10 SMA : Bab IV Dinamika Partikel - Part 1

 

BAB IV

DINAMIKA PARTIKEL - PART 1

"Mengenal Hukum Newton"

Gambar 1. Penemu Hukum Newton : Sir Isaac Newton [1].

    Halo para pejuang ilmu pengetahuan, kembali lagi di blogspot kesayangan kalian @kenapabelajarilmu. Kali ini saya akan membahas seputar "Hukum Newton". Mungkin dari kalian semua yang sudah duduk dibangku SMA saat ini, pastinya sudah mempelajari topik bahasan kita di bangku SMP dahulu. Katakanlah kalian sudah mengenal Gaya (F). Jika saya tanya : 

1. Apa yang dimaksud dengan "Gaya (F)" ?
2. Siapa yang menemukan rumus Gaya (Hukum Newton) ?
3. Bagaimana asal-usul terbentuknya rumus "Gaya" ?
4. Bagaimana mengetahui / mengukur sebuah "Gaya" ?

        Bisa-kah kalian menjawab ke-4 pertanyaan yang saya lontarkan diatas? Mungkin dari sebagian kalian sudah paham betul, esensi dari materi "Hukum Newton" di bangku SMP dahulu. Atau bahkan ada dari kalian yang baru memahami esensi tersebut saat dibangku SMA, atau menginjak umur dewasa (masuk ke perguruan tinggi). Tetapi bagaimana dari sebagian kalian yang masih belum memahaminya?. Jangan takut kali ini, saya akan bahas tuntas materi "Hukum Newton" dengan menjawab ke-4 pertanyaan diatas. Tanpa basa-basi, yuk langsung kita bahas. Sebelumnya, hendaknya kita mengenal terlebih dahulu sapa penemu dari "Hukum Newton".

A. Apa yang dimaksud dengan "Gaya" (F)?

        Definisi Gaya adalah interaksi yang berupa tarikan atau dorongan dari suatu benda. [4] Pada dasarnya suatu objek dapat bergerak karena berinteraksi dengan objek lain. Seperti halnya, ketika kalian berjalan diatas jalan. Sebenarnya kaki kalian berinteraksi dengan permukaan jalan. Secara garis besar, kaki kalian menekan permukanan jalanan ke bawah, sedangkan permukaan jalanan memberikan gaya tekan ke atas atau bisa disebut gaya angkat (berkebalikan arah dengan tekanan yang kalian berikan). Contoh tersebut berkaitan dengan Hukum III Newton yang akan kita bahas.

B. Siapa yang menemukan "Hukum Newton"?

    Jika, dari kalian yang bertanya, "Siapa yang menemukan Hukum Newton". Beliau bernama Isaac Newton, atau memliki nama kepanjangan Sir Isaac Newton (1643 - 1727). Kalian dapat melihat wajah beliau pada Gambar 1. Beliau adalah ilmuwan terbesar sepanjang abad, yang berprofesi sebagai seorang ahli matematika, astronomi, fisika, filsafat, guru besar, dan banyak gelar lainnya. Beliau menemukan hukum gravitasi, hukum gerak, kalkulus, teleskop pantul, dan spektrum. Bukunya yang terkenal berjudul "Principa dan Optika" [2][3].

    Newton lahir di kota Woolsthorpe pada tahun 1643. Masa kecil Newton cukup menyedihkan. Beberapa bulan sebelum ia lahir, ayahnya meninggal. Ayahnya adalah seorang petani. Pada umur 22 tahun, Newton dapat menyelesaikan kuliahnya dan berhasil mendapat gelar Sarjana Muda. Pada suatu hari Newton berjalan-jalan di kebun sambil berpikir mengapa bulan bergerak mengelilingi bumi. Kemudian ia beristirahat di bawah pohon apel. Tak lama berselang ia melihat buah apel jatuh dari pohonnya. Setelah mengamati jatuhnya buah apel, Newton sadar bahwa gaya gravitasi yang menariknya buah apel tersebut, dan gaya itu jugalah yang menarik bulan sehingga tetap dalam orbitnya mengelilingi bumi. Hukum gravitasi universal pun terungkap, hukum tersebut berbunyi :

“Besarnya gaya gravitasi antara dua massa ber-banding lurus dengan hasil kali kedua massa dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat-pusat kedua massa itu”.

    Untuk memahami "pernyataan Newton" diatas, kalian bisa mengunjing artikel ini.[5] Dalam pembahasan kali ini, kita akan lebih membahas bagaimana benda bisa bergerak, apa saja faktor internal dan eksternal yang mempengaruhinya (memfokuskan pembahasan ke "Hukum Newton" yang terdapat 3 macam, yaitu Hukum I Newton, Hukum II Newton dan Hukum III Newton secara mendalam) berdasarkan percobaan-percobaan dari Sir Isaac Newton. Tentunya hal tersebut, sudah tidak asing bagi kalian (khususnya yang mendalami bidang ilmu Fisika). Dan kalian bisa menyebutnya dengan nama "Gaya" atau disimbolkan dengan "F".

