Zsmart.id - Dalam ilmu mekanika, terdapat dua buah cabang ilmu di dalamnya yakni kinematika dan dinamika. Kinematika fokus dalam menganalisis gerak benda sedangkan pada dinamika selain menganalisis gerak benda juga memperhatikan penyebab benda tersebut dapat bergerak.

Sumber: freepik.com

Materi Dinamika Gerak Newton

Pada materi dinamika ini, terdapat bebeberapa topik yang akan dipelajari meliputi :

Hukum 1 Newton
Hukum 2 Newton
Hukum 3 Newton
Gaya Gesek
Aplikasi Hukum-Hukum Newton

Hukum 1 Newton

Hukum 1 Newton merupakan hukum yang membahas mengenai sifat keinersiaan suatu benda. Hukum ini menyatakan bahwa jika ada benda yang diam atau bergerak lurus dengan kecepatan yang konstan, maka benda tersebut akan tetap berada dalam kondisinya selama tidak ada gaya luar yang diberikan kepada benda tersebut.

Berdasarkan pernyataan tersebut, maka secara matematis persamaan hukum 1 Newton dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan:

\[\sum\textbf{F}=0\]

Terlihat bahwa gaya merupakan besaran vektor, sehingga dalam menyelesaikan persoalan hukum 1 Newton harus menggunakan konsep-konsep operasi vektor. Sebagai contoh, dalam konsep dua dimensi, kita mengasumsikan bahwa arah gaya yang mengarah ke kanan dan ke atas akan bernilai positif tetapi arah gaya yang mengarah ke atas dan ke kiri pusat kordinat akan bernilai negatif.

Beberapa penerapan hukum 1 Newton meliputi:

Mobil berhenti tiba-tiba: Ketika mobil berhenti secara mendadak, penumpang di dalamnya cenderung terdorong ke depan. Ini karena tubuh mereka ingin tetap bergerak dengan kecepatan yang sama, sesuai dengan prinsip kelembaman.
Benda di atas meja: Jika tidak ada gaya yang bekerja, seperti tarikan atau dorongan, benda akan tetap diam di atas meja.

Hukum 2 Newton

Hukum 2 Newton kini telah memandang pergerakan dari sebuah benda. Hukum 2 Newton menyatakan bahwa suatu benda yang bergerak akan memberikan gaya sebesar perubahan momentum yang diperoleh benda tersebut. Secara matematis, dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan:

\[\sum\textbf{F}=\frac{d\textbf{P}}{dt}\]

secara lebih sederhana, persamaan tersebut jika dikaitkan dengan percepatan benda maka akan memberikan persamaan sederhana dalam bentuk:

\[\sum\textbf{F}=m\textbf{a}\]

Terlihat pada persamaan tersebut bahwa besar percepatan yang dihasilkan oleh benda sebanding dengan besar gaya yang diberikan pada benda tersebut.

Beberapa penerapan hukum 2 Newton meliputi:

Dorongan troli belanja: Semakin besar gaya yang Anda berikan untuk mendorong troli, semakin cepat troli bergerak. Jika troli penuh dengan barang, massanya bertambah, sehingga diperlukan gaya lebih besar untuk mendapatkan percepatan yang sama.
Mobil balap: Mobil yang ringan dapat bergerak lebih cepat dengan gaya yang sama dibandingkan mobil yang lebih berat karena percepatan berbanding terbalik dengan massa.

Hukum 3 Newton

Hukum 3 Newton secara umum membicarakan interaksi yang terjadi antara dua benda. Dalam hukum 3 Newton ini, menyatakan bahwa apabila terdapat dua buah benda yang berinteraksi maka kedua benda akan memberikan gaya yang sama namun berlawanan arah hingga hilangnya kesetimbangan pada dua benda tersebut.

Secara umum, persamaan hukum 3 Newton ini dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan:

\[\sum\textbf{F}_{aksi}=-\sum\textbf{F}_{reaksi}\]

dengan tanda negatif merupakan bahwa arah gaya reaksi berlawanan arah dengan gaya aksi.

