hukum Newton dan contoh soal

HUKUM NEWTON


Hukum Newton I
Benda yang diam akan bergerak jika diberi gaya. Benda yang sudah bergerak dengan kecepatan tertentu, akan tetap bergerak dengan kecepatan itu jika tidak ada gangguan (gaya). Hal diatas merupakan dasar dari Hukum Newton I yang dapat dituliskan sebagai berikut:
Jika gaya total yang bekerja pada benda itu sama dengan nol, maka benda yang sedang diam akan tetap diam dan benda yang sedang bergerak lurus dengan kecepatan tetap akan tetap bergerak lurus dengan kecepatan tetap. Secara sederhana Hukum Newton I mengatakan bahwa perecepatan benda nol jika gaya total (gaya resultan) yang bekerja pada benda sama dengan nol. Secara matematis dapat ditulis.
ΣF = 0 5.1
Hukum Newton I sering disebut dengan hukum Inersia, Hukum Newton I ini berlaku jika keadaan benda memenuhi syarat jumlah gaya yang bekerja pada benda adalah sama dengan nol


Sebenarnya pernyataan hukum Newton I di atas sudah pernah diucapkan oleh Galileo beberapa tahun sebelum Newton lahir Galileo mengatakan: Kecepatan yang diberikan pada suatu benda akan tetap dipertahankan jika semua gaya penghambatnya dihilangkan.
Contoh inersia benda adalah: meja yang diam selamanya akan diam (tidak bergerak) selama tidak ada gaya yang bekerja padanya, karung di atas mobil terlempar ke depan ketika mobilnya tiba-tiba berhenti karena tabrakan


Hukum Newton II
Hukum Newton II akan membicarakan keadaan benda jika resultan gaya yang bekerja tidak nol. Bayangkan anda mendorong sebuah benda yang gaya F dilantai yang licin sekali sehingga benda itu bergerak dengan percepatan a. Menurut hasil percobaan, jika gayanya diperbesar 2 kali ternyata percepatannya menjadi. 2 kali lebih besar. Demikian juga jika gaya diperbesar 3 kali percepatannya lebih besar 3 .kali lipat. Dan sini kita simpulkan bahwa percepatan sebanding dengan resultan gaya yang bekerja.
Sekarang kita lakukan percobaan lain. Kali ini massa bendanya divariasi tetapi gayanya dipertahankan tetap sama. Jika massa benda diperbesar 2 kali, ternyata percepatannya menjadi ½ kali. Demikian juga jika massa benda diperbesar 4 kali, percepatannya menjadi ¼ kali percepatan semula. Dan sini kita bisa simpulkan bahwa percepatan suatu benda berbanding terbalik dengan massa benda itu.
Kedua kesimpulan yang diperoleh dari eksperimen tersebut dapat diringkaskan dalam Hukum Newton II : Percepatan suatu benda sebanding dengan resultan gaya yang bekerja dan berbanding terbalik dengan massanya, matematik hukum ini ditulis :
mFa= atau ΣF = m.a 5.2


ΣF = resultan gaya yang bekerja
m = massa benda
a = percepatan yang ditimbulkan
Jika dalam bentuk vektor maka penuslisannya adalah :
ΣFX = m.aX
ΣFY = m.aY
ΣFZ = m.aZ
Contoh Soal:
Sebuah mobil mempunyai massa 3.000 kg. Dari keadaan diam mulai bergerak setelah 12 sekon kecepatan mobil mencapai 6 m/s. Hitunglah gaya yang bekerja pada mobil !

Penyelesaian:
Diketahui : m = 3 000 kg
vo = 0 m/s
vt = 6 m/s
t = 12 s

Ditanyakan : F = …… ?

Jawab : Mencari percepatan (a)

∆v
a = ---------
Δt

(6 – 0) m/s
a = ---------------
(12 – 0) s
a = 0,5 m/s2
Mencari gaya (F)
F = m . a
F = 3 000 kg . 0,5 m/s2
F = 1 500 N
Jadi gaya yang bekerja pada mobil adalah 1 500 N

Contoh :
1. Sebuah bola bilyard diletakkan pada permukaan yang licin sekali (anggap gesekannya tidak ada). Dua gaya bekerja pada bola ini seperti pada Gb. Hitung percepatan tersebut jika massanya, 0,5 kg.
Penyelesaian:
Kita urai gaya-gaya yang bekerja padaarah sumbu x dan y seperti pada Gb. Kemudian baru kita hitung komponen dari percepatan yang disebabkan oleh gaya-gaya ini.

