Hukum 1 Newton: Bunyi, Rumus, Pola Penerapan, Soal Dan Pembahasan

Dalam melaksanakan kegiatan sehari-hari, tentunya kita tidak pernah terlepas dari konsep gerak. Di dalam fisika, ilmu yang mempelajari perihal gerak dinamakan mekanika. Mekanika sendiri dibedakan menjadi dua cabang ilmu, yaitu kinematika dan dinamika.

Kinematika ialah ilmu yang mempelajari gerak suatu benda tanpa memperhatikan penyebabnya. Sedangkan dinamika ialah ilmu yang mempelajari gerak suatu benda dan juga penyebabnya.

Newton ialah ilmuwan yang banyak mempelajari penyabab gerak benda. Menurut Newton, penyebab gerak benda ialah gaya. Newton mengemukakan tiga aturan yang berkaitan dengan gerak benda, yaitu Hukum I Newton, Hukum II Newton, dan Hukum III Newton.

Nah, pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari pengertian, bunyi, rumus, teladan soal dan pembahasan, serta teladan penerapan Hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi berikut ini. Selamat membaca dan belajar, semoga sanggup paham.

Bunyi Hukum 1 Newton

Pada zaman dahulu, orang percaya bahwa alam ini bergerak dengan sendirinya. Tidak ada sesuatu pun yang menggerakkannya. Mereka menyebutnya dengan gerak alami. Di lain sisi, untuk benda yang jelas-jelas digerakkan, mereka menamakan gerak paksa. Teori yang dipelopori oleh Aristoteles ini terbukti salah ketika Galileo dan Newton mengemukakan pendapat mereka.

Galileo mematahkan teori Aristoteles dengan sebuah percobaan sederhana. Ia menciptakan sebuah lintasan lengkung licin yang dipakai untuk menggelindingkan sebuah bola. Satu sisi dari lintasan tersebut diubah-ubah kemiringannya. Setelah mengamati, Galileo menyatakan “Jika gaya gesek pada benda tersebut ditiadakan, maka benda tersebut akan terus bergerak tanpa memerlukan gaya lagi”.

Teori Galileo dikembangkan oleh Isaac Newton. Newton menyampaikan bahwa “ Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang membisu akan tetap membisu dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap”. Kesimpulan Newton tersebut dikenal sebagai aturan I Newton. Dengan demikian, Hukum 1 Newton berbunyi sebagai berikut.

Hukum I Newton menyatakan jikalau resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda yang membisu akan tetap membisu dan benda yang bergerak akan terus bergerak lurus beraturan (GLB)

Rumus Hukum 1 Newton

Pada aturan pertamanya ini Newton menjelaskan keadaan benda jikalau tidak dipengaruhi gaya. Menurut Newton benda sanggup mempertahankan keadaan jikalau tidak dipengaruhi gaya. Mempertahankan keadaan berarti benda yang membisu akan tetap membisu dan benda bergerak dengan kecepatan tetap akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap.

Mempertahankan keadaan ini disebut dengan inersia atau lembam. Oleh alasannya ialah itu aturan I Newton ini dinamakan juga aturan inersia atau aturan kelembaman.

Ukuran kuantitas kelembaman suatu benda ialah massa. Setiap benda mempunyai tingkat kelembaman yang berbeda-beda. Makin besar massa suatu benda, makin besar kelembamannya. Saat mengendarai sepeda motor Anda sanggup pribadi memperoleh kelajuan besar dalam waktu singkat.

Namun, ketika Anda naik kereta, tentu memerlukan waktu yang lebih usang untuk mencapai kelajuan yang besar. Hal itu terjadi alasannya ialah kereta api mempunyai massa yang jauh lebih besar daripada massa sepeda motor.

Mungkinkah di dunia ini ada benda yang tidak dipengaruhi gaya? Di luar angkasa mungkin ada tetapi di bumi ini tidak mungkin. Contohnya saja setiap benda niscaya dipengaruhi oleh gaya gravitasi atau berat. Dari keadaan inilah aturan I Newton sanggup diartikan juga untuk benda yang dipengaruhi gaya tetapi resultannya nol. Sehingga aturan I Newton sanggup dirumuskan menyerupai berikut.

ΣF = 0 …………… Pers. (1)

Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda ialah nol, berarti ada dua kemungkinan yang dialami benda tersebut yaitu:

□ Benda membisu (v = 0 m/s)

□ Benda bergerak lurus beraturan ( v = konstan)

Contoh Penerapan Hukum 1 Newton dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut ini ialah beberapa teladan penerapan Hukum Newton 1 dalam kehidupan sehari-hari.

