Hai Quipperian! Sudahkah kamu memahami materi hukum Newton tentang gerak? Belum paham? Tenang saja, untuk membantumu Quipper Video Blog akan membahas materi tersebut pada artikel kali ini. Mau tahu seperti apa pembahasannya? Yuk, langsung saja disimak! Show Siapa Itu Isaac Newton?Sebelum membahas mengenai teori hukum Newton, ada baiknya kamu mengetahui sekilas info tentang Newton. Terlahir dengan nama lengkap Isaac Newton, merupakan sosok di balik penemuan teori hukum gerak dan gravitasi dalam dunia keilmuan fisika. Ia dikenal sebagai seorang filusuf matematika dan fisika. Penemu asal Inggris tersebut membukukan pemikirannya pada tahun 1687. Buku itu berjudul Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Prinsip Matematika dalam Filsafat Alam). Buku tersebut menjadi sebuah pondasi perkembangan ilmu matematika dan fisika modern. Atas dedikasinya terhadap ilmu pengetahuan matematika dan fisika, Newton mendapatkan gelar bangsawan kehormatan dari Kerajaan Inggris pada tahun 1705. Bagaimana sekilas info-nya? Mau gak kamu menjadi orang seperti Newton? Pasti mau ya kan. Menjadi orang yang ilmunya bermanfaat untuk orang lain. Setelah mengetahui sekilas info tersebut, yuk sekarang kita selami pemikiran-pemikiran Newton tentang Gerak. Hukum Newton 1Hukum Newton I tentang gerak menyebutkan “Setiap benda akan diam atau bergerak lurus beraturan jika resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol.” Teori tersebut juga menyebutkan bahwa setiap benda bersifat lembam. Artinya, benda cenderung mempertahankan kedudukannya. Benda diam akan tetap diam dan ketika benda bergerak cenderung bergerak. Hukum I Newton juga menggambarkan sifat benda yang selalu mempertahankan keadaan diam atau bergeraknya. Istilah untuk itu ialah inersia atau kelembaman. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa Hukum Newton I disebut pula dengan istilah Hukum Kelembaman. Hukum Newton I dalam rumus fisikanya ialah sebagai berikut: Arti dari rumus tersebut ialah resultan gaya-gaya yang bekerja sama dengan nol. Jika resultan gaya sebuah benda sama dengan nol, berarti benda tersebut tidak memiliki percepatan atau percepatannya sama dengan nol. Cukup mudah dipahami bukan untuk Hukum Newton I atau Hukum Kelembaman? Mudah kan kalau kamu mau mempelajarinya dengan seksama. Kalau begitu, yuk, ke pembahasan selanjutnya! Hukum Newton 2Hukum Newton II menyebutkan “Besarnya percepatan yang dialami suatu benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja terhadap benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massa bendanya.” Berdasarkan teori tersebut, percepatan yang timbul pada suatu benda karena dipengaruhi gaya yang bekerja pada benda, besarnya akan berbanding lurus dan searah dengan gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa benda. Dalam pemahaman yang lebih sederhana, jika resultan gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda tidak sama dengan nol, maka benda tersebut akan bergerak dengan suatu percepatan. Hukum Newton II bila dirumuskan menjadi seperti berikut: Hukum Newton 3Hukum Newton III menyatakan “Setiap ada gaya aksi yang bekerja pada suatu benda, maka akan timbul gaya reaksi yang besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan.” Maksud dari hukum tersebut ialah jika sebuah benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua pun mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sama tetapi berlawanan arah. Untuk memahami teori tersebut, kamu bisa melihat contoh di kehidupan nyata. Contoh tersebut seperti ketika seorang penyelam tengah melakukan penyelaman. Kaki dan tangan penyelam mendorong air ke belakang (gaya aksi), sehingga badan penyelam terdorong ke depan sebagai gaya reaksi. Bila dirumuskan maka Hukum Newton III menjadi seperti berikut: Gaya aksi-reaksi pada memiliki sifat-sifat tertentu. Sifat-sifat tersebut antara lain: sama besar, terletak dalam satu garis kerja, berlawanan arah, dan bekerja pada dua benda yang berlainan. Selain itu, gaya dibedakan menjadi beberama macam