Hukum 2 Newton: Bunyi, Rumus, Pola Penerapan, Soal Dan Pembahasan

Hukum I Newton hanya membahas benda yang tidak dikenai gaya dari luar, artinya benda tidak mengalami percepatan. Bagaimana kalau suatu benda mendapat gaya dari luar atau pada benda tersebut bekerja beberapa gaya yang resultannya tidak sama dengan nol? Pada kondisi ini benda mengalami perubahan percepatan.

Info Fisika!

Isaac Newton (1643 – 1727) Issac Newton dikenal sebagai hebat ilmu niscaya dan ilmu alam asal Inggris. Ia dianggap sebagai salah satu ilmuwan terbesar. Teori dan penemuannya berperan penting dalam perkembangan ilmu niscaya dan ilmu alam. Penemuan Newton yang populer antara lain ialah kalkulus diferensial, integral, dan penguraian sinar putih menjadi warna pelangi.Adapun hukumnya yang populer ialah aturan gravitasi dan aturan gerak Newton. Penemuan gaya gravitasi diawali oleh ketertarikan Newton terhadap bulan yang selalu mengelilingi bumi. Suatu ketika ia duduk beristirahat di bawah pohon apel dan melihat sebuah apel jatuh dari pohon. Newton kemudian menemukan bahwa apel jatuh ke bawah alasannya ditarik oleh gaya tarik bumi atau gravitasi. Hukum Gerak Newton merupakan aturan dasar dinamika yang merumuskan dampak gaya terhadap perubahan gerakan benda. Hukum Newton terdiri atasa tiga perumusan yang populer sebagai Hukum Newton I, II, dan III. Untuk menghormati jasa Newton, namanya digunakan sebagai satuan gaya.

Ketika suatu benda yang bergerak mempunyai percepatan, maka aturan I Newton tidak berlaku. Karena kalau benda mempunyai percepatan, maka resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut tidak sama dengan nol. Keadaan inilah yang dijelaskan oleh Newton pada aturan keduanya.

Pada aturan keduanya, Newton menjelaskan dampak gaya pada percepatan benda. Jika resultan gaya pada benda tidak nol (ΣF ≠ 0) maka benda itu akan mengalami percepatan. Hubungan dan perumusan II Newton akan dijelaskan secara detail dalam artikel kali ini. Silahkan kalian simak baik-baik.

Bunyi dan Rumus Hukum 2 Newton

Gaya yang bekerja pada sebuah benda mengakibatkan benda tersebut bergerak dipercepat atau diperlambat. Hukum II Newton mempelajari kekerabatan antara gaya yang bekerja pada sebuah benda dengan percepatan yang ditimbulkan oleh gaya tersebut.

Berikut ini ialah praktikum sederhana untuk memahami kekerabatan korelasi antara gaya (F), massa benda (m), dan percepatan benda (a) yang bekerja pada suatu benda.

Hubungan antara Massa, Percepatan, dan Gaya

Tujuan Percobaan:

Menyelidiki kekerabatan antara massa, percepatan, dan gaya pada benda yang mengalami gerak lurus berubah beraturan.

Alat-Alat Percobaan:

1. 2 buah balok kayu bermassa m1

2. Meja

3. Beban bermassa m2, m2 >> m1

4. Tali

5. Troli

6. Pewaktu ketik (Ticker Timer)

Langkah-Langkah Percobaan:

1. Susunlah alat percobaan menyerupai pada gambar di bawah ini.

Gambar (a):  Balok bermassa m1 diletakkan di atas troli dan ditarik oleh gaya F dari beban m2. Gambar (b):  Balok bermassa 2m1 diletakkan di atas troli dan ditarik oleh gaya F dari m2.

2. Nyalakan pewaktu ketik.

3. Lepaskan troli sehingga troli bergerak.

4. Amati jejak pada pewaktu ketik.

5. Hitunglah percepatan troli tersebut.

6. Lakukan langkah 2 hingga 5 untuk massa di atas troli sebesar 2 m1, menyerupai pada gambar (b).

7. Apakah percepatan yang dialami kedua percobaan itu sama? Mengapa demikian?

8. Bagaimana kekerabatan antara m1 dan a, juga kekerabatan antara 2m1 dan a?

9. Bagaimana kekerabatan antara F = m2g dan a?

Setelah melaksanakan eksperimen sederhana di atas, kalian telah memahami kekerabatan antara massa, percepatan, dan pada benda yang resultan gaya yang dialaminya tidak sama nol. Berdasarkan percobaan tersebut, kalian peroleh kekerabatan antara gaya dan percepatannya, yaitu sebagai berikut.