Beberapa penerapan hukum 3 Newton meliputi:

Peluncuran roket: Ketika roket meluncur ke atas, gas yang dikeluarkan ke bawah mendorong roket ke arah yang berlawanan (atas), sesuai prinsip aksi-reaksi.
Melompat dari perahu: Saat seseorang melompat dari perahu ke arah daratan, perahu akan terdorong ke arah yang berlawanan. Ini adalah contoh lain dari aksi-reaksi, di mana gaya pada perahu berlawanan dengan gaya pada orang tersebut.

Gaya Gesek

Gaya gesek merupakan gaya hambat yang dirasakan oleh benda yang bergerak. Arah dari gaya gesek ini selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda. Jika benda bergerak ke kanan, maka gaya gesek akan mengarah ke arah kiri. Jika benda bergerak ke atas, maka arah gaya gesek akan ke bawah.

Gaya gesek memiliki besaran khas yang disebut sebagai koefisien gesek statis dan koefisien gesek kinetis. Koefisien gesek statis bekerja pada benda yang diam hingga tepat akan bergerak dan koefisien gesek kinetis bekerja saat benda mulai bergerak. Sehingga, nilai koefisien statis akan lebih besar dibandingkan koefisien gesek kinetis. Adapun nilai koefisien gesek suatu benda berada di antara 0 hingga 1, 0 berarti sangat licin dan 1 berarti sangat kasar.

Secara matematis, persamaan gaya gesek dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan:

\[f=\mu N\]

di mana N merupakan gaya normal benda yang selalu tegak lurus permukaan bidang.

Beberapa penerapan gaya gesek meliputi:

Berjalan dan Berlari: Ketika berjalan atau berlari, gaya gesek antara sepatu dan permukaan tanah memungkinkan kita untuk bergerak maju. Tanpa gesekan, kaki kita akan tergelincir, dan kita tidak dapat berjalan dengan stabil.
Rem pada Kendaraan: Sistem rem pada mobil, sepeda motor, atau sepeda memanfaatkan gaya gesek antara kampas rem dan roda untuk memperlambat atau menghentikan laju kendaraan. Tanpa gesekan, kendaraan tidak akan berhenti ketika direm.
Tali Pendaki Gunung: Pendaki gunung memanfaatkan gaya gesek antara tali dan peralatan pendakian (seperti karabiner) untuk menjaga keamanan mereka saat mendaki. Gesekan ini membantu mencegah tali bergerak bebas dan memungkinkan kendali yang baik saat turun atau naik.
Paku dan Sekrup: Gesekan antara paku atau sekrup dengan material (seperti kayu atau dinding) membantu mengamankan benda pada tempatnya. Tanpa gaya gesek, benda-benda ini akan mudah terlepas.

Rangkuman Materi Dinamika Gerak Newton

Hukum-hukum Newton dan gaya gesek adalah dua konsep mendasar dalam fisika yang saling berkaitan. Hukum Newton menjelaskan bagaimana gaya mempengaruhi gerakan benda, sementara gaya gesek adalah salah satu gaya yang berperan penting dalam berbagai aktivitas, baik membantu maupun menghambat gerakan.

Studi Kasus

Studi Kasus 1: Mobil yang Dipercepat di Jalan Datar

Situasi: Sebuah mobil dengan massa 1.000 kg sedang bergerak di jalan datar. Pengemudi menekan pedal gas sehingga mobil dipercepat dari 0 m/s menjadi 20 m/s dalam waktu 10 detik. Gesekan antara ban mobil dan permukaan jalan adalah gaya gesek statis yang memungkinkan mobil bergerak.

Studi Kasus 2: Pendaki Gunung dan Tali

Situasi: Seorang pendaki gunung dengan berat 70 kg tergelincir saat mendaki tebing curam. Tali pendaki terpasang pada pengait di dinding tebing, dan ketika ia jatuh sejauh 1 meter, tali menahan jatuhnya.

Analisislah bagaimana keberlakuan hukum-hukum Newton dan gaya gesek pada kedua situasi tersebut!

Demikian materi singkat mengenai materi dinamika gerak Newton: hukum-hukum Newton dan penerapannya. Semoga bermanfaat!

zsmart.id

Materi Dinamika Gerak Newton: Hukum-Hukum Newton dan Penerapannya