yaitu gaya berat, gaya normal, gaya gesek, dan gaya tegang tali. Gaya berat yakni gaya yang dimiliki suatu benda akibat pengaruh percepatan gravitasi dengan arah selalu tegak lurus menuju pusat bumi. Lalu, gaya normal yakni gaya penyeimbang yang bekerja pada dua permukaan benda yang bersentuhan dan arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Gaya gesek adalah gaya yang timbul akibat kekasaran dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Dan, terakhir, gaya tegang tali yaitu gaya yang bekerja pada tali sebagai gaya aksi-reaksi. Nah, itulah pembahasan mengenai Hukum Newton tentang Gerak. Kalau kamu masih membutuhkan materi yang lebih lengkap, kamu bisa mendapatkannya di Quipper Video. Untuk dapat mengakses Quipper Video, kamu bisa mendaftarkan dirimu di sini. Yakin dhe, kalau bergabung bersama Quipper Video gak akan membuatmu menyesal! Muhammad Khairil Jakarta - Hukum Newton adalah hukum yang menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak benda tersebut. Hukum ini ditemukan oleh ilmuwan asal Inggris Sir Isaac Newton. Sir Isaac Newton mempublikasikan karyanya itu dalam Philosophiae Naturalis Principia Mathematica atau Principia yang dipublikasikan pada 1687. Adapun Hukum Newton tentang gerak ini terdiri atas tiga bagian yakni Hukum Newton I, Hukum Newton II, dan Hukum Newton III. Lalu bagaimana bunyi Hukum Newton tersebut dan contoh penerapannya? Hukum Newton IHukum Newton I berbunyi :"Setiap benda akan mempertahankan keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya." Seperti yang dikutip dari Modul Pelajaran IPA Dinas Pendidikan Kota Surabaya Hukum Newton I tentang gerak sering pula disebut hukum kelembaman. Kelembaman adalah sifat dasar dari sebuah benda, yaitu benda akan mempertahankan keadaannya. Contoh penerapan Hukum Newton I dapat dilihat dari penumpang sebuah kendaraan yang direm mendadak. Maka badan penumpang tersebut akan terdorong ke depan.
ADVERTISEMENT SCROLL TO RESUME CONTENT Hukum Newton II berbunyi: "Percepatan yang diberikan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda adalah sebanding dengan resultan gaya serta berbanding terbalik dengan massa benda." Contoh penerapan Hukum Newton II ini terlihat dalam sebuah pertandingan bola voli. Terutama saat atlet memukul bola yang artinya memberikan gaya pada bola tersebut. Maka bola yang dipukul atlet itu akan bergerak dengan percepatan tertentu. Hukum Newton IIIHukum Newton III berbunyi: "Jika suatu benda memberikan gaya pada benda lain maka benda yang dikenai gaya akan memberikan gaya yang besarnya sama dengan gaya yang di terima dari benda pertama tetapi arahnya berlawanan" Meja itu kemudian akan memberikan gaya kembali kepada tangan dengan besar yang sama dan berlawanan arah dengan arah gaya yang kamu berikan. Semakin keras kamu memukul meja, maka tangan kamu akan semakin sakit karena meja melakukan gaya yang juga semakin besar ke tangan. (pal/erd)Hukum gerak Newton adalah hukum fisika yang menjelaskan perpindahan suatu objek sebagai hasil hubungan antara nilai dan jarak dari gaya yang berlaku pada objek tersebut.[1] Hukum gerak Newton merupakan salah satu dari tiga hukum fisika yang menjadi dasar mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya. Hukum ini telah dituliskan dengan pembahasaan yang berbeda-beda selama hampir 3 abad,[2] dan dapat dirangkum sebagai berikut:
Ketiga hukum gerak ini pertama dirangkum oleh Isaac Newton dalam karyanya Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, pertama kali diterbitkan pada 5 Juli 1687.[6] Newton menggunakan karyanya untuk menjelaskan dan meniliti gerak dari bermacam-macam benda fisik maupun sistem.