AhmadDahlan.Net – Sebelumnya, kita sudah membahas mengenai Hukum Newton dalam pembahasan Rumus Gaya. Pada pembahasan kali ini, kita akan membahas mengenai bagaimana penerapan Hukum Newton I dan II pada benda yang berada di bidang datar maupun di bidang miring.
Daftar Isi
A. Penerapan Hukum Newton
Benda yang diam maupun bergerak dipengaruhi oleh gaya. Suatu benda yang diam, biasa nya memiliki gaya normal dan gaya berat. Gaya normal merupakan gaya yang tegak lurus dengan permukaan benda, sedangkan gaya berat merupakan gaya tarik bumi yang bekerja pada benda. Hukum Newton yang pada umumnya di terapkan pada benda yang diam maupun bergerak adalah Hukum Newton I dan Hukum Newton II.
Hukum\ Newton\ I \\ ΣF=0
Hukum\ Newton\ II \\ ΣF=m.a
Gaya yang bekerja pada benda merupakan besaran vektor, sehingga memiliki besar dan arah. Sebelumnya, kita terlebih dulu menetapkan bahwa gaya yang mengarah ke kanan dan ke atas akan bernilai positif (+), sedangkan gaya yang mengarah ke kiri dan ke bawah akan bernilai negatif (-).
B. Contoh Penerapan Hukum Newton
1. Bidang datar licin
Benda yang berada pada bidang datar licin, gaya geseknya dapat di abaikan, sehingga dapat dikatakan bahwa benda tidak dipengaruhi oleh gaya gesek. Untuk memudahkan peninjauan gaya yang bekerja pada benda, dilakukan penegelompokan untuk gaya pada sumbu x dan gaya pada sumbu y.
a. Benda diberi gaya tarik yang sejajar dengan bidang
Pada sumbu x, benda diberi gaya tarikan sebesar F, sehingga benda bergerak. Sehingga berlaku Hukum II Newton.
ΣF_x=m.a
F=m.a
a=\frac{F}{m}Keterangan,
a : percepatan benda (m/s2)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
m : massa benda (kg)
Pada sumbu y, benda tidak mengalami pergerakan (bergerak ke atas atau ke bawah). Sehingga berlaku Hukum II Newton.
ΣF_y=0
N-w=0
N=w
N=m.g
Keterangan,
N : gaya normal (N)
w : gaya berat (N)
m : massa benda (kg)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
b. Benda diberi gaya tarik yang membentuk sudut dengan bidang
Benda diberi gaya tarik sebesar F dan membentuk sudut sebesar θ dengan bidang, sehingga gaya tarik tersebut harus di uraikan dalam sumbu x dan sumbu y.
Pada sumbu x, benda diberi gaya tarikan sebesar F, sehingga benda bergerak. Sehingga berlaku Hukum II Newton.
ΣF_x=m.a
F\cos θ=m.a
a=\frac{F\cos θ}{m}Keterangan,
a : percepatan benda (m/s2)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
θ : besar sudut (o)
m : massa benda (kg)
Pada sumbu y, benda tidak mengalami pergerakan (bergerak ke atas atau ke bawah). Sehingga berlaku Hukum II Newton.
ΣF_y=0
N+F\sin θ-w=0
N=w-F\sin θ
N=m.g-F\sin θ
Keterangan,
N : gaya normal (N)
w : gaya berat (N)
m : massa benda (kg)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
θ : besar sudut (o)
2. Bidang datar kasar
Benda yang berada pada bidang datar kasar memiliki gaya gesek. Benda tidak mendapatkan tambahan gaya di sumbu y, tetapi mendapatkan tambahan gaya gesek di sumbu x. Sehingga persamaan gaya untuk sumbu y di bidang datar kasar sama dengan persamaan gaya untuk sumbu y di bidang datar licin
a. Benda diberi gaya tarik yang sejajar dengan bidang
Pada sumbu x, benda diberi gaya tarikan sebesar F, sehingga benda bergerak. Sehingga berlaku Hukum II Newton.
ΣF_x=m.a
F-f=m.a
a=\frac{F-f}{m}Keterangan,
a : percepatan benda (m/s2)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
f : besar gaya gesek benda (N)
m : massa benda (kg)
b. Benda diberi gaya tarik yang membentuk sudut dengan bidang
Benda diberi gaya tarik sebesar F dan membentuk sudut sebesar θ dengan bidang, sehingga gaya tarik tersebut harus di uraikan dalam sumbu x dan sumbu y.
Pada sumbu x, benda diberi gaya tarikan sebesar F, sehingga benda bergerak. Sehingga berlaku Hukum II Newton.
ΣF_x=m.a
F\cos θ-f=m.a
a=\frac{F\cos θ-f}{m}Keterangan,
a : percepatan benda (m/s2)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
θ : besar sudut (o)
f : gaya gesek benda (N)
m : massa benda (kg)
3. Gerak benda pada bidang miring licin
Terdapat 2 gaya yang bekerja pada benda yang terdapat di bidang miring, yaitu gaya normal (N) yang tegak lurus dengan permukaan benda dan gaya berat (w) yang arahnya lurus mengarah ke bawah. Gaya berat (w) kemudian di uraikan dalam sumbu x dan y. Sumbu x merupakan bidang miring dan sumbu y tegak lurus dengan bidang miring tersebut.
Pada sumbu x, benda bergerak sehingga berlaku hukum II Newton.
ΣF_x=m.a
w\sin θ=m.a
a=\frac{w\sin θ}{m}a=\frac{m.g\sin θ}{m}a=g\sin θ
Keterangan,
a : percepatan benda (m/s2)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
θ : besar sudut (o)
Pada sumbu y, benda tidak bergerak. Sehingga berlaku Hukum I Newton.
ΣF_y=0
N-w\cos θ=0
N=w\cos θ
N=m.g\cos θ
Keterangan,
N : gaya normal (N)
m : massa (kg)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
θ : besar sudut (o)
4. Gerak benda pada bidang miring kasar
Pada bidang miring kasar, terdapat gaya gesek di sumbu x. Karena pada sumbu y tidak terdapat penambahan gaya, sehingga persamaan gaya untuk sumbu y sama dengan persamaan gaya untuk sumbu y di bidang miring licin.
Pada sumbu x, benda bergerak sehingga berlaku hukum II Newton.
ΣF_x=m.a
w\sin θ-f=m.a
m.g\sin θ-f=m.a
a=\frac{m.g\sin θ-f}{m}a=g\sin θ-f
Keterangan,
a : percepatan benda (m/s2)
g : percepatan gra
f : gaya gesek (N)
C. Contoh Soal
Balok yang massanya 7,5 kg ditarik dengan gaya 60 N di atas lantai mendatar yang kasar. Koefisien gesekan kinetis antara balok dan lantai adalah 0,4. Jika g = 10 m/s2, tentukanlah percepatan yang dialami balok.
Pembahasan
Dik :
m = 7,5 kg
F = 60 N
μk = 0,4
g = 10 m/s2
Dit :
a = ?
Pembahasan :
1. Mencari besar gaya gesek
f=μ_k.N
Sebelumnya persamaan gaya di sumbu y, diperoleh :
N=m.g
sehingga,
f=μ_k.(m.g)
f=0,4\ .\ (7,5\ kg\ .\ 10\ m/s^2)
f=30\ N
2. Mencari percepatan benda
a=\frac{F-f}{m}a=\frac{60\ N-30\ N}{7,5\ kg}a=\frac{30\ N}{7,5\ kg}a=4\ m/s^2
Sehingga diperoleh besar percepatan benda adalah 4 m/s2