1| Ketika kalian sedang naik kendaraan beroda empat atau kendaraan lainnya. Jika kendaraan beroda empat semula diam, kemudian secara tiba-tiba bergerak, kalian akan terdorong ke belakang. Jika semula kendaraan beroda empat melaju kencang kemudian direm mendadak, kalian akan terdorong ke depan. Kejadian ini terjadi alasannya ialah kalian berusaha mempertahankan keadaan semula.

2| Gambar (a): Menggambarkan seseorang sedang menarik seekor kambing dalam keadaan diam. Gambar (b): Menggambarkan seseorang sedang menarik seekor kerbau dalam keadaan diam.

Tentunya orang tersebut lebih gampang menggerakkan seekor kambing yang membisu dibanding menggerakkan seekor kerbau yang diam. Sebab massa kambing lebih kecil dibanding massa kerbau, sehingga sifat kelembaman kambing lebih kecil dibanding sifat kelembaman kerbau.

3| Taplak di atas meja kemudian diatasnya terdapat vas bunga atau piring. Taplak ditarik secara cepat maka vas bunga atau piring tetap dalam keadaan diam.

4| Misalnya ada gelas di atas meja. Gelas tersebut tidak jatuh atau bergerak. Gelasnya tetap beliau alasannya ialah tidak ada luar yang mengenai gelas itu.

5| Dua rino bermassa sama saling dorong, keduanya tidak ada yang bergeser posisinya.

6| Bola yang menggelinding di atas es licin akan terus menggelinding dengan kecepatan tetap alasannya ialah tidak dikenai gaya luar atau dengan kata lain resultan gayanya sama dengan nol (0).

7| Pemain ice skating meluncur tanpa mengeluarkan tenaga maka tidak ada gaya yang dikeluarkan oleh pemain ice skating tersebut. Pemain tetap sanggup meluncur dengan kecepatan tetap alasannya ialah lapangan ice skating sangat licin sehingga gaya gesek antara sepatu pemain ice skating dan lapangan sangat kecil dan sanggup diabaikan.

8| Benda membisu yang ditaruh di atas meja tidak akan jatuh kecuali ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut.

9| Ayunan bandul sederhana (gerak harmonik sederhana).

10| Pemakaian roda aneh pada mesin mobil.

11| Membangun jembatan kereta, jalan layang, terowongan, bendungan, jembatan kabel bentang panjang, viaduct, menara transmisi, gedung bertingkat, konstruksi kabel, stabilitas lereng, daya dukung fondasi bangunan, analisis getaran lantai jembatan, sikap bangunan tinggi dalam merespon gempa/angin, perencanaan kapasitas balok dan kolom beton, kapasitas leleh struktur baja dan lain-lain, semua itu rumus utamanya cuma satu, “jumlah gaya (momen gaya) harus sama dengan nol”.

Contoh Soal Hukum 1 Newton dan Pembahasannya

Dari persamaan (1) di atas, kita memperoleh konsep yaitu: jikalau resultan gaya yang bekerja pada benda nol maka benda sanggup mempertahankan diri. Sekarang coba kalian cermati teladan soal berikut ini sehingga lebih memahami.

1. Sebuah balok bermassa 5 kg (berat w = 50 N) digantung dengan tali dan diikatkan pada atap. Jika balok membisu maka berapakah tegangan talinya?

Penyelesaian:

Gaya-gaya yang bekerja pada balok menyerupai gambar di bawah ini, alasannya ialah balok diam, maka berlaku aturan I Newton yaitu sebagai berikut.

ΣF = 0

T – w = 0

T – 50 = 0

T = 50 N

Jadi, gaya tegangan tali yang bekerja pada balok tersebut ialah 50 Newton.

2. Sebuah benda bermassa 40 kg ditarik melalui katrol sehingga mempunyai posisi menyerupai yang diperlihatkan pada gambar (a) di bawah ini. Jika sistem itu diam, maka berapakah gaya F?

Penyelesaian:

Benda yang bermassa akan mempunyai berat.

w = mg

w = 40 kg × 10 m/s2

w = 400 N

pada sistem itu bekerja tiga gaya yaitu w, F, dan T yang tidak segaris, sehingga memilih resultannya sanggup dipakai sumbu koordinat XY (metode analisis) menyerupai pada gambar (b) di atas. Sistem membisu berarti berlaku Hukum 1 Newton sebagai berikut.

