HUKUM NEWTON

1.      Hukum Newton I

Hukum ini dikenal sebagai hukum kelembaman/kemalasan/inersia karena benda akan cenderung mempertahankan posisi awalnya. Benda yang diam akan bergerak jika diberi gaya yang melampau inersianya (kelembamannya). Benda yang telah bergerak dengan kecepatan tertentu, akan tetap bergerak dengan kecepatan itu jika tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut. Hal inilah yang merupakan dasar dari Hukum Newton I yang dapat dirangkuman sebagai berikut;

Jika semua gaya atau total yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol, maka benda yang sedang diam akan tetap diam dan benda yang sedang bergerak lurus dengan kecepatan tetap akan tetap bergerak lurus dengan kecepatan yang dimilikinya (kecepatan tetap). Secara sederhana Hukum Newton I mengatakan bahwa perecepatan benda nol jika gaya total (gaya resultan) yang bekerja pada benda sama dengan nol. Secara matematis dapat ditulis.

∑F = 0

Sebenarnya pernyataan hukum Newton I sudah pernah disebutkan oleh Galileo beberapa tahun sebelum Newton lahir Galileo, ia mengatakan: bahwa kecepatan yang terdapat pada suatu benda akan tetap dipertahankan jika semua gaya penghambatnya dihilangkan.

2. Hukum Newton II

Sebenarnya hukum II ini tidaklah jauh berbeda dengan hukum pertama keduanya membicarakan gerak benda akibat pengaruh gaya yang bekerja pada benda. Pada hukum I kemungkinan keadaan benda adalah diam atau bergerak dengan kecepatan konstan. Pada kemungkinan pertama benda dalam keadaan diam yang berarti tidak ada perpindahan.

Secara matematis keadaan pertama tidak terdapat perubahan posisi ( vector x) dan jika diturunkan terhadap waktu (dx/dt = 0). dx/dt = v adalah kecepatan (vector) sama dengan nol maka turunan kedua perpindahan terhadap waktu atau turunan pertama kecepatan terhadap waktu sama dengan nol. Maka percepatan benda (a) juga sama dengan nol.

Keadaan kedua, benda bergerak dengan kecepatan konstan (tetap), arti fisisnya adalah waktu yang diperlukan dalam perpindahan sebuah benda pada panjang elemen garis yang sama adalah tetap (dx/dt = v = konstan). Percepatan (vector) jika diturunkan terhadap waktu sesuai dengan konsep matematis maka percepatan benda tersebut sama dengan nol.

Persamaan hukum Newton II
∑F = m a
Jika v = 0 atau v = konstan (tetap) maka a = 0
Sehingga ∑F = m 0; ∑F = 0 (kembali pada Hukum I)

Perbedaan mendasar hukum Newton I dan II adalah kecepatan benda akibat gaya adalah tidak konstan (tidak tetap), benda mengalami perubahan kecepatan selama bergerak hal ini terjadi karena jumlah seluruh gaya (gaya total yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol. Secara matematis dapat dituliskan bahwa dx/dt = v = tidak konstan sehingga dv/dt ≠ 0. Dengan demikian dapat dirumuskan sebagai berikut:

∑F = m dv/t atau ∑F = m a

Berdasarkan sebuah eksperimen jika gayanya diperbesar 2 kali ternyata percepatannya menjadi. 2 kali lebih besar. Demikian juga jika gaya diperbesar 3 kali percepatannya lebih besar 3 .kali lipat, dari sini kita dapat simpulkan bahwa percepatan sebanding dengan resultan gaya yang bekerja.

Sekarang kita lakukan percobaan lain. Kali ini massa bendanya divariasi tetapi gayanya dipertahankan tetap sama. Jika massa benda diperbesar 2 kali, ternyata percepatannya menjadi ½ kali. Demikian juga jika massa benda diperbesar 4 kali, percepatannya menjadi ¼ kali percepatan semula. Dan sini kita bisa simpulkan bahwa percepatan suatu benda berbanding terbalik dengan massa benda itu.

Kedua kesimpulan yang diperoleh dari eksperimen tersebut dapat diringkaskan ke dalam Hukum Newton II: Percepatan suatu benda sebanding dengan resultan gaya yang bekerja dan berbanding terbalik dengan massanya. Matematik hukum ini ditulis:

a = F /m atau ∑F = m a

Benda yang bergerak dengan kecepatan tertentu dalam suatu fluida (semua zat yang dapat mengalir, zat cair, gas, bahkan zat padat yang meleleh akibat temperature tinggi seperti lava) pasti akan mengalami gesekan oleh viskositas (kekentalan bergantung jenis fluidanya) fluida sehingga kecepatanya berubah terhadap waktu atau dapat dikatakan mengalami perlambatan/pengurangan kecepatan, pada keadaan ini berlaku hukum Newton II. Gesekan fluida ini besarnya sebanding dengan kecepatan benda sehingga pada suatu waktu kecepatan benda akan sama dengan nol (benda berhenti), dalam keadaan ini hukum Newton I berlaku.

