A. Formulasi Hukum Newton
Hukum Newton tentang gerak benda merupakan hukum yang paling umum diterapkan untuk menganalisis dinamika gerak suatu benda dan merupakan dasar mekanika klasik. Secara umum hukm Newton menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang ditimbulkannya. Hukum Newton dibedakan menjadi hukum tiga, yaitu hukum I, hukum II, dan hukum III Newton.#1 Hukum I Newton
Hukum pertama Newton dikenal juga sebagai hukum kelembaman. Menurut hukum ini, jika tidak ada gaya luar atau resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda tersebut akan cenderung tetap diam atau bergerak lurus beraturan.
| ∑F = 0 |
#2 Hukum II Newton
Hukum kedua Newton menjelaskan hubungan antara resultan gaya yang bekerja pada benda dengan hasil kali massa dan percepatan. Menurut hukum ini, percepatan yang dialami oleh sebuah benda sama dengan hasil bagi antara resultan gaya dengan massa benda tersebut.
| ∑F = m . a |
Keterangan :
∑F = resultan gaya yang bekerja pada benda (N)
m = massa benda (kg)
a = percepatan yang dialami benda (m/s2).
#3 Hukum III Newton
Hukum III Newton menjaslkan fenomena aksi reaksi dari dua benda. Menurut hukum ketiga Newton, untuk setiap aksi ada suatu reaksi yang sama besar tetapi dengan arah yang berlawanan. Misalnya saat anda menumbuk sebuah dinding dengan gaya F maka dinding akan memberikan reaksi sebesar -F.
| F aksi = -F reaksi |
Hukum ketiga Newton merupakan hukum yang banyak penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk dimanfaatkan dalam bidang industri. Salah satu pemanfaatan konsep aksi reaksi dalam bidang industri adalah produk teknologi roket atau mesin jet.
B. Jenis-jenis Gaya
Dalam dinamika partikel khususnya untuk gerak lurus dan gerak melingkar, terdapat beberapa gaya yang bekerja pada benda yang perlu ditinjau untuk menyelesaikan suatu persoalan. Beberapa gaya yang umum dibahas antaralain gaya berat benda, gaya normal, gaya gesekan, dan gaya tegangan tali.#1 Gaya Berat
Gaya berat atau lebih sering disebut sebagai berat adalah gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda. Besar gaya berat suatu benda merupakan hasil kali massa benda dengan percepatan gravitasi dimana benda tersebut berada. Sedangan massa merupakan ukuran kelembaman benda, yaitu kecenderungan benda untuk mempertahankan posisinya.
| W = m . g |
Keterangan :
W = gaya berat benda (N)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
#2 Gaya Normal
Gaya normal adalah gaya yang tegak lurus terhadap bidang. Gaya normal bekerja pada bidang sentuh antara dua permukaan yang bersentuhan dan arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Jika sebuah benda diletakkan di atas sebuah lantai datar, maka arah gaya berat ke bawah sedangkan gaya normal arahnya ke atas.
Untuk benda yang diletakkan di atas bidang datar dan benda dalam keadaan diam (tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda misalnya gaya tarik atau dorong), maka besar gaya normal akan sama dengan gaya berat benda tersebut.
| N = W = m.g |
Keterangan :
N = gaya normal (N)
W = gaya berat benda (N).
Perlu diingat bahwa persamaan di atas hanya berlaku untuk benda diam di atas suatu bidang. Untuk kondisi lainnya, besar gaya normal bergantung pada posisi dan gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut. Untuk lebih jelasnya akan dibahas pada halaman khusus gaya normal.
#3 Gaya Gesekan
Gaya gesekan adalah gaya yang timbul akibat dua permukaan saling bersentuhan. Gaya gesek merupakan gaya hambat yang menghambat gerak benda. Gaya gesekan bekerja dengan arah yang berlawanan dengan arah gerak benda. Jika sebuah benda ditarik ke kanan, maka gaya gesekannya ke kiri, begitu sebaliknya.
a). Gaya Gesek Statis
Gaya gesekan statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda dalam keadaan diam. Gaya gesek statis mulai dari nol dan membersar sesuai dengan gaya dorong yang diberikan hingga mencapai suatu nilai maksimum. Besar gaya gesek statis sama dengan hasil kali koefisien gesek statis dengan gaya normal.
| fs = μs . N |
Keterangan :
fs = besar gaya gesekan statis (N)
μs = koefisien gesekan statis
N = gaya normal (N).
b). Gaya Gesek Kinetis
Gaya gesekan statis adalah gaya gesekan yang bekerja pada benda dalam keadaan bergerak. Gaya gesekan kinetis selalu lebih kecil daripada gaya gesekan statis maksimum. Besar gaya gesek kinetis yang dialami oleh suatu benda sama dengan hasil kali koefisien gesek kinetis dengan gaya normal.
| fk = μk . N |
Keterangan :
fk = besar gaya gesekan kinetis (N)
μk = koefisien gesekan kinetis
N = gaya normal (N).
#4 Gaya Tegangan Tali
Pada kasus dua benda yang dihubungkan dengan tali atau pada sistem katrol, maka ada satu gaya lagi yang bekerja pada benda, yaitu gaya tegangan tali. Gaya ini bekerja pada ujung-ujung tali dan arahnya bergantung posisi benda serta benda mana yang ditinjau. Besar tegangan tali yang dialami benda bergantung pada kasusnya.
#5 Gaya Sentripetal
Gaya sentripetal merupakan gaya yang bekerja pada suatu benda yang bergerak melingkar. Gayah ini bekerja dengan arah menuju pusat lintasan. Besar gaya sentripetal sama dengan hasil kali massa dengan percepatan sentripetal yang dialami benda.
| Fs = m . as |
Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
m = massa benda (kg)
as = percepatan sentripetal (m/s2).
C. Analisis Dinamika Partikel
Dinamika partikel sebenarnya tidak hanya membahas dinamika gerak lurus tetapi juga gaya-gaya pada gerak melingkar. Namun, pada kesempatan ini hanya akan dirangkum beberapa contoh analisis dinamika partikel sederhana yang cukup sering muncul dalam soal.Secara umum, persoalan dinamika partikel dapat diselesaikan dengan menganalisis gaya-gaya yang bekerja pada benda kemudian menganalisis kondisinya apakah berlaku hukum pertama Newton atau hukum kedua Newton. Jika benda diam, maka berlaku hukum I Newton, sedangkan jika benda bergerak (mengalami percepatan), maka berlaku hukum II Newton.
Jika sebuah benda mengalami beberapa gaya sehingga menyebabkan benda bergerak, maka besar percapatan yang dialami oleh benda dapat dihitung dengan rumus berikut:
|
Keterangan :
a = percepatan yang dialami benda (m/s2)
∑F = resultan gaya yang bekerja pada benda (N)
m = massa benda (kg).
Demikianlah kumpulan rumus dan rnagkuman teori fisika tentang dinamika partikel yang dapat edutafsi bagikan semoga dapat menjadi media pembelajaran. Jika rumus dan rangkuman ini bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share yang tersedia. Terimakasih.