[7] Contohnya dalam jilid tiga dari naskah tersebut, Newton menunjukkan bahwa dengan menggabungkan antara hukum gerak dengan hukum gravitasi umum, ia dapat menjelaskan hukum pergerakan planet milik Kepler. Hukum Newton diterapkan pada benda yang dianggap sebagai partikel,[8] dalam evaluasi pergerakan misalnya, panjang benda tidak dihiraukan, karena objek yang dihitung dapat dianggap kecil, relatif terhadap jarak yang ditempuh. Perubahan bentuk (deformasi) dan rotasi dari suatu objek juga tidak diperhitungkan dalam analisisnya. Maka sebuah planet dapat dianggap sebagai suatu titik atau partikel untuk dianalisis gerakan orbitnya mengelilingi sebuah bintang. Dalam bentuk aslinya, hukum gerak Newton tidaklah cukup untuk menghitung gerakan dari objek yang bisa berubah bentuk (benda tidak padat). Leonard Euler pada tahun 1750 memperkenalkan generalisasi hukum gerak Newton untuk benda padat yang disebut hukum gerak Euler, yang dalam perkembangannya juga dapat digunakan untuk benda tidak padat. Jika setiap benda dapat direpresentasikan sebagai sekumpulan partikel-partikel yang berbeda, dan tiap-tiap partikel mengikuti hukum gerak Newton, maka hukum-hukum Euler dapat diturunkan dari hukum-hukum Newton. Hukum Euler dapat dianggap sebagai aksioma dalam menjelaskan gerakan dari benda yang memiliki dimensi.[9] Ketika kecepatan mendekati kecepatan cahaya, efek dari relativitas khusus harus diperhitungkan.[10] Walter Lewin menjelaskan hukum pertama Newton (dalam bahasa Inggris).(MIT Course 8.01 Diarsipkan 2017-02-09 di Wayback Machine.)[11]
Hukum ini menyatakan bahwa jika resultan gaya (jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda) bernilai nol, maka kecepatan benda tersebut konstan. Dirumuskan secara matematis menjadi: ∑ F = 0 ⇒ d v d t = 0. {\displaystyle \sum \mathbf {F} =0\Rightarrow {\frac {d\mathbf {v} }{dt}}=0.}Artinya:
Hukum pertama newton adalah penjelasan kembali dari hukum inersia yang sudah pernah dideskripsikan oleh Galileo. Dalam bukunya Newton memberikan penghargaan pada Galileo untuk hukum ini. Aristoteles berpendapat bahwa setiap benda memilik tempat asal di alam semesta: benda berat seperti batu akan berada di atas tanah dan benda ringan seperti asap berada di langit. Bintang-bintang akan tetap berada di surga. Ia mengira bahwa sebuah benda sedang berada pada kondisi alamiahnya jika tidak bergerak, dan untuk satu benda bergerak pada garis lurus dengan kecepatan konstan diperlukan sesuatu dari luar benda tersebut yang terus mendorongnya, kalau tidak benda tersebut akan berhenti bergerak. Tetapi Galileo menyadari bahwa gaya diperlukan untuk mengubah kecepatan benda tersebut (percepatan), tetapi untuk mempertahankan kecepatan tidak diperlukan gaya. Sama dengan hukum pertama Newton: Tanpa gaya berarti tidak ada percepatan, maka benda berada pada kecepatan konstan. Walter Lewin menjelaskan hukum dua Newton dengan menggunakan gravitasi sebagai contohnya.(MIT OCW Diarsipkan 2017-02-09 di Wayback Machine.)[13] Hukum kedua menyatakan bahwa total gaya pada sebuah partikel sama dengan banyaknya perubahan momentum linier p terhadap waktu: Karena hukumnya hanya berlaku untuk sistem dengan massa konstan,[14][15][16] variabel massa (sebuah konstan) dapat dikeluarkan dari operator diferensial dengan menggunakan aturan diferensiasi. Maka, F = m d v d t = m a , {\displaystyle \mathbf {F} =m\,{\frac {\mathrm {d} \mathbf {v} }{\mathrm {d} t}}=m\mathbf {a} ,}Dengan F adalah total gaya yang bekerja, m adalah massa benda, dan a adalah percepatan benda. Maka total gaya yang bekerja pada suatu benda menghasilkan percepatan yang berbanding lurus. Massa yang bertambah atau berkurang dari suatu sistem akan mengakibatkan perubahan dalam momentum. Perubahan momentum ini bukanlah akibat dari gaya. Untuk menghitung sistem dengan massa yang bisa berubah-ubah, diperlukan persamaan yang berbeda. Sesuai dengan hukum pertama, turunan momentum terhadap waktu tidak nol ketika terjadi perubahan arah, walaupun tidak terjadi perubahan besaran. Contohnya adalah gerak melingkar beraturan. Hubungan ini juga secara tidak langsung menyatakan kekekalan momentum: Ketika resultan gaya yang bekerja pada benda nol, momentum benda tersebut konstan. Setiap perubahan gaya berbanding lurus dengan perubahan momentum tiap satuan waktu. Hukum kedua ini perlu perubahan jika relativitas khusus diperhitungkan, karena dalam kecepatan sangat tinggi hasil kali massa dengan kecepatan tidak mendekati momentum sebenarnya. ImpulsImpuls J muncul ketika sebuah gaya F bekerja pada suatu interval waktu Δt, dan dirumuskan sebagai[17][18] J = ∫ Δ t F d t . {\displaystyle \mathbf {J} =\int _{\Delta t}\mathbf {F} \,\mathrm {d} t.