C. Bagaimana asal-usul rumus "Gaya" (Hukum Newton)?

Hukum I Newton

        Pada zaman dahulu, orang percaya bahwa alam itu bergerak dengan sendirinya. Tidak ada sesuatu pun yang menggerakkannya. Mereka menyebutnya dengan gerak alami. Sedangkan, untuk objek yang jelas-jelas digerakkan (diberikan dorongan atau tarikan), mereka menamakan gerak paksa. Teori yang dipelopori Aristoteles ini, terbukti salah saat Galileo dan Newton mengemukakan pendapat mereka.[2]

     Gelileo mematahkan teori Aristoteles dengan sebuah percobaan sederhana. Gelileo membuah sebuah lintasan lengkung licin yang digunakan untuk menggelindingkan sebuah bola. Satu sisi dari lintasan tersebut diubah-ubah kemiringannya. Setelah mengamatinya, Galileo menyatakan bahwa 

"Jika gaya gesek pada benda tersebut ditiadakan, maka benda tersebut akan bergerak tanpa memerlukan gaya lagi."

    Untuk memperjelas pernyataan Galileo, mari kita amati contoh ini. Apakah dari kalian sudah mengetahui apa yang dimaksud dengan gaya gesek? Gaya gesek merupakan sebuah gaya yang timbul akibat interaksi dari 2 permukaan objek yang saling bersentuhan dan memliki arah gerak yang berlawanan dengan gaya yang diberikan pada objek. Jadi singkatnya, jika kalian mendorong sebuah benda ke kanan dipermukaan lantai datar. Maka, akan timbul gaya gesek yang mengarah ke kiri. Begitu pula sebaliknya, seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2. Ilustrasi bola diberikan gaya dorong pada bidang datar - kasar.

    Pada Gambar 2, apa yang terjadi ketika bola tersebut diberikan F (Gaya dorongan) ke kanan? Pastinya bola akan bergerak bukan? dan berhenti pada suatu titik tertentu (anggaplah bolah bergerak dari titik A ke titik B). Bola yang berhenti akibat dari gaya gesek kinetis (f_k) yang bekerja berlawanan dengan arah gaya dorongan.[pelajari lebih lanjut tentang gaya gesek kinetis (f_k)] Sehingga, menyebabkan percepatan bola semakin melambat sampai sama dengan 0 m/s² atau disebuat dengan GLBB diperlambat yang kalian sudah pelajari di BAB 2.[pelajari lebih lanjut tentang GLBB] 

        Lalu apa yang terjadi ketika, bola pada Gambar 2, tidak diberikan gaya dorong (F)? Apakah bola tersebut dapat bergerak dari titik A ke titik B?. Pastinya tidak, bola tetap diam pada posisinya di titik A, seperti Gambar 3. berikut ini.

Gambar 3. Ilustrasi bola tidak diberikan gaya dorong pada bidang datar- kasar.

        Pada zaman Aristoteles, sesuai Ilustrasi pada Gambar 2., "F" dapat disebut sebagai gaya paksaan. Gaya paksaan terjadi akibat gaya dorongan dari luar entah itu dari manusia atau objek lainnya. Lalu, apa yang membuat Galileo tidak sepakat dengan Aristoteles? Mari kita ubah kemiringan dari permukaan lantai dengan besar sudut α atau ∠α ,seperti pada Gambar 4 dan Gambar 5.

Gambar 4.  Ilustrasi bola diberikan gaya dorong pada bidang miring - kasar.

Gambar 5. Ilustrasi bola tidak diberikan gaya dorong pada bidang miring- kasar.

    Pada Ilustrasi Gambar 4. menunjukkan aktivitas dimana seseorang meletakkan sebuah bola di bidang miring dan mendorongnya. Sedangkan, pada Ilustrasi Gambar 5., menunjukkan aktivitas dimana seseorang meletakkan sebuah bola di bidang miring dan tanpa mendorongnya. Dari kedua gambar tersebut, dapat kalian simpulkan bahwa baik diberikan gaya dorong (F) maupun tidak, pasti bola akan bergerak dari titik A ke titik tertentu (anggap titik B). Sama seperti halnya Ilustrasi pada Gambar 2., bola berhenti karena adanya gaya gesek dari permukaan bola yang bersentuhan dengan permukaan lantai. Sehingga, menyebabkan percepatan bola perlahan-lahan semakin melambat sampai dengan 0 m/s² atau bola diam. 