Diketahui :
F1 = 10 N
F2 = 20 N
θ1 = 370
θ2 = 1430
Ditanya : a?
Jawab :
F1X = F1 cos 01
= 10 cos 37°
= 8 N
F1y = Fl sin 01
= 10 sin 37°
= 6 N

F2X = F2 cos 02
= 20 cos 143°
= -16 N
F2y = F2 sin 02
= 20 sin 143°
=12 N
FX = F1X + F2X
= 8 – 16
= -8 N
FY = F1Y + F2y
= 6 + 12
= 18 N
aX = mFX
= 5.08−
= - 16 m/s2
aY = mFY
= 5.018
= 36 m/s2
a = 22YXaa+
= 2236)16(+−
= 39,4 m.s-2
2. Sebuah mobil bermassa 10 000 kg, bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Mobil direm dan berhenti setelah menempuh jarak 200 m. Berapakah gaya pengeremannya?
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 10 000 kg
v0 = 0 m/s
v = 20 m/s
Δx = 200 m
Ditanya : F?
Jawab :
F = m.a
v2 = v02 + 2.a.Δx
a = tvvΔ−.2202
= )200.(220022−
= - 1 m/s2 (diperlambat)
F = m.a
= 10 000 (-1)
= - 10 000 N (berlawanan arah kecepatan mobil)

5.4 Hukum Newton III
Hukum Newton III berbunyi :
Jika suatu benda mengerjakan gaya pada benda lain, maka benda yang kedua ini mengerjakan gaya pada benda yang pertama yang besarnya sama dengan gaya yang diterimatapi arahnya berlawanan.
Faksi = - Freaksi 5.3
Faksi = gaya yang bekerja pada benda
Freaksi = gaya reaksi benda akibat gaya aksi
Hukum ketiga menyatakan bahwa tidak ada gaya timbul di alam semesta ini, tanpa keberadaan gaya lain yang sama dan berlawanan dengan gaya itu. Jika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda (aksi) maka benda itu akan mengerjakan gaya yang sama besar namun berlawanan arah (reaksi). Dengan kata lain gaya selalu muncul berpasangan. Tidak pernah ada gaya yang muncul sendirian!
Contoh :
1. Gaya gravitasi bumi
Gaya aksi adalah berat benda itu W = mg. Gaya ini dialami benda akibat tarikan bumi (abaikan gaya-gaya lain).
Gaya reaksinya adalah gaya pada bumi akibat tarikan benda itu, WR = -W.
Gaya reaksi WR ini akan memberik
an percepatan pada bumi mendekati benda sama seperti gaya W menarik benda ke permukaan akibat gaya reaksi sangat kecil sekali, sehingga boleh diabaikan bumi boleh dianggap tetap diam).

Benda
W
WR
bumi
2. Sebuah balok diletakkan di atas lantai. 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.
N
Balok
W
3. Sebuah balok terletak pada suatu bidang miring. Balok ini diikat oleh sebuah tali. Jika tali diputuskan apa yang terjadi pada balok ini?
Perhatikan gambar dibawah ini :
Penyelesaian:
Mari kita lihat gaya-gaya yang bekerja pada benda.
Ada 3 buah gaya yang bekerja pada benda ini.
F gaya reaksi tali akibat gaya aksi yang diberikan oleh benda pada tali. F1 sering dinamakan sebagai gaya tegang tali yang diberi simbol T
W gaya berat benda akibat tarikan gravitasi. Reaksinya adalah gaya sebesar W pada bumi. FISIKA MEKANIKA, Jonifan, Iin Lidya, Yasman 108 HUKUM NEWTON TENTANG GERAK