}Impuls adalah suatu konsep yang digunakan untuk menganalisis tumbukan.[19] Sistem dengan massa berubahSistem dengan massa berubah, seperti roket yang bahan bakarnya digunakan dan mengeluarkan gas sisa, tidak termasuk dalam sistem tertutup dan tidak dapat dihitung dengan hanya mengubah massa menjadi sebuah fungsi dari waktu di hukum kedua.[15] Alasannya, seperti yang tertulis dalam An Introduction to Mechanics karya Kleppner dan Kolenkow, adalah bahwa hukum kedua Newton berlaku terhadap partikel-partikel secara mendasar.[16] Pada mekanika klasik, partikel memiliki massa yang konstant. Dalam kasus partikel-partikel dalam suatu sistem yang terdefinisikan dengan jelas, hukum Newton dapat digunakan dengan menjumlahkan semua partikel dalam sistem: F t o t a l = M a p m {\displaystyle \mathbf {F} _{\mathrm {total} }=M\mathbf {a} _{\mathrm {pm} }}dengan Ftotal adalah total gaya yang bekerja pada sistem, M adalah total massa dari sistem, dan apm adalah percepatan dari pusat massa sistem. Sistem dengan massa yang berubah-ubah seperti roket atau ember yang berlubang biasanya tidak dapat dihitung seperti sistem partikel, maka hukum kedua Newton tidak dapat digunakan langsung. Persamaan baru digunakan untuk menyelesaikan soal seperti itu dengan cara menata ulang hukum kedua dan menghitung momentum yang dibawa oleh massa yang masuk atau keluar dari sistem:[14] F + u d m d t = m d v d t {\displaystyle \mathbf {F} +\mathbf {u} {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}=m{\mathrm {d} \mathbf {v} \over \mathrm {d} t}}dengan u adalah kecepatan dari massa yang masuk atau keluar relatif terhadap pusat massa dari objek utama. Dalam beberapa konvensi, besar (u dm/dt) di sebelah kiri persamaan, yang juga disebut dorongan, didefinisikan sebagai gaya (gaya yang dikeluarkan oleh suatu benda sesuai dengan berubahnya massa, seperti dorongan roket) dan dimasukan dalam besarnya F. Maka dengan mengubah definisi percepatan, persamaan tadi menjadi F = m a . {\displaystyle \mathbf {F} =m\mathbf {a} .}SejarahHukum kedua Newton dalam bahasa aslinya (latin) berbunyi:
Diterjmahkan dengan cukup tepat oleh Motte pada tahun 1729 menjadi:
Yang dalam Bahasa Indonesia berarti:
Hukum Ketiga Newton. Para pemain sepatu luncur es memberikan gaya pada satu sama-lain dengan besar yang sama tetapi berlawanan arah. Penjelasan hukum ketiga Newton.[20]
Benda apapun yang menekan atau menarik benda lain mengalami tekanan atau tarikan yang sama dari benda yang ditekan atau ditarik. Kalau anda menekan sebuah batu dengan jari anda, jari anda juga ditekan oleh batu. Jika seekor kuda menarik sebuah batu dengan menggunakan tali, maka kuda tersebut juga "tertarik" ke arah batu: untuk tali yang digunakan, juga akan menarik sang kuda ke arah batu sebesar ia menarik sang batu ke arah kuda. Hukum ketiga ini menjelaskan bahwa semua gaya adalah interaksi antara benda-benda yang berbeda,[21] maka tidak ada gaya yang bekerja hanya pada satu benda. Jika benda A mengerjakan gaya pada benda B, benda B secara bersamaan akan mengerjakan gaya dengan besar yang sama pada benda A dan kedua gaya segaris. Seperti yang ditunjukan di diagram, para peluncur es (Ice skater) memberikan gaya satu sama lain dengan besar yang sama, tetapi arah yang berlawanan. Walaupun gaya yang diberikan sama, percepatan yang terjadi tidak sama. Peluncur yang massanya lebih kecil akan mendapat percepatan yang lebih besar karena hukum kedua Newton. Dua gaya yang bekerja pada hukum ketiga ini adalah gaya yang bertipe sama. Misalnya antara roda dengan jalan sama-sama memberikan gaya gesek. Secara sederhananya, sebuah gaya selalu bekerja pada sepasang benda, dan tidak pernah hanya pada sebuah benda. Jadi untuk setiap gaya selalu memiliki dua ujung. Setiap