        Coba kalian amati lagi untuk ilustrasi pada Gambar 3 dan Gambar 5. Pada Gambar 3, bola diam sedangkan pada Gambar 5, bola bergerak, walaupun keduanya tidak diberikan gaya dorongan (F). Apakah menurut kalian hal ini dapat dikatakan dengan gaya paksaan?.

1. Jika sebagian dari kalian berkata iya, Ilustrasi pada Gambar 5 merupakan gaya paksaan. Karena permukaan bidang miring yang kita buat menyebabkan seakan-akan ada gaya dorong ke bola. Maka, saya dapat membantah seperti ini, bayangkan bidang miring tersebut adalah lereng gunung atau sebuah bukit dengan kemiringan sudutnya. Lalu taruh sebuah bola dan lepaskan dari titik puncak gunung atau bukti. Pasti bola akan bergerak turun menggelinding dan perlu kalian catat bahwa permukaan gunung tersebut pasti terbentuk secara alami dan saya dapat katakan sebagai gaya alami.
2. Jika sebagian dari kalian berkata tidak, Ilustrasi pada Gambar 5. merupakan gaya alami. Lantas apakah Ilustrasi pada Gambar 5. tersebut tidak saling bertentangan dengan definisi dari gaya alami? karena permukaan bidang miring dapat dibuat.

        Lalu, pernyataan apa yang tepat menggambarkan situasi dari ilustrasi Gambar 3 dan Gambar 5 tersebut? seperti pernyataan dari Galileo diawal bahwa :

"Jika gaya gesek pada benda tersebut ditiadakan, maka benda tersebut akan bergerak tanpa memerlukan gaya lagi."

      Gaya yang terjadi pada suatu objek yang berinteraksi dengan objek lain, tidak hanya diukur dari sebatas ada atau tidaknya gaya yang diberikan (faktor eksternal). Melainkan, gaya dari dalam dapat bekerja dengan sendirinya dipengaruhi oleh faktor internal. [2]

• Gaya eksternal adalah gaya yang terjadi pada suatu objek akibat pengaruh dari luar (tarikan, dorongan dsb)
• Gaya internal adalah gaya yang terjadi pada suatu objek dengan sendirinya akibat pengaruh dari dalam (permukaan benda, percepatan gravitasi dsb)

    Hal inilah yang mendasari Sir Isaac Newton, tertarik untuk mengembangkan teori Galileo. Beliau mengatakan bahwa :

"Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap".

Atau dapat disebut dengan "hukum I Newton" dan dapat dirumuskan sebagai :

     Di banguku SMP kalian tentunya sudah mengenal rumus diatas bukan? taukah kalian makna dari simbol "∑F" ? "∑F" atau dapat dibaca sigma F adalah resultan atau jumlah dari gaya yang menyebabkan objek dapat bergerak atau tidaknya. Ingat bahwa gaya merupakan besaran vektor, yaitu besaran yang memiliki nilai dan arah. Berbeda dengan besaran skalar yang hanya memperhitungkan nilainya saja, contoh : massa, waktu, panjang dan sebagainya. [pelajari lebih dalam besaran vektor di BAB 1] 

      Ilustrasi pada Gambar 2, bola pada awalnya bergerak lalu berhenti pada titik B. Sehingga, kita dapatkan persamaannya sebagai berikut :

Persamaan 1:

∑F = 0

F - f_k = 0

F = f_k                                             (Benda diam di titik B atau titik ahkir)

Ilustrasi pada Gambar 3. bola tetap diam pada titik A. Sehingga, kita dapatkan persamaannya sebagai berikut :

Persamaan 2:

∑F = 0

F - f_s = 0

F = f_s

Dimana, F = 0 N dan f_s ≠ 0 N (karena benda tidak diberikan dorongan). Maka :

F < f_s                                          (Benda diam di titik A atau titik awal)

      Sesuai hukum I Newton, "Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam". Benda yang diam diakibatkan karena adanya gaya gesek (f_k atau f_s). Pada ilustrasi Gambar 2, dikarenakan gaya geseknya kinetis (f_k) nilainya setara dengan gaya dorong (F), tetapi berkebalikan arah. Hal ini menyebabkan resultan gaya sama dengan nol (∑F = 0). Sedangkan pada ilustrasi Gambar 3 benda berhenti karena tertahan oleh gaya gesek statis (f_s) yang nilainya lebih besar dibandingkan gaya dorong (F). [pelajari lebih dalam f_k dan f_s di BAB IV - part 2] Hal serupa juga terjadi pada Ilustrasi Gambar 4 dan Gambar 5, benda yang awalnya bergerak akan diam pada titik tertentu (anggap pada titik B di gambar). Akibat resultan gaya-nya sama dengan 0, dimana gaya dorong (F) yang diberikan sama dengan gaya gesek yang dialami antara permukaan benda dan lantai (F = f_k ).

