Contoh-contoh Penerapan Hukum Newton

Penerapan Hukum Newton

Kita pasti sering menemui contoh penerapan pada kehidupan sehari-hari hukum-hukum Newton. kali ini kita akan membahas beberapa contoh penerapan hukum-hukum Newton. Misalnya pada gerak lurus, gerak vertikal, dan gerak melingkar beraturan.

Dalam menyelesaikan permasalahan yang menggunakan hukum I dan II Newton pada suatu benda, ada beberapa langkah yang dapat kita tempuh untuk mempermudah kita dalam menyelesaikannya.

1.Gambarlah diagram yang menggambarkan semua gaya yang bekerja pada benda tersebut (gambar diagram bebas).

contoh gambar diagram bebas

2.Gaya yang searah dengan perpindahan benda dianggap positif, sedangkan gaya yang berlawanan arah dengan perpindahan benda dianggap negatif.

1. Gerak Benda pada Bidang datar

Sebuah benda terletak pada bidang datar yang licin seperti gambar berikut:

Kemudian benda tersebut diberi gaya F mendatar hingga benda bergerak lurus dengan percepatan a.

Sekarang kita analisis gaya yang bekerja pada masing-masing komponen (sumbu x dan y)

Gaya yang Bekerja pada sumbu y adalah:

Karena benda tidak bergerak terhadap sumbu y maka total gaya yang bekerja pada sumbu y adalah 0.

 

Selanjutnya kita analisis gaya yang bekerja pada sumbu x:

 

dengan:

a = percepatan (m/s₂)

F = gaya (N)

m = massa (kg)

Bagaimana jika gaya tarik F membentuk sudut ?

Komponen yang menyebabkan benda bergerak di atas bidang datar licin adalah komponen horizontal F, yaitu Fx. Oleh karena itu, persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.

 

Sesuai dengan hukum II Newton, percepatan benda adalah sebagai berikut.

 

Persamaan diatas berlaku untuk lantai licin, sedangkan untuk sebuah benda yang berada di atas bidang kasar, harus memperhitungkan gaya gesek antara benda dan bidang datar tersebut.

2.Gerak pada Bidang Miring

     Sebuah benda memiliki gaya berat w = mg terletak pada bidang miring membentuk sudut kemiringan a terhadap garis normal N. Ingat bahwa arah gaya normal tegak lurus terhadap bidang sentuh seperti pada gambar berikut:

Kita akan gaya pada masing-masing komponen

Jika diambil sumbu X sejajar bidang miring dan sumbu Y tegak lurus dengan bidang miring, maka komponen-komponen gaya beratnya adalah sebagai berikut

Komponen gaya berat pada sumbu X adalah

Wx = mg sin a

Komponen gaya berat pada sumbu Y adalah

Wy = mg cos a

Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu Y adalah sebagai berikut

Karena benda tidak bergerak pada sumbu y, maka

Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu x adalah sebagai berikut.

Maka percepatan yang dialami oleh benda adalah sebagai berikut.

3.Gerak benda-benda yang dihubungkan dengan tali

Jika dua balok dihubungkan dengan tali yang massanya diabaikan dan terletak di atas bidang datar yang licin, 



maka Besar tegangan talinya dapat dihitung dengan cara berikut.

Gaya terhadap balok A pada sumbu x adalah

Gaya terhadap balok B pada sumbu x adalah

Percepatan kedua balok dapat hitung dengan mensubtitusikan kedua persamaan tersebut:

dengan:

a= percepatan balok(m/s²)

F = gaya tarik(N)

mA = massa benda A(kg)

mB = massa benda B (kg)

4.Gerak benda yang Dihubungkan dengan tali melalui katrol

     Misalnya dua buah benda ma dan mb dihubungkan dengan seutas tali melalui sebuah katrol licin (tali dianggap tidak bermassa). Jika ma > mb, maka ma akan bergerak ke bawah (positif) dan mb bergerak ke atas (negatif) dengan percepatan sama. Untuk menentukan besarnya percepatan dan tegangan tali pada benda, Anda dapat lakukan dengan meninjau gaya-gaya yang bekerja pada masing-masing benda.

