Materi Hukum Newton: Bunyi, Rumus, Contoh, dan Penerapannya

Sebagai salah satu dasar dalam fisika, Hukum Newton adalah fondasi yang sangat penting dalam memahami dinamika gerak benda. Dari sekolah menengah hingga pendidikan tinggi, hukum ini merupakan topik yang tidak bisa diabaikan.

Disusun oleh Sir Isaac Newton pada abad ke-17, ketiga hukum ini menjelaskan bagaimana benda berinteraksi melalui gaya dan gerak.

Pengertian Hukum Newton

Hukum Newton merujuk pada hukum gerak yang dirumuskan oleh Sir Isaac Newton dalam bukunya yang terkenal, “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica,” yang diterbitkan pada tahun 1687.

Hukum ini terdiri dari tiga bagian yang dikenal sebagai Hukum Newton 1, Hukum Newton 2, dan Hukum Newton 3. Masing-masing bagian ini memberikan pemahaman yang komprehensif tentang bagaimana gaya mempengaruhi gerak benda.

Hukum Newton 1: Hukum Kelembaman

Hukum Newton 1 menyatakan bahwa “sebuah benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan sampai ada gaya lain yang bekerja pada benda tersebut”.

Dengan kata lain, jika resultan gaya yang bekerja pada benda adalah nol, benda tersebut akan mempertahankan keadaannya tersebut. Hukum ini dikenal sebagai Hukum Kelembaman karena kecenderungan benda untuk mempertahankan kondisi geraknya.

Hukum Newton 2: Hukum Percepatan

Hukum Newton 2 mengukur bagaimana gaya yang bekerja pada sebuah benda mempengaruhi percepatan benda tersebut.

Secara matematis, hukum ini dinyatakan dengan rumus \(F = m \times a\), di mana \(F\) adalah gaya yang bekerja pada benda (dalam Newton), \(m\) adalah massa benda (dalam kilogram), dan \(a\) adalah percepatan benda (dalam meter per detik kuadrat).

Hukum ini menegaskan bahwa percepatan benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja pada benda dan berbanding terbalik dengan massanya.

Hukum Newton 3: Hukum Aksi dan Reaksi

Hukum Newton 3 menyatakan bahwa setiap aksi selalu memiliki reaksi yang sama besar namun berlawanan arah. Artinya, jika sebuah benda memberikan gaya pada benda lain, maka benda kedua akan memberikan gaya yang sama besar namun berlawanan arah kepada benda pertama.

Hukum ini menekankan bahwa gaya-gaya tersebut bekerja pada benda yang berbeda.

Bunyi Hukum Newton

Setiap hukum memiliki bunyi khusus yang menjelaskan esensinya:

1. Bunyi Hukum Newton 1:
   “Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda adalah nol, maka benda tersebut akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan dengan kecepatan konstan.”
2. Bunyi Hukum Newton 2:
   “Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya, dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan akan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya.”
3. Bunyi Hukum Newton 3:
   “Setiap aksi akan menimbulkan reaksi yang setara dan berlawanan. Jika sebuah benda memberikan gaya pada benda lain, maka benda yang mendapat gaya akan memberikan gaya kembali yang sama besar tetapi berlawanan arah.”

Rumus Hukum Newton

Rumus ketiga hukum ini membantu dalam berbagai perhitungan yang berkaitan dengan gerak dan gaya:

Rumus Hukum Newton 1:

$$sum F = 0 \quad (\text{Resultan Gaya}) $$

Rumus Hukum Newton 2:

$$ F = m \times a $$

Rumus Hukum Newton 3:

$$ F_{\text{aksi}} = F_{\text{reaksi}} $$

Selain itu, ada beberapa rumus turunan dari Hukum Newton 3 yang relevan dalam aplikasi khusus:

• Rumus gaya gesek:
  $$ F_g = \mu \times N $$
  di mana \(F_g\) adalah gaya gesek, \(\mu\) adalah koefisien gesekan, dan \(N\) adalah gaya normal.
• Rumus gaya berat:
  $$ w = m \times g $$
  di mana \(w\) adalah gaya berat, \(m\) adalah massa benda, dan \(g\) adalah percepatan gravitasi Bumi.
• Rumus berat jenis:
  $$ s = \rho \times g $$
  di mana \(s\) adalah berat jenis, \(\rho\) adalah massa jenis, dan \(g\) adalah percepatan gravitasi.

Contoh Penerapan Hukum Newton dalam Kehidupan Sehari-hari

Hukum Newton 1:

Misalkan Anda sedang berada di dalam mobil yang bergerak cepat dan tiba-tiba direm. Anda akan terdorong ke depan karena inersia tubuh ingin mempertahankan kecepatan geraknya. Sebaliknya, jika mobil bergerak pelan dan tiba-tiba dipercepat, Anda akan terdorong ke belakang.

Contoh lain adalah ketika Anda meletakkan koin di atas kain dan menarik kain tersebut dengan cepat. Koin akan tetap berada di tempatnya karena ingin mempertahankan posisinya sesuai hukum inersia.

Hukum Newton 2:

Bayangkan Anda melempar batu secara vertikal ke atas. Pada awalnya, batu akan naik dengan kecepatan konstan hingga gravitasi melambatkannya dan akhirnya menghentikannya. Setelah mencapai puncak, batu akan turun kembali dengan percepatan yang sama besar tetapi berlawanan arah.