1. Jika, dari kalian yang bertanya apa yang menyebabkan bola pada Gambar 5., dapat bergerak walaupun tidak didorong?  karena terdapat gaya internal yang bekerja pada bola tersebut, yaitu gaya berat bola (w). [pelajari di BAB IV - part 2] 
2. Kemudian, apa yang terjadi ketika gaya yang diberikan pada suatu objek lebih besar dari gaya geseknya (F > f_s  atau F > f_k )? Pasti benda tersebut dapat bergerak dengan besar percepatan tertentu (a). [pelajari percepatan di BAB III] 

    Sehingga, percepatan disini menjadi sebuah indikasi suatu gaya bekerja pada suatu objek atau tidaknya atau saat di bangku SMP dahulu, kalian pernah mendengar pernyataan bahwa "Gaya akan bekerja jika suatu objek mengalami perpindahan posisi". Hubungan percepatan suatu objek dengan besar gaya pada suatu objek, dapat kita jelaskan dengan menerapkan "hukum II Newton".

Hukum II Newton

        Kita mengetahui bahwa percepatan merupakan perubahan kecepatan (∆v) tiap satuan waktu (∆t). ∆v merupakan selisih kecepatan ahkir (v_t) dengan kecepatan awal atau kecepatan mula-mula (v_o) dari suatu objek yang bergerak. 

Sehingga, kita dapatkan persamaan 3 :

a = ∆v / ∆t

dengan ∆v = v_t - v_o

a = (v_t - v_o) / ∆t

        Sesuai dengan pernyataan hukum I Newton, bahwa "Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap". Maka kita dapat menarik kesimpulan bahwa tidak ada perubahan kecepatan atau dapat kita tulis sebagai :

Persamaan 4 :

v_o = v_t

Sehingga :

a = (v_t - v_t) / ∆t

a = (0) / ∆t = 0

Lalu, apa kaitannya dengan hukum II Newton? hukum II Newton menjelaskan bahwa "Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda".

a = ∑F/m

atau

Dimana :

∑F adalah resultan gaya (N)

m adalah massa objek (kg)

a adalah percepatan objek (m/s²)

Jika, a = 0 (objek tidak mengalami perubahan kecepatan). Maka, berlaku hukum 1 Newton :

Persamaan 5 :
∑F=m.a

∑F=m.(0)

∑F=0

     Persamaan (5), berhubungan dengan ilustrasi Gambar 2, Gambar 4 dan Gambar 5 saat bola pada titik B, serta pada Gambar 3 ketika bola pada titik A. Lalu bagaimana ketika benda mengalami perubahan kecepatan atau adanya indikasi percepatan pada benda. Maka, yang berlaku adalah hukum II Newton.

Ketika a > 0 :

Persamaan 6 :

∑F > 0

Persamaan (6), tercapai karena hukum II Newton menjelaskan bahwa "besarnya resultan gaya pada benda berbanding lurus dengan percepaan benda". Sehingga, didapat :

Persamaan 7:

∑F > 0

F-f_k > 0

F > f_k                    (Benda bergerak)

     Persamaan (7), mewakili penjelasan pada Gambar 2 dan Gambar 5. Dimana, bola bergerak dari titik A ke titik B, karena adanya gaya dorong (F) yang lebih besar dari gaya geseknya (f_k atau f_s). Terkecuali pada Gambar 4 dan Gambar 5, terdapat juga gaya internal yang bekerja pada benda yang menyebabkan bola bergerak, yaitu gaya berat bola (w). [pelajari di BAB IV - part 2] Sehingga, Sir Isaac Newton berpendapat bahwa benda bisa bergerak bukan, karena adanya percepatan atau tidaknya tetapi karena adanya resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut yang tidak sama dengan nol mengakibatkan benda mengalami percepatan tertentu. Hal ini dapat dijelaskan dengan ilustrasi Gambar 6.

Gambar 6. Ilustrasi hukum II Newton.

     Anggaplah F merupakan orang yang mendorong bola tersebut yang diwakilkan oleh anak panah hitam. Tentunya kalian akan dengan mudah dan cepat mendorong bola tersebut, jika dilakukan oleh 2 orang bukan? Sehingga, kecepatan bola menggelinding semakin cepat akibat pertambahan percepatan yang dialaminya. Hal inilah yang mendasari hukum II Newton bahwa a = ∑F/m atau ∑F = m.a.