F2 gaya reaksi bidang miring pada benda, akibat gaya aksi yang diberikan benda itu pada bidang miring. F2 dinamakan gaya normal, sering diberi simbol N.
Karena benda diam, maka percepatan benda sama dengan nol, sehingga menurut Hukum Newton II :
ΣF = m.a
F1 + F2 + W = 0
T + N + m.g = 0
Kita ambil sumbu x sepanjang bidang miring dan surnbu y tegak lurus bidang miring. Komponen x dan y persamaan di atas adalah,
FX = T – mg sinθ = 0
Dan
FY = T – mg cosθ = 0
Jika tali dipotong maka T tidak ada, gaya resultan pada balok sama dengan nol lagi, balok akan bergerak dipercepat. Jika aX dan aY adalah percepatan arah sumbu x dan y, maka;
FX =maX
0 – mg sin θ = maX
aX = - g sinθ
dan
FY= maY
T – mg cos θ = maY
0 =maY
aY = 0
Jadi kesimpulannya adalah ketika tali putus maka benda bergerak dengan percepatan -g sin 0 arah ke bawah sejajar bidang miring.
4. Suatu benda dijatuhkan dari atas bidang miring yang licin dan sudut kemiringan 300. Tentukanlah percepatan benda tersebut jika g = 10 m/s2 dan massa benda 4 kg
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 4 kg
g = 10 m/s2
θ = 300
Ditanya : a ?
Jawab :
F = mg sin θ
θ mg mg cos θ

F = - mg sin θ = ma
a = - g sin θ
= - 10 sin 300
= - 10 . (0,5)
= 5 m/s2

5. Perhatikan gambar dibawah
Massa benda satu dan dua masing-masing 6 kg dan 2 kg. Hitung percepatan dan tegangan tali jika g = 10 m/s2
Penyelesaian :
Untuk penyelesaian soal diatas, sitem kita tinjau untuk masing masing benda
Diket :
m1 = 6 kg
m2 = 2 kg
g = 10 m/s2
Ditanya : T?, a?
Jawab :
Karena benda benda satu lebih berat dari benda dua maka benda bergerak kebawah
Gb. Benda satu Gb. Benda dua FISIKA MEKANIKA, Jonifan, Iin Lidya, Yasman 110 HUKUM NEWTON TENTANG GERAK
Untuk benda satu :
T – W1 = m1a1
T – 60 = -6a (1)
Untuk benda dua :
T – W2 sin 300 = m2a2
T – 20 (0,5) = 2 a2
T – 10 = 2 a (2)
Dari persamaan (1) dan (2)
T – 60 = - 6 a
T – 10 = 2 a -
50 = 8a
a = 6,25 m/s2
T – 10 = 2 a
T = 2(6,25) + 10
= 22,5N
Percepatan benda : 6,25 m/s2 dan gaya tegangan tali : 22,5 N





CONTOH SOAL HUKUM NEWTON KESELURUHAN

1. Koefisien gesek statis antara sebuah lemari kayu dan lantai kasar suatu bak truk sebesar 0,75. Jadi, percepatan maksimum yang masih boleh dimiliki truk agar lemari tetap tak bergerak terhadap bak truk itu adalah . . . .
a. nol d. 7,5 m/s2
b. 0,75m/s2 e. 10 m/s2
c. 2,5 m/s2


2. Sebuah benda bermassa 2 kg terletak di tanah. Benda itu ditarik vertikal ke atas dengan gaya 25 N selama 2 detik lalu dilepaskan. Jika g = 10 m/s2, energi kinetik benda pada saat mengenai tanah adalah . . . .
a. 150 joule
b. 125 joule
c. 100 joule
d. 50 joule
e. 25 joule


3. Sebuah mobil massanya 2 ton dan mula-mula diam. Setelah 5 detik kecepatan mobil menjadi 20 m/s. Gaya dorong yang bekerja pada mobil ialah . . . .
a. 100 N d. 800 N
b. 200 N e. 8000 N
c. 400N


4. Apabila sebuah benda bergerak dalam bidang datar yang kasar maka selama gerakannya. . . . .
a. gaya normal tetap dan gaya gesekan berubah
b. gaya normal berubah dan gaya gesekan tetap
c. gaya normal dan gaya gesekan kedua-duanya tetap
a, gaya normal dan gaya gesekan kedua-duanya berubah
e. gaya normal dan gaya gesekan kadang-kadang berubah dan tetap bergantian


