubuh dalam keadaan bergerak kedepan dengan kecepatan sama dengan kendaraan, sehingga ketika direm, tubuh terdorong kedepan karena tubuh memiliki kecenderungan untuk tetap bergerak. Begitu juga yang terjadi saat kendaraan mulai bergerak kembali. Tubuh akan cenderung mempertahankan keadaanya dalam keadaan diam.

Hukum I Newton tidak selalu berlaku pada setiap kerangka acuan. Sebagai contoh, jika kerangka acuan kita tetap di dalam mobil yang dipercepat, sebuah benda seperti cangkir yang diletakkan di atas dashboard mungkin bergerak ke arah kita (cangkir tersebut tetap diam selama kecepatan mobil konstan). Cangkir dipercepat ke arah kita tetapi baik kalian maupun orang atau benda lain memberikan gaya kepada cangkir tersebut dengan arah berlawanan. Pada kerangka acuan yang dipercepat seperti ini, Hukum I Newton tidak berlaku. Kerangka acuan di mana Hukum I Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia. Kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan konstan (misalnya sebuah mobil) relative terhadap kerangka inersia juga merupakan kerangka acuan inersia.

2.        Hukum Newton II

Hukum I Newton menyatakan bahwa jika tidak ada gaya total yang bekerja pada sebuah benda, maka benda tersebut akan tetap diam, atau jika sedang bergerak, akan bergerak lurus beraturan (kecepatan konstan). Selanjutnya, apa yang terjadi jika sebuah gaya total diberikan pada benda tersebut?

Newton berpendapat bahwa kecepatan akan berubah. Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkin menyebabkan lajunya bertambah. Akan tetapi, jika gaya total itu mempunyai arah yang berlawanan dengan gerak benda, gaya tersebut akan memperkecil laju benda. Jika arah gaya total yang bekerja berbeda arah dengan arah gerak benda, maka arah kecepatannya akan berubah (dan mungkin besarnya juga). Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, berarti dapat dikatakan bahwa gaya total dapat menyebabkan percepatan. 

Adapun harga kesebandingan itu menunjukkan ukuran kelembaman yang dimiliki benda, yaitu massa.

 

Keterangan:

F = gaya (kg m/s² atau N),

m = massa benda (kg)

a = percepatan benda (m/s²).

Semakin besar massa maka akan semakin kecil percepatannya, Meskipun gayanya sama. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya. Hubungan ini selanjutnya dikenal sebagai Hukum II Newton, yang bunyinya sebagai berikut: “Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya”.

3.       Hukum Newton III

Mengapa sebuah roket ketika meluncur membutuhkan tenaga yang sangat besar? Sebuah roket memiliki gas panas yang dipancarkan dari ruang pembakaran dan pancaran ini menyebabkan timbulnya gaya reaksi pada roket tersebut. Gaya tersebut akan mengangkat serta mempercepat roket sehingga dapat terbang ke luar angkasa. Dengan kata lain, ketika suatu benda memberikan gaya pada benda lainnya, benda kedua akan memberikan gaya yang sama dan berlawanan arah pada benda pertama. Pernyataan di atas dikenal sebagai Hukum Ketiga Newton.

Keterangan:

F aksi     : gaya yang bekerja pada benda

F reaksi  : gaya reaksi benda akibat gaya aksi

Sifat pasangan gaya aksi-reaksi besarnya selalu sama, segaris, saling berlawanan arah, dan bekerja pada benda yang berbeda.

Contoh Hukum Newton III dalam kehidupan sehari-hari:

• Seorang penyelam, kaki dan tangan penyelam mendorong air ke belakang (gaya aksi) sehingga badan penyelam terdorong ke depan sebagai gaya reaksi.
• Ketika kita berjalan di atas tanah, maka kita mendorong tanah dengan gaya yang arahnya ke belakang. Tanah mendorong kita dengan gaya yang besarnya sama tetapi arahnya ke depan, sehingga kita dapat berjalan ke depan.
• Ketika sebutir peluru ditembakkan dengan senapan, maka senapan mengerjakan gaya ke depan, sebaliknya  peluru mengerjakan gaya ke belakang sehingga bahu penembak terdorong ke belakang
• Sebuah balok diletakkan di atas lantai yang horizontal. Balok memberikan gaya pada lantai sebesar gaya beratnya W. Balok tidak melesak ke dalam lantai karena lantai memberikan gaya reaksi yang sama besar dengan gaya berat W. Gaya reaksi ini sering disebut gaya normal (N) yang arahnya tegak lurus permukaan lantai.