3. Hukum Newton III

Hukum ini merupakan lanjutan dari hukum sebelumnya hanya saja tunjauan dari hukum ini tidak sampai pada gerak melainkan hanya berkutat pada gaya yang diberikan pada benda dan akibatnya benda akan memberikan reaksi. Secara metematis dapat ditulis sebagai:

Faksi = – Freaksi

Gaya reaksi ini merupakan gaya lawan (kata lawan berati terdapat gaya yang sama namun berlawanan arah atau dapat diartikan merujuk pada tanda (-) gaya reaksi) benda akibat yang diterimanya, gaya reaksi ini juga dapat berupa gaya gesek seperti pada saat orang berjalan, jika tidak terdapat gaya lawan lantai (lantai licin) maka orang tidak akan dapat berjalan. Jika sebongkah batu didorong maka batu akan memberikan perlawan (hukum III berlaku). Jika batu tidak mengalami perpindahan maka hukum I berlaku. Namun jika benda mengalami perpindahan (dari diam menjadi bergerak) maka hukum II berlaku.

Hukum ketiga menyatakan bahwa tidak ada gaya timbul di alam semesta ini, tanpa keberadaan gaya lain yang sama dan berlawanan dengan gaya itu. Jika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda (aksi) maka benda itu akan mengerjakan gaya yang sama besar namun berlawanan arah (reaksi). Dengan kata lain gaya selalu muncul berpasangan. Tidak pernah ada gaya yang muncul sendirian.

Contoh lain adalah gaya gravitasi bumi. Gaya aksi adalah berat benda itu W = mg. Gaya ini dialami benda akibat tarikan bumi (abaikan gaya-gaya lain). Gaya reaksinya adalah gaya pada bumi akibat tarikan benda itu, WR = -W. Gaya reaksi WR ini akan memberikan percepatan pada bumi mendekati benda sama seperti gaya W menarik benda ke permukaan akibat gaya reaksi sangat kecil sekali, sehingga boleh diabaikan bumi boleh dianggap tetap diam).

Dari hukum inilah hukum Newton tentang gravitasi dirumuskan
F = G. (m1 m2)/r2

Berdasarkan hukum gravitasi Newton, data-data tersebut digunakan untuk menghitung besaran lain tentang benda ruang angkasa yang tidak mungkin diukur dalam laboratorium.

1. Menghitung Massa Bumi
Massa bumi dapat dihitung dengan menggunakan nilai G yang telah diperoleh dari percobaan Cavendish. Anggap massa bumi M dan jari-jari bumi R = 6,37 × 106 m (bumi dianggap bulat sempurna). Berdasarkan rumus percepatan gravitasi bumi, Anda bisa menghitung besarnya massa bumi.

2. Menghitung Massa Matahari
Telah Anda ketahui bahwa jari-jari rata-rata orbit bumi rB = 1,5 × 1011 m
dan periode bumi dalam mengelilingi matahari TB = 1 tahun = 3 × 107 s.
Berdasarkan kedua hal tersebut serta dengan menyamakan gaya matahari
dan gaya sentripetal bumi, maka dapat diperkirakan massa matahari.

3. Menghitung Kecepatan Satelit
Suatu benda yang bergerak mengelilingi benda lain yang bermassa lebih besar dinamakan satelit, misalnya bulan adalah satelit bumi. Sekarang banyak satelit buatan diluncurkan untuk keperluan komunikasi, militer, dan riset teknologi. Untuk menghitung kecepatan satelit dapat digunakan dua cara, yaitu hukum gravitasi dan gaya sentrifugal.
a. Menghitung Kecepatan Satelit Menggunakan Hukum Gravitasi
Anggap suatu satelit bermassa m bergerak melingkar mengelilingi bumi
pada ketinggian h dari permukaan bumi. Massa bumi M dan jari-jari bumi
R. Anda tinjau gerakan satelit dari pengamat di bumi. Di sini gaya yang
bekerja pada satelit adalah gaya gravitasi. Berdasarkan rumus hukum II Newton, Anda dapat mengetahui kecepatan satelit

.

b. Menghitung Kecepatan Satelit Menggunakan Gaya Sentrifugal
Sebuah satelit memiliki orbit melingkar, sehingga dalam acuan ini, satelit akan merasakan gaya sentrifugal (mv2/r2). Gaya sentrifugal muncul karena pengamatan dilakukan dalam sistem non inersial (sistem yang dipercepat, yaitu satelit). Gaya sentrifugal besarnya sama dengan gaya gravitasi.

4. Menghitung Jarak Orbit Satelit Bumi
Apabila satelit berada pada jarak r dari pusat bumi, maka kelajuan satelit saat mengorbit bumi dapat dihitung dengan menyamakan gaya gravitasi satelit dan gaya sentripetalnya.