5. Mobil 700 kg mogok di jalan yang mendatar. Kabel horizontal mobil derek yang dipakai untuk menyeretnya akan putus jika tegangan di dalamnya melebihi 1400 N (q = 10 m/s2). Percepatan maksimum yang dapat diterima mobil mogok dan mobil derek adalah ....
a. 2 m/s2 d. 7 m/s2
b. 8 m/s2 e. 0 m/s2
c. 10 m/s2


6. Pada sebuah benda yang bergerak, bekerja gaya sehingga mengurangi kecepatan gerak benda tersebut dari 10 m/s menjadi 6 m/s dalam waktu 2 detik. Bila massa benda 5 kg, besar gaya tersebut adalah ....
a. 5N d. 10N
b. 6 N e. 11N
c. 8N


7. Peristiwa di bawah ini yang tidak mempunyai hukum kelembaman adalah ....
a. Bila mobil yang kita tumpangi direm mendadak, tubuh kita terdorong ke depan b. Bila kita berdiri di mobil, tiba-tiba mobil bergerak maju tubuh kita terdorong ke belakang.
c. Pemain ski yang sedang melaju, tiba-tiba tali putus, pemain ski tetap bergerak maju.
d. Pemain sepatu roda bergerak maju, tetap akan bergerak maju walaupun pemain itu tidak memberikan gaya.
e. Penerjun payung bergerak turun ke bawah walaupun tidak didorong dari atas.


8. Jika gaya sebesar 1 N bekerja pada benda 1 kg yang dapat bergerak bebas, maka benda akan mendapat . . ..
a. kecepatan sebesar 1 m/s
c. percepatan sebesar 1 m/s2
c. percepatan sebesar 10 m/s2
d. kecepatan sebesar 10 m/s
e. kecepatan sebesar 10 m/s


9. A naik bus yang bergerak dengan kecepatan 40 km/jam. Tiba-tiba bus direm secara mendadak, akibatnya A terdorong ke muka. Hal ini disebabkan karena .... a. gaya dorong bus
b. gaya dari rem
c. sifat kelembaman dari A
d. sifat kelembaman dari bus
e. gaya berat A


10. Sebuah benda sedang meluncur pada suatu bidang miring dengan kecepatan konstan, ini berarti . . . .
a. bidang itu merupakan bidang licin sempurna
b. komponen berat dari benda yang sejajar bidang miring harus lebih besar dari gaya geseknya
c. komponen berat dari benda yang sejajar bidang miring harus lebih kecil dari gaya geseknya
d. komponen berat dari benda yang sejajar bidang miring harus sama dengan gaya geseknya
e. berat benda harus sama dengan gaya geseknya

11. Suatu benda bermassa 2 kg yang sedang bergerak, lajunya bertambah dari 1 m/s menjadi 5 m/s dalam waktu 2 detik bila padanya beraksi gaya yang searah dengan gerak benda, maka besar gaya tersebut adalah ....
a. 2 N d. 8 N
b. 4 N e. 10 N
c. 5 N


12. Sebuah mobil massanya 1 ton selama 4 detik kecepatannya bertambah secara beraturan dan 10 m/det menjadi 18 m/det. Besar gaya yang mempercepat mobil itu adalah ....
a. 2000 N d. 8000 N
b. 4000 N e. 10000 N
c. 6000 N

13. Benda massanya 2 kg berada pada bidang horizontal kasar. Pada benda dikerjakan gaya 10 N yang sejajar bidang horizontal, sehingga keadaan benda akan bergerak. Bila g = 10 m/s^2, maka koefisien gesekan antara benda dan bidang adalah ....
a. 0,2 d. 0,5
b. 0,3 e. 0,6
c. 0,4


14. Benda beratnya 98 newton (g = 10 m/s2) diangkat dengan gaya vertikal ke atas sebesar 100 newton, maka percepatan yang dialami benda ....
a. nol d. 2 m/s2
b. 0,2 m/s2 e. 5 m/s2
c. 0,4 m/s2


15. Sebuah benda massanya 4 kg terletak pada bidang miring yang licin dengan sudut kemiringan 45 derajat terhadap horizontal. Jadi, besar gaya yang menahan benda itu…. (g = 10 m/s2)
a. 2 V2 N d. 40 N
b. 8 V2 N e. 40 V2 N
c. 20 V2 N