■ Pada sumbu-Y

ΣFy = 0

T sin 53o – w = 0

T(0,8) – 400 = 0

0,8T = 400

T = 400/0,8

T = 500 N

■ Pada sumbu-X

ΣFx = 0

F – T cos 53o = 0

F – (500)(0,6) = 0

F – 300 = 0

F = 300 N

Jadi, gaya F yang bekerja pada sistem tersebut ialah 300 Newton.

3. Benda bermassa 10 kg diikat tali dan dibuat sistem menyerupai pada gambar (a) berikut ini. Jika sistem itu membisu dan percepatan gravitasi g = 10 m/s2maka tentukan tegangan tali T1 dan T2!

Penyelesaian:

Berat benda ialah sebagai berikut.

w = mg

w = 10 kg × 10 m/s2

w = 100 N

Dengan memakai metode analisis sama menyerupai pada teladan soal sebelumnya di mana diagram gaya ditunjukkan pada gambar (b), maka resultan gaya yang bekerja pada sistem ini ialah sebagai berikut.

■ Pada sumbu-Y

ΣFy = 0

T1 sin 60o + T2 sin 30o – w = 0

T1 (1/2√3) + T2 sin (1/2) – 100 = 0

1/2√3 T1 + 1/2 T2 = 100

(Kedua ruas dikali 2)

√3 T1 + T2 = 200

T2 = 200 – √3 T1 ……….. pers. (a)

■ Pada sumbu-X

T2 cos 30o – T1 cos 60o = 0

T2 (1/2√3) – T1 (1/2) = 0

1/2√3 T2 – 1/2T1 = 0 ……….. pers. (b)

{subtitusikan persamaan (a) ke persamaan (b)}

1/2√3(200 – √3 T1) – 1/2T1 = 0

100√3 – 3/2T1 – 1/2T1 = 0

3/2T1 + 1/2T1 = 100√3

4/2T1 = 100√3

2T1 = 100√3

T1 = 50√3 N

Untuk memperoleh nilai T2, kita subtitusikan nilai T1 = 50√3 ke persamaan (a) sehingga kita peroleh nilai sebagai berikut.

T2 = 200 – √3 T1

T2 = 200 – √3(50√3)

T2 = 200 – 150

T2 = 50 N

Dengan demikian, nilai T1 dan T2 berturut-turut ialah 50√3 N dan 50 N.

Contoh soal di atas menjelaskan perihal keadaan benda diam. Tetapi aturan I Newton juga berlaku pada benda yang bergerak tetapi kecepatannya tetap yaitu gerak GLB. Contoh ini sanggup kalian cermati pada teladan di bawah.

4. Balok bermassa 20 kg berada di atas bidang miring licin dengan sudut kemiringan 30o. Jika Ucok ingin mendorong ke atas sehingga kecepatannya tetap maka berapakah gaya yang harus diberikan oleh Ucok?

Penyelesaian:

m = 20 kg

g = 10 m/s2

w = mg = 20 × 10 = 200 N

α = 30o

gaya dorong Ucok F harus sanggup mengimbangi proyeksi gaya berat. Lihat gambar di bawah ini. Balok bergerak ke atas dengan kecepatan tetap berarti masih berlaku aturan I Newton sehingga memenuhi persamaan berikut.

ΣF = 0

F – w sin 30o = 0

F – (200)(1/2) = 0

F – 100 = 0

F = 100 N

Jadi, gaya yang harus diberikan pada balok semoga balok bergerak dengan kecepatan tetap ialah sebesar 100 N.

5. Dhania menarik beban dengan derma katrol menyerupai pada gambar (a) di bawah ini. Pada ketika gaya yang diberikan F = 125 N ternyata beban sanggup terangkat dengan kecepatan tetap. g = 10 m/s2. Jika gaya gesek katrol dan massa tali sanggup diabaikan maka berapakah massa beban tersebut?

Penyelesaian:

Diagram gaya yang bekerja pada sistem ini ialah menyerupai yang ditunjukkan pada gambar (b). Pada beban bekerja dua buah gaya yaitu gaya berat w dan gaya tegangan tali T. Besar gaya tegangan tali ini besarnya sama dengan gaya tarik F. Karena kecepatan beban yang bergerak ke atas ialah tetap, maka berlaku aturan II Newton sebagai berikut.

ΣF = 0

T – w = 0

F – mg = 0

125 – m(10) = 0

125 – 10m = 0

10m = 125

m = 125/10

m = 12,5 kg

Jadi, massa beban tersebut ialah 12,5 kg.