Contoh lain adalah menarik mobil mainan ke belakang. Semakin besar gaya yang diberikan saat menarik, semakin cepat mobil tersebut bergerak maju.

Hukum Newton 3:

Ketika Anda memukul paku dengan palu, palu memberikan gaya pada paku (aksi) dan paku memberikan gaya kembali pada palu (reaksi) yang sama besar namun berlawanan arah.

Begitu pula saat mengayuh perahu di air. Ketika dayung didorong ke belakang (aksi), perahu akan bergerak maju (reaksi) dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah.

Contoh Soal dan Pembahasan Hukum Newton

Contoh Soal Hukum Newton 1

Soal 1:
Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan konstan 80 km/jam di jalan raya lurus. Tiba-tiba, pengemudi mobil mematikan mesin. Jelaskan apa yang akan terjadi pada mobil dan penumpang di dalamnya berdasarkan Hukum Newton 1.

Jawaban:
Ketika pengemudi mematikan mesin mobil, mobil akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan karena hukum Newton 1 menyatakan bahwa sebuah benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan kecuali ada gaya eksternal yang bekerja padanya. Penumpang di dalam mobil juga akan tetap bergerak dengan kecepatan mobil tersebut sampai ada gaya lain (seperti gesekan udara atau gaya rem) yang mengurangi kecepatannya.

Soal 2:
Anda sedang duduk di dalam sebuah kereta yang berjalan dengan kecepatan konstan. Anda melemparkan bola ke atas dan menangkapnya lagi. Jelaskan pergerakan bola dan mengapa bola tersebut tidak terjatuh langsung ke lantai kereta berdasarkan Hukum Newton 1.

Jawaban:
Bola yang Anda lemparkan di dalam kereta akan tetap bergerak horizontal bersamaan dengan kereta. Ini karena benda akan mempertahankan kecepatan horizontalnya kecuali ada gaya eksternal yang bekerja. Inilah alasan bola tidak jatuh langsung ke lantai kereta.

Contoh Soal Hukum Newton 2

Soal 1:
Sebuah mobil dengan massa 1000 kg diberikan gaya sebesar 5000 N ke arah timur. Hitunglah percepatan mobil tersebut berdasarkan Hukum Newton 2.

Jawaban:
Untuk menghitung percepatan mobil, kita dapat menggunakan rumus Hukum Newton 2:
$$ F = m \times a $$
$$ a = \frac{F}{m} $$
Dengan \(F = 5000, \text{N}\) dan \(m = 1000, \text{kg}\)

$$a = \frac{5000}{1000} $$
$$a = 5 \, \text{m/s}^2 $$

Jadi, percepatan mobil adalah \(5 \, \text{m/s}^2\)

Soal 2:
Seorang pelari berlari dengan percepatan sebesar 4 m/s². Jika ia memiliki massa 70 kg, berapa besar gaya yang diberikan oleh pelari kepada tanah berdasarkan Hukum Newton 2?

Jawaban:
Untuk menghitung gaya yang diberikan oleh pelari kepada tanah, kita dapat menggunakan rumus Hukum Newton 2:
$$ F = m \times a $$
Dengan \(m = 70 \, \text{kg}\) dan \(a = 4 \, \text{m/s}^2\)

$$ F = 70 \, \text{kg} \times 4 \, \text{m/s}^2 $$
$$ F = 280 \, \text{N} $$

Jadi, pelari memberikan gaya sebesar \(280 \, \text{N}\) kepada tanah.

Contoh Soal Hukum Newton 3

Soal 1:
Ketika seorang atlet menyundul bola sepak, bola tersebut terbang ke arah gawang. Jelaskan Hukum Newton 3 dalam konteks ini dan berikan contoh reaksi yang mungkin terjadi.

Jawaban:
Hukum Newton 3 menyatakan bahwa setiap tindakan memiliki reaksi yang sama besar tetapi berlawanan arah. Jadi, ketika atlet menyundul bola sepak (tindakan), bola tersebut akan memberikan reaksi ke atlet dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah. Contohnya, atlet akan merasakan tekanan bola pada kepalanya ketika ia menyundulnya.

Soal 2:
Saat Anda berjalan, berikan contoh pasangan tindakan dan reaksi sesuai dengan Hukum Newton 3 yang terlibat dalam langkah Anda.

Jawaban:
Ketika Anda berjalan, terdapat pasangan tindakan dan reaksi. Misalnya, ketika Anda mendorong tanah ke belakang dengan kaki Anda (tindakan), tanah memberikan reaksi ke depan pada kaki Anda dengan gaya yang sama besar (reaksi). Ini memungkinkan Anda untuk bergerak maju. Gaya tindakan dan reaksi ini terjadi dalam pasangan yang berlawanan arah, sesuai dengan Hukum Newton 3.

Kesimpulan

Hukum Newton memberikan landasan penting dalam memahami gerak dan gaya dalam fisika. Dengan pemahaman yang baik tentang Hukum Newton 1, 2, dan 3, kita dapat menjelaskan dan menganalisis berbagai fenomena dalam kehidupan sehari-hari.

Dari mobil yang direm mendadak hingga batu yang dilempar ke udara, hukum-hukum ini menjelaskan banyak aspek mengapa benda bergerak dan bagaimana gaya bekerja pada mereka.

Dengan demikian, pengetahuan tentang Hukum Newton tidak hanya penting dalam konteks akademis tetapi juga dalam praktikalitas kehidupan sehari-hari.