Hukum gerak Newton adalah 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, dan dapat dirangkum sebagai berikut:
- Hukum Pertama: setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Berarti jika resultan gaya nol, maka pusat massa dari suatu benda tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan konstan (tidak mengalami percepatan).
- Hukum Kedua: sebuah benda dengan massa M mengalami gaya resultan sebesar F akan mengalami percepatan a yang arahnya sama dengan arah gaya, dan besarnya berbanding lurus terhadap F dan berbanding terbalik terhadap M. atau F=Ma. Bisa juga diartikan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan turunan dari momentum linear benda tersebut terhadap waktu.
- Hukum Ketiga: gaya aksi dan reaksi dari dua benda memiliki besar yang sama, dengan arah terbalik, dan segaris. Artinya jika ada benda A yang memberi gaya sebesar F pada benda B, maka benda B akan memberi gaya sebesar –F kepada benda A. F dan –F memiliki besar yang sama namun arahnya berbeda. Hukum ini juga terkenal sebagai hukum aksi-reaksi, dengan F disebut sebagai aksi dan –F adalah reaksinya.
Ketiga hukum gerak ini pertama dirangkum oleh Isaac Newton dalam karyanya Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, pertama kali diterbitkan pada 5 Juli 1687. Newton menggunakan karyanya untuk menjelaskan dan meniliti gerak dari bermacam-macam benda fisik maupun sistem. 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.
Tinjauan
Hukum Newton diterapkan pada benda yang dianggap sebagai partikel,
dalam evaluasi pergerakan misalnya, panjang benda tidak dihiraukan,
karena obyek yang dihitung dapat dianggap kecil, relatif terhadap jarak
yang ditempuh. Perubahan bentuk (deformasi)
dan rotasi dari suatu obyek juga tidak diperhitungkan dalam
analisisnya. Maka sebuah planet dapat dianggap sebagai suatu titik atau
partikel untuk dianalisa gerakan orbitnya mengelilingi sebuah bintang.
Dalam bentuk aslinya, hukum gerak Newton tidaklah cukup untuk
menghitung gerakan dari obyek 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.
Ketika kecepatan mendekati kecepatan cahaya, efek dari relativitas khusus harus diperhitungkan.
Hukum pertama Newton
Hukum I: Setiap benda akan mempertahankan keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya.
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:
Artinya :
- Sebuah benda yang sedang diam akan tetap diam kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.
- Sebuah benda yang sedang bergerak, tidak akan berubah kecepatannya kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.
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),
tapi untuk mempertahankan kecepatan tidak diperlukan gaya. Sama dengan
hukum pertama Newton : Tanpa gaya berarti tidak ada percepatan, maka
benda berada pada kecepatan konstan.
Hukum kedua NewtonHukum kedua menyatakan bahwa total gaya pada sebuah partikel sama dengan banyaknya perubahan momentum linier p terhadap waktu :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 sebagaiSistem dengan massa berubahSistem dengan massa berubah, seperti roket yang bahan bakarnya digunakan dan mengeluarkan gas sisa, tidak termasduk dalam sistem tertutup dan tidak dapat dihitung dengan hanya mengubah massa menjadi sebuah fungsi dari waktu di hukum kedua. Alasannya, seperti yang tertulis dalam An Introduction to Mechanics karya Kleppner dan Kolenkow, adalah bahwa hukum kedua Newton berlaku terhadap partikel-partikel secara mendasar. 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: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: 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
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, 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, tapi 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.
Dengan
Newton menggunakan hukum ketiga untuk menurunkan hukum kekekalan momentum, 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.
|
Materi buat SMA pas ini. Ayok dipromosiin blognya biar berguna buat semuanya :)
BalasHapussebenere bagus blognya. penjelasanya juga matematis dan tidak berbelit-belit. tetapi memang rumusnya ya kurang jelas. lebih baik kalau boleh saran, dibuat dulu di Ms. word pake equation. nah nanti kalau rumus sudah dibuat semua, tinggal copas ke blog. semoga bisa membantu... aamiin
BalasHapus