Hukum III Newton

      Hukum III Newton sering disebut dengan gaya aksi dan reaksi. Apa maksudnya? "Jika benda A mengerjakan gaya pada benda B, maka benda akan mengerjakan gaya pada benda A, yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan". Begitu pula sebaliknya.

   Sebenarnya contoh hukum III Newton ini, sudah dijelaskan pada pembahasan diatas (pada hukum I dan II Newton) mengenai gaya gesek (f_k atau f_s) yang berperan penting untuk kita dapat menyebut kapan benda diam, tepat diam atau dapat bergerak. Jika kalian amati lebih teliti, gaya gesek yang sudah dicontohkan mengarah tepat pada sumbu horizontol (mendatar). Sedangkan, pada kenyataannya gaya aksi dan reaksi ini tidak sebatas gaya yang bekerja pada sumbu horizontal saja. Ada pula kaitannya dengan gaya yang bekerja pada sumbu verktikal. Mari kita simak contoh pada Gambar 7.

Gambar 7. Ilustrasi Hukum III Newton.

 

        Pada Gambar 7, diilustrasikan sebuah buku dijatuhkan dari ketinggian tertentu dan dibawahnya diberikan alas permukaan yang berbeda (disisi kanan adalah permukaan lantai dan disisi kiri adalah permukaan 1 lembar kertas). Menurut kalian, apakah kedua buku tersebut sama-sama terperosok atau sama-sama jatuh dan diam tepat di permukaan lantai atau 1 lembar kertas? Tentunya tidak bukan, karena lantai memiliki kekuatan yang lebih untuk menahan berat buku. Sedangkan 1 lembar kertas tidak memiliki ketahanan yang cukup. Sehingga, buku akan terus terperosok jatuh ke bawah. Nah, ketahanan benda terhadap benda lain yang bekerja padanya pada arah vertikal ini dapat kalian sebut dengan Gaya angkat (N). [pelajari di BAB IV - part 2]

        Pada Gambar 7, F_Aksi dapat diwakilkan dengan gaya berat buku (w). Sedangkan F_Reaksi adalah gaya angkat permukaan lantai/1 lembar kertas (N).

1. Jika w < N. Maka, buku atau objek lain akan terlontar ke atas lagi oleh permukaan benda yang disentuhnya.
2. Jika w = N. Maka, buku atau objek lain akan tepat diam dipermukaan benda yang disentuhnya.
3. Jika w > N. Maka, buku atau objek lain akan terperosok jatuh dipermukaan benda yang disentuhnya.

        Bagaimana dengan penjelasan diatas mengenai hukum newton? Apakah dari kalian sudah mulai paham setelah membaca penjelasan yang saya berikan? Dari beberapa contoh yang saya berikan memang tidak saya jelaskan secara mendetail perihal gaya gesek dan gaya berat. Bagaimana cara menghitungnya dan apa kaitannya gaya berat pada benda di permukaan bidang miring? Topik bahasan tersebut akan saya kupas tuntas di BAB IV - part 2 tentang macam-macam gaya dan aplikasi hitungannya. [klik disini] setidaknya kalian harus memaknai ketiga hukum Newton tersebut, karena akan digunakan untuk penurunan rumus pada pembahasan berikutnya.

D. Bagaimana mengukur sebuah "Gaya"?

        Mengukur sebuah "Gaya" yang bekerja pada suatu objek. Maka, kalian harus mengetahui terlebih dahulu parameter apa saja yang diperlukan untuk dapat kita hitung. Sesuai dengan hukum Newton yang kita sudah pelajari. Terdapat beberapa indikasinya, diantaranya :

1. Objek mengalami perubahan posisi (∆s), sehingga terdapat perubahan kecepatan (∆v) untuk didapat percepatan objek (a).
2. Massa Objek (m) sudah diketahui.
3. Identifikasi  F_aksi dan  F_reaksi yang terjadi pada suatu objek dengan objek lain (gaya eksternal dan internal)

        Ketiga paramater diatas, sangatlah penting untuk menguraikan sebuah objek apakah bergerak atau tidaknya akibat suatu gaya. Tanpa basa-basi, yuk kita amati contoh soal hitungan dasar mengenai hukum Newton dibawah ini.

1.) Seseorang sedang mendorong sebuah balok kayu (abaikan gaya geseknya) yang bermassa 2 kg dengan percepatan sebesar 5 m/s². Berapakah resultan gaya yang dialami oleh balok kayu?

Jawab :

Hukum II Newton :

∑F = m.a

∑F = (2 kg).(5 m/s²) = 10 N

2.) Seseorang sedang menarik sebuah balok kayu (abaikan gaya geseknya) dengan gaya sebesar 10 N yang bermassa 200 g. Berapakah percepatan yang dialami oleh balok kayu?