ΣF ≈ a …………… Pers. (1)

Adapun harga kesebandingannya itu mengatakan ukuran kelembaman yang dimiliki benda, yaitu massa. Secara matematis persamaannya sanggup ditulis sebagai berikut.

m	=	ΣF
		a

ΣF = ma …………… Pers. (2)

Persamaan (2) dikenal sebagai Hukum II Newton yang pernyataannya secara lengkap ialah sebagai berikut.

Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda besarnya berbanding lurus dengan gaya tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda.

Gaya dan percepatan ialah besaran vektor, sedangkan massa benda ialah besaran skalar. Oleh alasannya itu, gaya ditulis sebagai berikut.

ΣF = ma …………… Pers. (3)

Keterangan:

ΣF = gaya yang bekerja pada benda (N)

m = massa benda (kg)

a = percepatan benda (m/s2)

dalam sistem internasional (SI), satuan gaya ialah kgm/s2, disebut juga newton (N). Gaya 1 newton didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada massa 1 kilogram benda sehingga mengakibatkan percepatan 1 meter per sekon kuadrat.

Info Fisika!

Gaya yang mengenai benda membisu mengakibatkan benda bergerak. Gaya yang mengenai benda bergerak mengakibatkan benda bergerak lebih cepat, lebih lambat atau berubah arah.

Contoh Penerapan Hukum 2 Newton dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut ini ialah beberapa teladan penerapan Hukum Newton 2 dalam kehidupan sehari-hari.

1| Bus yang melaju di jalan raya akan mendapat percepatan yang sebanding dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa bus tersebut.

2| Pada sistem kerja lift juga terdapat gaya, untuk lift yang membisu atau bergerak dengan kecepatan tetap maka gaya normal (N) akan sama dengan gaya tarik bumi (w = mg). Sedangkan untuk lift yang sedang bergerak dipercepat/diperlambat, maka gaya tekan akan sama dengan gaya normal tetapi tidak sama dengan gaya tarik bumi.

3| Pada permainan kelereng, kelereng yang kecil ketika dimainkan akan lebih cepat menggelinding, sedangkan kelereng yang lebih besar relatif lebih usang (percepatan berbanding terbalik dengan massanya).

4| Benda massanya kecil diberi gaya yang sama dengan benda yang massanya besar akan mengalami percepatan yang lebih besar dibandingkan benda yang massanya besar alasannya percepatan berbanding lurus dengan resultan gaya.

5| Ketika memindahkan benda ke posisi yang lebih tinggi memakai bidang miring juga merupakan salah satu teladan aplikasi aturan II Newton.

6| Gaya yang kita berikan ketika sedang menarik gerobak yang penuh dengan muatan tentunya lebih besar daripada gerobak kosong.

7| Ketika kita sedang menimba air di sumur memakai katrol. Pada acara ini akan timbul gaya akhir menarik tali yang dihubungkan bejana berisi air melalui sebuah katrol. Sistem pengambilan air dari sumur ini biasanya digunakan di kawasan pedesaan.

8| Badak besar mendorong rino yang berukuran lebih kecil sehingga rino kecil akan terpental.

9| Mobil truck yang membawa barang muatan sedikit maka sanggup mendapat percepatan yang lebih besar, daripada kendaraan beroda empat truck yang membawa muatan sangat banyak.

10| Orang yang mendorong gerobak bakso dengan kekuatan (gaya) tertentu dan gerobak tersebut akan berjalan dengan percepatan tertentu pula.

11| Mobil yang sedang bergerak dengan massa kendaraan beroda empat 1 ton kemudian bergerak dengan percepatan 1 m/s2.

12| Ketika kita mendorong meja bermassa kecil dan meja bermassa besar, percepatannya lebih besar pada meja bermassa kecil sehingga lebih cepat hingga tujuan.

13| Orang remaja dengan gaya besar mendorong satu meja menghasilkan percepatan lebih besar daripada anak kecil yang gaya dorongnya lebih kecil.

14| Saat kita memindahkan kotak yang ringan akan lebih cepat hingga daripada memindahkan almari yang berat kalau kita memakai gaya dorong yang sama.

15| Kereta yang ditarik 4 ekor kuda lebih cepat daripada yang ditarik 1 ekor kuda saja.

16| Buah yang jatuh dari pohonnya, ketika semakin mendekati tanah, maka kecepatannya akan semakin besar.

