Gaya dan Hukum Newton: Fisika Kelas X

Gaya dan Hukum Newton: Fisika Kelas X

Gaya

Gaya adalah dorongan atau tarikan yang dapat membuat benda bergerak, berubah arah, atau merubah bentuk benda. Adanya gaya dalam alam (kehidupan) menyebabkan adanya dinamisasi atau perubahan di alam. Dengan adanya gaya, benda dapat bergerak, benda dapat berubah bentuk dan bahkan dapat kembali diam. Konsep gaya sudah muncul sejak masanya Aristoteles (384 – 322 SM). Aristoteles mengemukanan bahwa diperlukan gaya untuk membuat benda agar dapat selalu bergerak. Namun, setelah 2000 tahun kemudian Galileo (1564 – 1642) mengemukakan pendapat yang berbeda drastis dari pendapat yang disampaikan oleh Aristoteles. Belajar Fisika Yuk-Galileo berpendapat bahwa benda yang selalu bergerak dengan kecepatan tetap merupakan benda yang diam pula dan tanpa adanya gaya dari luar maka benda tersebut akan selalu bergerak denga kecepatan yang tetap. Berdasarkan gagasan inilah kemudian Newton (1642 – 1727) membangun gagasannya yang terkenal tentang teori geraknya. Teori tersebut dirangkum dalam 3 hukum yang dirangkum dalam karyanya yang berjudul “Principia”. Sampai sekarang ini, dalam ilmu fisika, dasar dari konsep gaya masih menggunakan dasar dari karya Newton. 

Gambar (a) Hukum Newton (b) Analisis Gaya pada Bdang Datar, dan (c) Analisis Gaya pada Bidang Miring

Hukum I Newton

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. Secara matematis hukum Newton I seperti pada gambar (a) yang paling atas.

Hukum I Newton tidak selalu berlaku pada setiap kerangka acuan. Sebagai contoh, jika kerangka acuan kalian tetap di dalam mobil yang dipercepat, sebuah benda seperti cangkir yang diletakkan di atas dashboard mungkin bergerak ke arah kalian (cangkir tersebut tetap diam selama kecepatan mobil konstan). Cangkir dipercepat ke arah kalian 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.

Belajar Fisika Yuk-Inersia dapat disebut pula sebagai kelembaman, yaitu kemampuan benda untuk mempertahankan posisi atau kedudukannya. Dalam konsep inersia, massa adalah salah satu faktor yang menentukan sebagai taraf mudah tidaknya benda untuk digerakkan atau dipindahkan. Batu yang memiliki massa 10 kg memiliki lebih mudah digerakkan daripada benda dengan massa 100 kg. Mendorong sepeda motor yang mogok sendirian terasa lebih mudah daripada mendorong mobil yang mogok sendirian. Walaupun kedua kendaraan sudah memiliki roda sehingga lebih mudah digerakkan tetapi masih saja mendorong mobil terasa lebih berat. Hal ini dikarenakan massa sepeda motor lebih kecil daripada massa mobil sehingga inersia sepeda motor lebih kecil daripada inersia dari mobil.

Hukum II Newton

Hukum I Newton adalah untuk benda yang diam sedangkan hukum II adalah untukbenda yang bergerak. Hukum II Newton berbunyi “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”.Secara matematis, hukum II Newton tersebut dapat dituliskan seperti pada gambar (a) yang ada di tengah.

Beberapa perluasan konsep dari hukum II Newton adalah gaya berat, gaya normal, dan gaya gesek. 

• Gaya Berat

Gaya berat adalah gaya yang timbul akibat adanya gravitasi dari suatu planet dan arahnya menuju pusat gravitasi, planet yang dimaksud dalam pembahasan ini adalah planet bumi. Secara matematis, gaya berat dirumuskan menjadi w=mg, dengan w = gaya berat (N), m = massa benda (kg) dan g = percepatan gravitasi (m/s^2). Sebagai catatan, gaya berat selalu mengarah searah dengan arah percepatan gravitasi, yaitu ke pusat planet (ke bawah). 