Jawab :

m = 200 g = 0,2 kg

Hukum II Newton :

∑F = m.a

∑F / m = a

10 N / (0,2 kg) = a

50 m/s² = a

3.) Seseorang sedang menarik sebuah balok kayu (abaikan gaya geseknya) dengan gaya sebesar 100 N dan benda tersebut bergerak dengan percepatan 20 m/s². Berapakah massa dari balok kayu tersebut?

Jawab :

Hukum II Newton :

∑F = m.a

∑F / a = m

100 N / (20 m/s²) = m

5 kg = m

4.) Perhatikan Gambar resultan gaya berikut ini !

Jika massa bola adalah 5 kg :
a.) Berapa resultan gaya yang dialami bola tersebut? dan tentukan arah gerak benda tersebut!
b.) Berapa percepatan yang dialami bola tersebut?

Jawab :

a.) Sesuai Hukum III Newton :
Jika refrensi utama kalian adalah gaya yang bekerja pada F₁ (mengarah ke kiri): 
∑F = F₁ + (-F₂) = 10 N - 5 N = 5 N (bergerak ke kiri)

Jika refrensi utama kalian adalah gaya yang bekerja pada F₂ (mengarah ke kanan): 
∑F = F₂ + (-F₁) = 5 N - 10 N = -5 N (bergerak ke kanan)
atau
∑F = 5 N (bergerak ke kiri)

b.) Sehingga, kita dapatkan percepatan bola :
Hukum II Newton :
∑F = m.a
∑F / m = a
5 N / (5 kg) = a
1 m/s² = a                (bergerak ke kiri)

5.) Sebuah benda bermassa 5 kg, didorong ke kiri dengan gaya sebesar 50 N pada suatu permukaan bidang kasar. Jika, gaya gesek yang dialami benda sebesar 10 N. Tentukanlah percepatan benda tersebut ?

Jawab :

Hukum II Newton :
∑F = m.a
F - f_k = m.a 
(F - f_k) / m = a
(50 N - 10 N) / (5 kg) = a
40 N / (5 kg) = a
8 m/s² = a                (bergerak ke kiri)

6.) Andi mendorong sebuah benda dengan gaya sebesar 12 N pada permukaan bidang kasar. Jika gaya gesek yang diberikan antara benda dan bidang sebesar 12 N. Apakah benda tersebut dapat bergerak setelah didorong oleh Andi? Jelaskan!

Jawab :

Benda tersebut jelas tidak akan bergerak sesuai hukum I Newton bahwa :

"Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap".

Karena gaya dorong yang diberikan oleh Andi sama dengan gaya geseknya :
F = f_k 
F - f_k = 0
∑F = 0

7.) Budi mendorong sebuah benda dengan gaya sebesar 10 N, tetapi benda tersebut tetap diam. Lalu Rizki membantu Budi mendorong benda tersebut dengan gaya sebesar 5 N dan benda tersebut ahkirnya dapat bergerak. Kecepatan benda saat bergerak adalah 10 m/s dalam selang waktu 5 s. Berapakah massa benda tersebut?

Jawab :

Benda mula-mula diam → v_o = 0 m/s
Lalu bergerak → v_t = 10 m/s
Dengan selang waktu → ∆t = 5 s

a = (v_t - v_o) / ∆t
a = (10 - 0)/5   m/s²
a = 2  m/s²

Saat Budi mendorong benda sendiri :
Hukum 1 Newton :
∑F = 0
F - f_k = 0
F = f_k 
10 N = f_k 

Saat Budi dibantu Rizki mendorong benda :
Hukum II Newton :
∑F = m.a
(F_Budi + FRizki) - f_k = m.a 
(10 N + 5 N) - 10 N = m.(2  m/s²)
5 N = m.(2  m/s²)
5 N / (2  m/s²) = m
2,5 kg = m

8.) Manakah dari pernyataan berikut ini yang menggambarkan hukum I Newton :

1. Seseorang sedang mendorong tembok dan tidak memberikan dampak apapun.
2. Reaksi seseorang yang terdorong kebelakang, ketika mengendarai sepeda motor yang awalnya diam. Lalu digerakan dengan kecepatan penuh ke depan.
3. Seseorang yang sedang berdiri di lantai 2 sebuah gedung apartemen dan tidak terperosok ke bawah (lantai 1).
4. Seorang pria yang sedang mengendarai sepeda motor dengan percepatan 20  m/s²
5. Seorang wanita yang sedang berjalan santai di taman dengan kecepatan konstan sebesar 10 m/s
6. Seseorang yang melembar apel dari atas gedung ke bawah.

Jawab : Pernyataan (1), (3) dan (5)

Pernyataan : (1), (3) dan (5) merupakan penerapan hukum I Newton
Pernyataan : (4) dan (6) merupakan penerapan hukum II Newton
Pernyataan : (2) merupakan penerapan hukum III Newton.