16. Kalau kita berada dalam sebuah mobil yang sedang bergerak, kemudian mobil tersebut direm, maka badan kita terdorong ke depan, hal ini sesuai …..
a. Hukum Newton I
b. Hukum Newton II
c. Hukum Aksi-Reaksi
d. Hukum Gaya berat
e. Hukum Pascal


17. Pada benda bermassa m bekerja gaya F ke atas yang menimbulkan percepatan a (percepatan gravitasi = g). Hubungan besaran tersebut dapat dirumuskan …..
a. F = m.g d. m.g = F + m.a
b. F = m (a + g) e. m.a = F + m.g
c. F = m (a/2) + m.g

18. Sebuah elevator yang massanya 1500 kg diturunkan dengan percepatan 1 m/s2. Bila percepatan gravitasi bumi g = 9,8 m/s2, maka besarnya tegangan pada kabel penggantung sama dengan……
a. 32400 N d. 14700 N
b. 26400 N e. 13200 N
c. 16200 N


19. Gaya gesek pada benda yang bergerak di atas lantai kasar …..
a. searah dengan arah gerak
b. berlawanan dengan arah gaya berat
c. menyebabkan benda berhenti
d. mempunyai harga maksimum pada saat benda akan bergerak
e. menyebabkan benda bergerak lurus beraturan


20. Dari hukum Newton II dapat disimpulkan bahwa jika gaya yang bekerja pada sebuah benda berubah, maka . . . .
a. massa dan percepatannya berubah
b. massa dan percepatannya tidak berubah
c. massa berubah dan percepatannya tidak berubah
d. massa tidak berubah dan percepatannya berubah
e. volumenya berubah

21. Jika sebuah benda terletak pada bidang miring, maka gaya normal pada benda itu.....
a. sama dengan berat benda
b. lebih kecil dari berat benda
c. lebih besar dari berat benda
d. dapat lebih besar atau lebih kecil dari berat benda
e. dapat sama atau tidak sama dengan berat benda

22. Seorang yang massanya 80 kg ditimbang dalam sebuah lift. Jarum timbangan menunjukkan angka 1000 newton. Apabila percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2 dapat disimpulkan bahwa....
a. massa orang di dalam lift menjadi 100 kg
b. lift sedang bergerak ke atas dengan kecepatan tetap
c. lift sedang bergerak ke bawah dengan kecepatan tetap
d. lift sedang bergerak ke bawah dengan percepatan tetap
e. lift sedang bergerak ke atas dengan percepatan tetap


23. Sebuah benda massanya 2 kg terletak di atas tanah. Benda tersebut ditarik ke atas dengan gaya 30 N selama 2 detik lalu dilepaskan. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka tinggi yang dapat dicapai benda adalah :
a. 10 meter d. 18 meter
b. 12 meter e. 20 meter
c. 15 meter


24. Sebuah benda bermassa 20 kg terletak pada bidang miring dengan sudut 30derajat terhadap bidang horizontal, Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s2 dan benda bergeser sejauh 3 m ke bawah, usaha yang dilakukan gaya berat .... a. 60 joule d. 294,3 joule
b. 65,3 joule e. 588 joule
c. 294 joule


25. Sebuah benda yang beratnya W meluncur ke bawah dengan kecepatan tetap pada suatu bidang miring kasar. Bidang miring tersebut membentuk sudut 30 derajat dengan horizontal. Koefisien gesekan antara benda dan bidang tersebut adalah ....
a. 1/2 v3 W d. 1/3 v3
b. 1/2 W e. 1/2
c. ½ v3

26. Sebuah benda yang massanya 1200 kg digantungkan pada suatu kawat yang dapat memikul beban maksimum sebesar 15.000 N. Jika percepatan gravitasi bumi sama dengan 10 m/s2, maka harga maksimum percepatan ke atas yang diberikan pada beban itu sama dengan .... a. 2,5 m/s2 d. 22,5 m/s2
b. 10,0 m/s2 e. 12,5 m/s2
c. 7,5 m/s2


================o0o===============