• Gaya Normal

Gaya normal adalah gaya yang berkerja pada benda akibat sentuhan antara permukaan benda dengan suatu permukaan yang lain dan arahnya tegak lurus terhadap permukaan bidang sentuhan. Secara matematis, gaya normal pada bidang datar yang ada pada gambar (b) dirumuskan menjadi N=w=mg, N = Gaya Normal (N).

Penentuan gaya normal agak kompleks karena mengikuti arah dari bidang sentuh. Pada gambar (b) besarnya gaya normal tidak terlalu rumit karena arahnya yang bertolak belakang dengan gaya berat maka nilainya pun sama hanya saja arahnya yang berlawanan. Pada peristiwa yang ada pada gambar (c) bidang sentuh tidaklah datar tetapi membentuk sudut sebesar alfa (α). Menggunakan bantuan dari konsep trigonometri maka besarnya gaya normal dapat ditentukan. Besarnya gaya normal dapat dirumuskan menjadi m g cos α.

• Gaya Gesek

Gaya gesek adalah gaya yang timbul akibat adanya gesekan terhadap benda oleh permukaan alas saat benda bergerak. Tanpa adanya gaya gesek maka benda yang bergerak akan selalu bergerak karena tidak ada gaya yang menghambat, seperti halnya ypendapat dari Galileo yang telah dijelaskan di awal. Bahkan, gerak benda yang ada di udara ataupun di air akan mengalami gaya gesek atau gaya hambat oleh partikel udara atau air. Setiap permukaan memiliki karakteristik yang menunjukkan kekasaran yang berbeda dengan permukaan lainnya. Tingkat kekasaran ini dinamakan dengan koefisien gesekan. Faktor lain yang berpengaruh terhadap gaya gesek adalah besarnya gaya normal. Secara matematis gaya gesek dirumuskan menjadi f=μN, dengan f adalah gaya gesek (N) dan μ (baca:miu) adalah koefisien gesekan suatu permukaan (tanpa satuan).

Gaya gesek dapat dikategorikan menjadi 2, yaitu:

1. Gaya gesek statis, Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang terjadi pada benda di atas permukaan bidang ketika benda belum bergerak (diam). Secara matematis, gaya gesek statis memiliki formulasi yang sama dengan rumusan gaya gesek di atas, hanya saja koefisien gesekannya saja yang berbeda. Hal ini dikarenakan setiap permukaan benda memiliki 2 identitas koefisien gesekan yaitu koefisien gesek statis dan koefisien gesek kinetis. Pada gaya gesek statis,koefisien yang digunakan adalah koefisien gesek statis.
2. Gaya gesek kinetis, Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang terjadi pada benda di atas permukaan bidang ketika benda tersebut sudah bergerak. Pada bagian sebelumnya sudah dijelaskan, bahwa setiap benda memiliki dua koefisien gesek. Pada gaya gesek kinetis, koefisien gesek yang digunakan adalah koefisien gesek kinetis. Hal yang perlu dicermati adalah bahwa koefisien gesek statis selalu memiliki nilai yang lebih besar daripada koefisien gesek kinetis. Oleh karena itulah, nilai gaya gesek kinetis selalu lebih rendah daripada nilai gaya gesek statis.

Hukum III Newton

Hukum tiga Newton menyatakan tentang gaya aksi reaksi. Bunyi hukum tiga Newton adalah sebagai berikut: Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama.Secara matematis, hukum III Newton dapat dirumuskan seperti yang terlihat dalam gambar (a) pada bagian yang bawah.

Belajar Fisika Yuk-Peristiwa yang memanfaatkan konsep aksi reaksi adalah saat mendayung air, peluncuran roket, balon yang bergerak karena bocor, dan lain sebagainya. Gaya berat dan gaya normal bukanlah pasangan aksi dan reaksi kebetulan saja nilainya sama untuk benda yang ada pada bidang datar. Namun dua gaya ini akan memiliki nilai yang berbeda pada saat benda diletakkan pada permukaan yang miring atau membentuk sudut yang lebih dari 0 dan kurang dari 360 derajat.

Penutup

Demikianlah penjelasan gaya pada artikel ini. Gaya sangat berperan dalam kehidupan kita. Tanpa adanya gaya maka tidak aka nada dinamisasi atau perubahan. Semoga bermanfaat dalam melakukan aktifitas sehari-hari. 

Posted by Unknown

Tweet