9.) Manaka dari pernyataan berikut ini yang menggambarkan hukum III Newton :

1. Seseorang yang sedang bermain tranpolin dan terhempas ke atas udara
2. Seseorang yang sedang melempar batu dengan ketapel
3. Senapan api (pistol dan pelurunya) yang ditembakan ke udara
4. Seorang pria yang sedang mengendarai sepeda motor dengan percepatan -20  m/s²
5. Bola yang ditendang dan ahkirnya berhenti di titik tertentu.
6. Seseorang yang sedang bermain selancar di pantai dengan terpaan ombak

Jawab : Pernyataan (1) dan (3)

Pernyataan : (5) merupakan penerapan hukum I Newton, jika dilihat pada titik ahkir bola bergerak
Pernyataan : (2), (4) dan (6) merupakan penerapan hukum II Newton

Pernyataan : (1) dan (3) merupakan penerapan hukum III Newton.

        Bagaimana dengan contoh soal yang saya berikan diatas? Apakah menambah pemahaman kalian tentang hukum Newton? Saya harap iya ☺. Jika kalian kurang puas dengan contoh soal diatas. Coba kerjakan latihan soal dibawah ini. Kalian bisa berikan penjelasan dan jawabannya dikolom komentar jika mau untuk diperiksakan jawabannya benar atau salah. Atau kalian bisa download versi lengkapnya dibawah ini.

E. Latihan-Latihan Soal BAB IV - Part 1

Bagian A : Refleksi Diri

1. Dari apa yang kalian baca diatas coba beri tanggapan kalian mengenai definisi "Gaya"?
2. Apa perbedaan dari hukum I Newton, hukum II Newton dan hukum III Newton? Coba jelaskan dengan memberikan contoh prakteknya dikehidupan sehari-harimu!
3. Apakah menurutmu penting bagi kita untuk mengenal hukum Newton didalam kehidupan sehari-hari? Jelaskan!
4. Coba jelaskan mengenai gaya eksternal dan internal dengan memberikan contohnya di kehidupan sehari-harimu?
5. Coba buatlah kesimpulan dari apa yang kamu dapatkan, setelah membaca materi-materi diatas. Buatlah semenarik mungkin, bisa menggunakan konsep "peta pikiran" atau beberapa poin-poin rangkumanmu!

Bagian B : Mari Berlatih Mandiri ! (Pilihan Ganda)

Soal Nomor 1

        Seseorang sedang mendorong sebuah gerobak (abaikan gaya geseknya) yang bermassa 10 kg dengan percepatan sebesar 5 m/s². Berapakah resultan gaya yang dialami oleh gerobak tersebut?

a. 30 N

b. 48 N

c. 50 N

d. 120 N

Soal Nomor 2

        Terdapat benda A yang bermassa 3 kali dari massa benda B. Jika kedua benda di dorong dengan resultan gaya sama besar di atas permukaan lantai linci. Maka, tentukan perbandingan percepatan yang dialami oleh benda A terhadap benda B?

a. 2 : 3

b. 3 : 1

c. 1 ; 3

d. 3 : 2

Soal Nomor 3

        Terdapat benda A yang bermassa 3 kali dari massa benda B. Jika kedua benda di dorong dengan resultan gaya sama besar di atas permukaan lantai kasar. Jika gaya gesek pada benda A sebesar 1/2 kali dari resultan gaya A dan pada benda B sebesar 2 kali dari resultan gaya B. Maka, tentukan perbandingan percepatan yang dialami oleh benda A terhadap benda B?

a. 6 : 5

b. 5 : 6

c. 4 ; 6

d. 5: 3

Soal Nomor 4

Terdapat 5 pernyataan seputar penerapan II hukum Newton :

1. Sebuah bola yang ditendang akan terus bergerak. Jika selama itu bola mengalami perubahan kecepatan.
2. Sebuah benda yang didorong dengan 2 gaya yang berbeda nilai dan arahnya akan bergerak mengikuti gaya yang terbesar diberkan pada benda
3. Sebuah benda akan bergerak dengan gaya 1/2 kali dari gaya awal. Jika benda tersebut mengalami percepatan 1/2 kali dari percepatan awalnya.
4. Orang tidak akan bisa mendorong dinding. Jika gaya dorong yang diberikan lebih kecil dari gaya reaksi yang diberikan oleh dinding.
5. Sebuah benda yang didorong dengan 2 gaya yang sama dengan arah yang saling berlawanan

Tentukan mana pernyataan yang benar dari kelimanya ....

a. (1); (5) dan (3)

b. (2); (5) dan (3)

c. (2); (4) dan (3)

d. (1); (2) dan (3)

