Aplikasi Hukum Newton merupakan salah satu materi fisika yang cukup menarik untuk dibahas. Kalau kebetulan kamu ingin belajar tentang materi ini lebih dalam, simak penjelasan lengkapnya berikut. Kami juga telah menyediakan soal latihan yang bisa dikerjakan untuk mengasah kemampuanmu.
Lewat pembahasan ini, kamu bisa belajar mengenai Aplikasi Hukum Newton. Kamu akan diajak untuk memahami materi dan tentang metode menyelesaikan soal.
Kamu juga akan memperoleh latihan soal interaktif yang tersedia dalam tiga tingkat kesulitan, yaitu mudah, sedang, dan sukar. Tertarik untuk mempelajarinya?
Sekarang, kamu bisa mulai mempelajari materi lewat uraian berikut. Apabila materi ini berguna, bagikan ke teman-teman kamu supaya mereka juga mendapatkan manfaatnya.
Kamu dapat download modul & kumpulan soal hukum newton dan contohnya dalam bentuk pdf pada link dibawah ini:
Definisi
Pada bagian ini kita akan mendiskusikan aplikasi hukum newton dalam kehidupan sehari hari lebih jelasnya pada benda yang diam, bergerak translasi dan bergerak melingkar.
1. Aplikasi Hukum Newton: Analsis pada benda yang diam atau setimbang.
Sebagai contoh hukum newton 1 menjelaskan bahwa pada benda yang diam maka resultan gayanya sama dengan nol. Artinya jika kita jumlahkan semua gaya yang bekerja pada benda yang diam maka hasilnya adalah nol.
Agar dapat lebih mudah dalam menjumlahkan gaya maka terlebih dahulu kita harus dapat menggambar diagram gaya kemudian gaya-gaya yang segaris dapat dijumlahkan. Gaya ke atas dan ke kanan bernilai positif sedangkan gaya ke kiri dan ke bawah bernilai negatif.
Sebagai contoh hukum newton dalam kehidupan sehari hari sebuah lampu digantung dengan tali seperti gambar berikut. (Sumber gambar: Serway, 2014)
Lampu dalam keadaan diam, maka gaya yang bekerja pada lamu adalah $\sum F=0$. Pada arah horisontal tidak ada gaya yang tidak bekerja, sehingga $\sum F_{x}=0.$ Pada arah sumbu $y$ berlaku:
$\begin{alignedat}{1}\sum F_{y} & =0\\
T-F_{g} & =0\\
T & =F_{g}
\end{alignedat}
$
dengan $T$ adalah gaya tegangan tali dan $F_{g}$ adalah gaya berat.
2. Hukum Newton dan Penerapannya: Analisis pada benda bergerak.
(a) Benda Bergerak Translasi
Benda bermassa $m$ dikenai gaya sebesar $F$ seperti gambar berikut.
Menurut aplikasi hukum newton 2, maka:
$\begin{alignedat}{1}\sum F_{x} & =ma\\
F & =ma\\
a & =\frac{F}{m}
\end{alignedat}
$
Benda tidak bergerak ke arah vertikal sehingga $\sum F_{y}=0,$ kemudian gaya yang bekerja pada arah sumbu $y$ dapat digambarkan sebagai berikut.
Menurut hukum 1 Newton:
$\begin{alignedat}{1}\sum F_{y} & =0\\
N-F_{g} & =0\\
N & =F_{g}
\end{alignedat}
$
(b). Benda Bergerak Melingkar
Pada benda bergerak melingkar resultan gaya yang bekerja sama dengan gaya sentripetal $f_{sp}=ma_{sp}.$ Gaya sentripetal selalu menagarah ke pusat lingkaran. Jika sebuah objek bergerak melingkar dengan kecepatan $v$ dan jari-jari lintasan $r$ maka hukum kedua Newton dituliskan sebagai berikut.
\begin{eqnarray}
\sum F & = & ma_{sp}\nonumber \\
\sum F & = & m\frac{v^{2}}{r}
\end{eqnarray}
Misalkan bola bermassa $m$ diikat dengan tali sepanjang $L$ kemudian diputar secara horisontal dengan kecepatan konstan $v.$ Tegangan tali ($T$) dapat ditentukan dengan menerapkan hukum dua Newton.
Dengan persamaan (1) maka diperoleh:
$\begin{alignedat}{1}\sum F_{r} & =m\frac{v^{2}}{r}\\
T & =m\frac{v^{2}}{r}
\end{alignedat}
$
Jika benda tersebut diputar secara vertikal maka gaya-gaya yang bekerja pada benda saat benda membentuk sudut $\theta$ terhadap vertikal adalah sebagai berikut.
Dengan persamaan (1) maka diperoleh:
$\begin{alignedat}{1}\sum F_{r} & =m\frac{v^{2}}{r}\\
T-w\mbox{ cos}\theta & =m\frac{v^{2}}{r}\\
T & =m\frac{v^{2}}{r}+w\mbox{ cos}\theta
\end{alignedat}
$
Berdasarkan hasil ini maka kita dapat menemukan bahwa tegangan tali maksimum terjadi pada saat $\theta=0,$ dan tegangan tali minimum terjadi pada saat $\theta=180^{0}$.
Saat $\theta=0$ maka $T=m\frac{v^{2}}{r}+mg$
Saat $\theta=0$ maka $T=m\frac{v^{2}}{r}-mg$
Contoh Soal & Pembahasan
- Sebuah mobil bermassa $m$ bergerak dengan lintasan melingkar berjari-jari $R$ seperti gambar berikut. Jika gaya gesek antara ban mobil dengan jalan sebesar $f_{s}$, Tentukan kecepatan maksimum mobil agar tidak tergelincir dan keluar dari lintasan!
Penyelesaian:
Gaya gesek mencegah benda keluar dari lintasan maka arah gaya gesek mengarah ke dalam pusat lingkaran.
Dengan persamaan (1) maka diperoleh:
$\begin{alignedat}{1}\sum F_{r} & =m\frac{v^{2}}{R}\\
f_{s} & =m\frac{v^{2}}{R}\\
v^{2} & =\frac{f_{s}R}{m}\\
v & =\sqrt{\frac{f_{s}R}{m}}
\end{alignedat}
$
- Jika koefisien gaya gesek statis antara ban dengan jalan adalah sebesar $\mu_{s}$, nyatakan kecepatannya dalam $\mu_{s},R$ dan $g$!
Besar gaya gesek statisnya dapat dinyatakan sebagai $f_{s}=\mu_{s}N=\mu_{s}mg$. Sehingga kecepatan dapat dinyatakan sebagai berikut.
$\begin{alignedat}{1}v & =\sqrt{\frac{f_{s}R}{m}}\\
& =\sqrt{\frac{\mu_{s}mgR}{m}}\\
& =\sqrt{\mu_{s}gR}
\end{alignedat}
$