ujung gaya ini sama kecuali arahnya yang berlawanan. Atau sebuah ujung gaya adalah cerminan dari ujung lainnya. Secara matematis, hukum ketiga ini berupa persamaan vektor satu dimensi, yang bisa dituliskan sebagai berikut. Asumsikan benda A dan benda B memberikan gaya terhadap satu sama lain. ∑ F a , b = − ∑ F b , a {\displaystyle \sum \mathbf {F} _{a,b}=-\sum \mathbf {F} _{b,a}}Dengan Fa,b adalah gaya-gaya yang bekerja pada A oleh B, dan Fb,a adalah gaya-gaya yang bekerja pada B oleh A.Newton menggunakan hukum ketiga untuk menurunkan hukum kekekalan momentum,[22] namun dengan pengamatan yang lebih dalam, kekekalan momentum adalah ide yang lebih mendasar (diturunkan melalui teorema Noether dari relativitas Galileo dibandingkan hukum ketiga, dan tetap berlaku pada kasus yang membuat hukum ketiga newton seakan-akan tidak berlaku. Misalnya ketika medan gaya memiliki momentum, dan dalam mekanika kuantum. Hukum-hukum Newton sudah diverifikasi dengan eksperimen dan pengamatan selama lebih dari 200 tahun, dan hukum-hukum ini adalah pendekatan yang sangat baik untuk perhitungan dalam skala dan kecepatan yang dialami oleh manusia sehari-hari. Hukum gerak Newton dan hukum gravitasi umum dan kalkulus, (untuk pertama kalinya) dapat memfasilitasi penjelasan kuantitatif tentang berbagai fenomena-fenomena fisis. Ketiga hukum ini juga merupakan pendekatan yang baik untuk benda-benda makroskopis dalam kondisi sehari-hari. Namun hukum newton (digabungkan dengan hukum gravitasi umum dan elektrodinamika klasik) tidak tepat untuk digunakan dalam kondisi tertentu, terutama dalam skala yang amat kecil, kecepatan yang sangat tinggi (dalam relativitas khusus, faktor Lorentz, massa diam, dan kecepatan harus diperhitungkan dalam perumusan momentum) atau medan gravitasi yang sangat kuat. Maka hukum-hukum ini tidak dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena-fenomena seperti konduksi listrik pada sebuah semikonduktor, sifat-sifat optik dari sebuah bahan, kesalahan pada GPS sistem yang tidak diperbaiki secara relativistik, dan superkonduktivitas. Penjelasan dari fenomena-fenomena ini membutuhkan teori fisika yang lebih kompleks, termasuk relativitas umum dan teori medan kuantum. Dalam mekanika kuantum konsep seperti gaya, momentum, dan posisi didefinsikan oleh operator-operator linier yang beroperasi dalam kondisi kuantum, pada kecepatan yang jauh lebih rendah dari kecepatan cahaya, hukum-hukum Newton sama tepatnya dengan operator-operator ini bekerja pada benda-benda klasik. Pada kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, hukum kedua tetap berlaku seperti bentuk aslinya F = dpdt, yang menjelaskan bahwa gaya adalah turunan dari momentum suatu benda terhadap waktu, namun beberapa versi terbaru dari hukum kedua tidak berlaku pada kecepatan relativistik. Di fisika modern, hukum kekekalan dari momentum, energi, dan momentum sudut berlaku lebih umum daripada hukum-hukum Newton, karena mereka berlaku pada cahaya maupun materi, dan juga pada fisika klasik maupun fisika non-klasik. Secara sederhana, "Momen, energi, dan momentum angular tidak dapat diciptakan atau dihilangkan." Karena gaya adalah turunan dari momen, dalam teori-teori dasar (seperti mekanika kuantum, elektrodinamika kuantum, relativitas umum, dsb.), konsep gaya tidak penting dan berada dibawah kekekalan momentum. Model standar dapat menjelaskan secara terperinci bagaimana tiga gaya-gaya fundamental yang dikenal sebagai gaya-gaya gauge, berasal dari pertukaran partikel virtual. Gaya-gaya lain seperti gravitasi dan tekanan degenerasi fermionik juga muncul dari kekekalan momentum. Kekekalan dari 4-momentum dalam gerak inersia melalui ruang-waktu terkurva menghasilkan yang kita sebut sebagai gaya gravitasi dalam teori relativitas umum. Kekekalan energi baru ditemukan setelah hampir dua abad setelah kehidupan Newton, adanya jeda yang cukup panjang ini disebabkan oleh adanya kesulitan dalam memahami peran dari energi mikroskopik dan tak terlihat seperti panas dan cahaya infra-merah.
|