17| Bola yang ditendang orang remaja akan lebih jauh dibandingkan kalau ditendang oleh anak kecil.

18| Bersepeda di jalan yang menurun akan lebih cepat daripada di jalan yang mendatar atau tanjakan.

Contoh Soal Hukum 2 Newton dan Pembahasannya

1. Sebuah truk sanggup menghasilkan gaya sebesar 7000 N. Jika truk tersebut sanggup bergerak dengan percepatan 3,5 m/s2, maka tentukan massa truk tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

ΣF = 7000 N

a = 3,5 m/s2

Ditanyakan: m = …?

Jawab:

m	=	ΣF
		a

m	=	7000
		3,5

m = 2000 kg = 2 ton

Jadi, massa truk tersebut ialah 2 ton.

2. Balok A bermassa 4 kg diletakkan di atas balok B yang bermassa 6 kg. Kemudian balok B ditarik dengan gaya F di atas lantai mendatar licin sehingga adonan balok itu mengalami percepatan 1,8 m/s2. Jika tiba-tiba balok A terjatuh maka berapakah percepatan yang dialami oleh balok B saja?

Penyelesaian:

Diketahui:

mA = 4 kg

mB = 6 kg

a1 = 1,8 m/s2

Ditanyakan: a2 = …?

Jawab:

Keadaan balok pertama (tergantung) dan kedua (A jatuh) sanggup di gambarkan menyerupai pada gambar di bawah ini.

Pada kedua bencana berlaku aturan II Newton sebagai berikut.

F = ma

F = (mA + mB)a1

F = (4 + 6)1,8

F = 18 N

Gaya F juga bekerja pada keadaan kedua sehingga diperoleh:

F = mBa2

18 = 6a2

berarti a2 = 3 m/s2

3. Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s di atas bidang datar licin, kemudian benda tersebut diberi gaya tetap searah dengan gerak benda. Setelah menempuh jarak 4 m, kecepatan benda menjadi 7 m/s. Tentukan besar gaya tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

v0 = 5 m/s

vt = 7 m/s

m = 2 kg

s = 4 m

Ditanyakan: F = …?

Jawab:

Persamaan gerak:

2as = vt2 – v02

a	=	vt2 – v02
		2s

a	=	(7)2 – (5)2
		2(5)

a	=	49 – 25
		10

a	=	24
		10

a = 2,4 m/s2

Menurut Hukum II Newton:

F = ma

F = (2 kg)(3 m/s2)

F = 6 kgm/s2 = 6 N

Jadi, gaya yang bekerja pada benda ialah 6 N.

4. Jika suatu benda diberi gaya 20 N, benda tersebut mempunyai percepatan 4 m/s2. Berapakah percepatan yang dialami benda tersebut kalau diberi gaya 25 N?

Penyelesaian:

Pada kasus ini, massa benda (m) ialah tetap. Ketika diberi gaya F1 = 20 N, benda mengalami percepatan a1 = 4 m/s2, sehingga massa benda:

m	=	F1
		a1

m	=	20 N
		4 m/s2

m = 5 kg

Pada ketika diberi gaya F2 sebesar 25 N, maka percepatan yang dialami benda menjadi:

a2	=	F2
		m2

a2	=	25 N
		5 kg

a2 = 5 m/s2

5. Sebuah gaya F dikerjakan pada sebuah benda bermassa m, menghasilkan percepatan 10 m/s2. Jika gaya tersebut dikerjakan pada benda kedua dengan massa m2, percepatan yang dihasilkan ialah 15 m/s2.

Tentukan:

a. Perbandingan m1 dan m2.

b. Percepatan yang dihasilkan gaya F1, apabila m1 dan m2 digabung.

Penyelesaian:

a. Gaya F pada benda 1 dengan massa m1 menghasilkan percepatan a1 = 10 m/s2, maka diperoleh:

m1	=	F1
		a1

m1	=	F
		10 m/s2

Gaya F pada benda II dengan massa m2, menghasilkan percepatan a2 = 15 m/s2, maka:

m2	=	F2	=	F
		a2		15 m/s2

m1 : m2	=	F	:	F
		10		15

m1 : m2	=	1	:	1
		10		15

m1 : m2	=	1 × 30	:	1 × 30
		10		15

m1 : m2

=

3 : 2

b. Apabila massa digabung, maka:

m = m1 + m2

m	=	F	+	F
		10		15

m	=	3F + 2F
		30

m	=	5F
		30

m	=	F
		6

Percepatan yang dihasilkan adalah:

a	=	F
		m

a	=	F
		F/6

a = 6 m/s2.