Tinjau benda ma:

Tinjau benda mb :

jika tali dianggap tidak bermassa dan katrol licin, maka gesekan antara katrol dan tali juga diabaikan. Sehingga tegangan tali di mana-mana adalah sama. Oleh karena itu, dari persamaan-persamaan di atas didapatkan persamaan sebagai berikut.

Gerak benda dihubungkan tali melalui dua katrol yang salah satunya dapat bergerak

     Pada rangkaian bendan dan b seperti gambar, percepatan beda pada katrol bergerak bebas adalah setengah dari percepatan benda pada katrol tetap sehingga aB = ½ aA.

Persamaan-persamaan yang berlaku pada rangkaian tersebut adalah sebagai berikut.

Tinjuan pada benda A

Tinjauan pada benda B

5. Gaya Tekan Kaki pada Lantai Lift

 Apa yang kalian rasakan ketika saat menaiki  lift yang bergerak? Berat seseorang yang menaiki lift yang sedang bergerak akan berbeda dengan berat ketika lift masih diam. Mengapa bisa demikian? Berdasarkan hukum-hukum Newton, hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut.

Pada lift diam atau bergerak dengan kecepatan tetap, maka percepatannya nol. Oleh karena itu, berlaku keseimbangan gaya (hukum I Newton).

Jadi, gaya tekan kaki pada saat lift diam atau bergerak dengan kecepatan tetap adalah sama dengan gaya berat orang tersebut.

Jika lift bergerak ke atas dengan percepatan, maka besarnya gaya tekan kaki pada lantai lift dapat ditentukan sebagai berikut.

Sebagai acuan pada gerak lift naik, gaya-gaya yang searah dengan arah gerak lift diberi tanda positif dan yang berlawanan di beri tanda negatif.

 Selanjutnya, berdasarkan penalaran yang sama seperti saat lift bergerak ke atas, maka untuk lift yang bergerak ke bawah didapatkan persamaan sebagai berikut.

6. Gerak Menikung di Jalan

Pernah kalian amati para pembalap(sepeda motor)akan memiringkan badannya ketika menikung.
Mengapa para pembalap memiringkan badannya saat melewati tikungan? Mengapa pada belokan tajam lintasan balapan dibuat miring? 
Tujuannya  adalah agar para pembalap dapat menikung dengan kecepatan tinggi dengan lebih mudah dan aman.

Jika gaya gesekan antar ban dan jalan diabaikan dan sudut kemiringan antara jalan dan bidang horizontal , maka gaya-gaya yang bekerja pada mobil adalah sebagai berikut.

Untuk komponen pada sumbu X (horizontal)

Untuk Komponen sumbu Y (vertikal)

Jika persamaan-persamaan di atas disubtitusikan, maka akan didapatkan persamaan sebagai berikut.

Persamaan di atas merupakan persamaan kecepatan maksimum yang boleh dimiliki mobil agar tidak terpental dari lintasan.

7. Gerak Melingkar Vertikal

Contoh dari gerak melingkar vertikal dapat kita dijumpai di tempat wahana  permainan,  seperti kora-kora (perahu ayun) dan kereta luncur. Gerak melingkar vertikal juga di alami oleh seseorang yang mengendarai mobil di daerah perbukitan yang naik turun atau pilot yang melakukan demonstrasi gerakan loop di langit.

Misalnya, sebuah batu diikat dengan seutas tali kemudian diputar secara vertikal. Maka akan ada perbedaan tegangan tali saat benda di titik tertinggi, terendah, mendatar, dan sembarang titik yang membentuk sudut a. 


Pada gerak melingkar vertikal dapat dipilih acuan sebagai berikut: Pertama, semua gaya yang menuju ke pusat lingkaran diberi nilai positif. Kedua, Gaya-gaya yang menjauhi pusat lingkaran diberi nilai negatif.

Besarnya tegangan tali pada semua keadaan:


Apakah anda sudah paham penerapan hukum Newton? Agar lebih memahaminya kerjakan soal latihannya dan bisa dilihat pada daftar isi

Tentang: Fisika

Share:

Artikel Terkait