Soal Nomor 5

    Rini mendorong sebuah benda dengan gaya sebesar 20 N, tetapi benda tersebut tetap diam. Lalu Rio membantu Rini mendorong benda tersebut dengan gaya sebesar 15 N dan benda tersebut ahkirnya dapat bergerak. Kecepatan benda saat bergerak adalah 15 m/s dalam selang waktu 3 s. Berapakah massa benda tersebut?

a. 3 kg

b. 5 kg

c. 4 kg

d. 10 kg

Bagian C : Mari Berlatih Mandiri ! (Uraian)

Soal Nomor 1

Manakah dari kelima pernyataan berikut ini yang menerapkan hukum III Newton:

1. Seseorang yang sedang melemparkan bola ke bawah lantai. Lalu bola tersebut terpental ke atas.
2. Sesorang yang sedand bermain di wahana roler coster dan badanya terdorong ke belakang.
3. Seseorang yang berjalan dengan perlambatan 5   m/s²
4. Seseorang yang tidak mampu mendorong sebuah box berisikan perkakas rumah pada bidang lantai datar - kasar.
5. Seseorang yang sedang berlatih memanah di sebuah lapangan

Dan berikan penjelasan mengenai alasannya !

Soal Nomor 2

    Pada sebuah pertunjukan sirkus, nampak pemain sirkus yang sedang mengendarai sepeda di seutas tali dengan kecepatan mula-mula 5 m/s dan pada detik ke-5, bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Jika massa sepeda adalah 10 kg dan massa pemain sirkus adalah 50 kg. Tentukan gaya dorong yang dialami pemain sirkus yang mengendarai sepeda tersebut, Jika tali memberikan gaya gesek 15 N?

Soal Nomor 3

    Terdapat benda bermassa 5 kg yang didorong oleh seseorang dengan kecepatan konstan sebesar 15 m/s dengan selang waktu selama 5 s. Benda tersebut didorong pada permukaan bidang datar - kasar dengan gaya gesek sebesar 10 N. Tentukanlah mana pernyataan berikut ini yang benar !

a. Pada kasus diatas benda tidak akan bergerak (diam) dan berlaku hukum I Newton

b. Benda akan bergerak dengan gaya dorong sebesar massa benda dikalikan percepatan benda

c. Benda diam, karena benda bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 20 m/s

d. Benda diam, karena gaya gesek lebih besar dibandingkan gaya dorong yang diberikan

e. Benda bergerak berbalik arah dari gaya dorong yang diberikan.

Soal Nomor 4

    Menurutmu apa pengertian yang tepat dari "∑F" atau resultan gaya pada hukum I Newton dan hukum II Newton?

Soal Nomor 5

       Seorang anak laki-laki berlari di taman dengan kecepatan mula-mula sebesar 10 m/s dan pada detik ke-10, kecepatannya tetap sebesar 10 m/s. Anak tersebut memiliki massa tubuh sebesar 45 kg. Tentukan apakah anak tersebut telah menerapkan hukum I Newton atau hukum II Newton? Jelaskan alasanmu berdasarkan hitunganmu !

Link Pembahasan Latihan Soal : Bagian B (Pilihan Ganda)

Link Pembahasan Latihan Soal : Bagian C (Uraian)

Link Latihan Soal Tambahan : Operasi Perkalian dan Pembagian Bilangan Bulat

(Masih tahap pembuatan sabar yak.... ^^)

    Jika kalian malas membaca, lebih menyukai penjelasan berupa animasi bergerak. Kalian bisa kunjungi Youtube channel saya :D. [klik disini, untuk ke chanel Youtube] Disana saya berikan berbagai penjelasan singkat mengenai hukum Newton dan contoh penerapannya di dunia nyata. Semoga artikel ini membantu kalian dalam memahami lebih dalam tentang hukum Newton dan bagi kalian yang berprofesi sebagai tenaga pendidik bisa dijadikan refrensi bahan ajar. 

    Tetapi alangkah baiknya jika izin terlebih dahulu ya :D. Untuk request materi, kalian bisa hubungi saya melalui media sosial atau email. [klik disini untuk informasi kontak saya] Jika ada salah-kata atau penjelasan, mohon kritik membangunnya di kolom komentar :D. Sekian dan terimakasih.

F. Daftar Pustaka

1. https://inet.detik.com/science/d-5109041/kisah-isaac-newton-yang-gemilang-saat-wabah-melanda
2. Setya Nurachmandani. 2009. Fisika 1 untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
3. https://id.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton
4. Media sekolah kompas.com
5. id.wikihow/Menghitung Gaya Gravitasi

#SALAM PEJUANG ILMU PENGETAHUAN ☺