Hukum Newton 1, 2, 3 Lengkap Dengan Penjelasan, Konsep, Rumus Dan Contoh Soal

Hukum Newton merupakan salah satu diantara banyak hukum yang akan kita pelajari dalam Ilmu Fisika. Dikatakan Hukum Newton tentu saja karena ditemukan atau dikemukakan oleh orang yang bernama Newton. Siapa itu Newton dan bagaimanakan konsep Hukum yang dimaksud ? Simak baik – baik pada bahasan kita kali ini tentang Hukum Newton 1, 2 dan 3.

Baiklah, ada yang tahu siapa Newton ? Ya, nama lengkapnya Isac Newton, dilahirkan di Inggris kira – kira pada tahun kematian Galileo, seorang ilmuan yang terkenal pad masa itu. Jadi Newton adalah seorang ilmuan, yang ternyata nantinya dapat meneruskan dan mencetuskan ide dari hasil jerih payah Galileo.

Nah, udah segitu aja dulu kisahnya, kalian bisa baca kelanjutan sejarahnya di lain waktu. Sekarang, kita lanjut lagi materinya !

Hukum Newton apabila kita definisikan adalah sebuah ide, pikiran, rumusan, dan gagasan yang dikemukakan oleh Isac Newton tentang satu konsep. Di sini beliau membahas tentang gerak satu benda.

Ada tiga hukum yang dikemukakan oleh Isac Newton, semuanya akan kita pelajari konsepnya pada kesempatan kali ini. Dan sekarang kita akan masuk ke hukum yang pertama.

1. hukum newton 1

Dulunya, sebagian besar para ilmuan di era sebelum Galileo berpendapat bahwa agar sebuah benda tetap bergerak, diperlukan pengaruh dari luar yaitu “Gaya”. Menurut mereka, keadaan alamiah sebuah benda adalah dalam keadaan diam.

Namun pernyataan atau konsep ini perlu diuji dengan berbagai macam percobaan dimana benda harus dibebaskan dari pengruh gaya luar lingkungannya.

Kemudian diujilah sebuah balok yang diluncurkan di sepanjang bidang datar dengan permukaan yang kasar.

Apa yang terjadi ?

Lama kelamaan geraknya melambat dan akhirnya berhenti. Keadaan inilah yang mendasari pemikiran diatas, bawa balok tersebut berhenti karena gaya dorong (gaya dari luar) ditiadakan.

Namun apabila kita ulangi percobaan tersebut dengan balok yang halus dan permukaan bidang  yang sangat licin, kita dapat pastikan bawa pengurangan kecepatan balok menjadi lebih lambat dibandingkan percobaan pertama.

Apabila pernyataan ini kita ekstrapolasikan, misalkan benar – bendar tidak ada gaya gesekan antara kedua benda, maka balok tersebut akan terus bergerak dengan kecepatan konstan (tetap).

Apa yang bisa kita lihat dari fenomena tersebut ?

Untuk mengubah kecepatan sebuah benda, diperlukan gaya dari luar. Namun untuk mempertahankan kecepatan, tidak diperlukan gaya sama sekali.

Seperti yang kita saksikan pada contoh diatas, tangan memberikan gaya dorong pada balok untuk memulai geraknya. Kemudian, bidang yang kasar memberikan gaya untuk membuat balok berhenti. Kedua gaya ini menghasilkan perubahan kecepatan pada balok, dengan demikian berarti juga menimbulkan percepatan.

Sampai sini apa bisa dipahami ?

Ini adalah sebuah konsep yang mendasari Newton mengemukakan prinsip pertamanya yang dikenal dengan Hukum Newton 1 dengan kata – kata sebagai berikut :

Setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali jika ia dipaksa untuk mengubah keadaan itu oleh gaya – gaya yang berpengaruh padanya

Pada pernyataan hukum pertama ini dapat kita pahami juga bawha tidak ada perbedaan antara pengertian “tidak ada gaya sama sekali” dengan “ada gaya – gaya yang resultannya nol”

Dengan demikian, bunyi Hukum Newton 1 ini juga dapat kita katakan dalam bentuk lain sebagai berikut :

Jika tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda, maka percepatannya a adalah 0 

Adakah rumus Hukum Newton Pertama ?

Nah, sekarang terbtukti kan, seperti apa yang sudah pernah kita bahas saat menjelaskan tips belajar fisika tempo hari. Fisika itu pertama adalah konsep, rumus itu hanya untuk mempermudah saja.

Di hukum pertama ini, kita jangan dulu bicarakan rumus, mari kita pahami saja konsepnya yang sudah disebutkan diatas. Dan kita bisa simpulkan lebih detail lagi seperti ini :

“Jika beberapa gaya bekerja pada sebuah benda, masing – masing akan menimbulkan percepatan sendiri secara terpisah. Percepatan yang dialami benda merupakan jumlah vektor dari berbagai percepatan yang terpisah”

Untuk lebih mudah memahaminya dalam bentuk rumus sekarang kita langsung saja lanjut ke bahasan hukum yang ke dua.

2. Hukum Newton 2

Sekarang mari kita lanjutkan ke hukum yang kedua, namun ada baiknya jika kalaian sudah menguasai betul konsep gaya di hukum yang pertama.

Di sini Newton mulai melibatkan besaran (nilai) dari benda – benda yang sudah kita sebutkan diatas seperti masa balok, percepatan dan juga adanya gaya yang bekerja pada benda tersebut.

Dibuatlah sebuah Eksperimen dimana sebuah balok bermasa (m0) yang terhubung dengan pegas sepanjang l terletak pada bidang datar. Kemudian pegas tersebut ditarik hingga ia memiliki percepatan (a0). Kemudian diukur pertambahan panjang pegas sebagai akibat gaya F yang ditmbulkan.

Kemudian diulangi kembali dengan mengganti dengan balok sembarang (m1) yang kemudian diberikan gaya yang sama sehingga sehingga menghasilkan percepatan (a1).

Dari kedua percobatan tersebut dibandingkan antara masa (m) dan percepatan (a) serta gaya – gaya yang bekerja. Kemudian diperoleh sebuah kesimpulan yang menjadi persamaan dasar mekanika klasik yaitu :

F = m . a

Dalam persamaan ini F merupakan jumlah (vektor) semua gaya yang bekerja pada benda. Sedangkan m adalah masa benda, lalu a adalah (vektor) percepatannya.

Apabila kita merubah posisi persamaan tersebut menjadi :

a = F/m

Maka persamaan ini merupakan konsep dari ukum Neweton yang kedua yaitu :

Percepatan benda berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja padanya dan arahnya sejajar dengan arah gaya tersebut, percepatan benda berbanding terbalik dengan masa benda pada satu gaya tertentu

Sekarang coba perhatikan !

Hukum Newton pertama ternyata tercangkup di dalam Hukum Newton yang kedua sebagai keadaan kusus diman F = 0, maka a = 0, dengan kata lain apabila resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka percepatannya sama dengan nol.

Hal ini berarti jika tidak ada gaya yang bekerja pada benda, maka keadaan benda tersebut bergerak dengan kecepatan konstan atau diam (kecepatan nol). Dan ini tidak lain adalah Hukum Newton 1.

3. Hukum Newton 3

Oke, sudah dua hukum yang kita pelajari dan pahami, sekarang kita akan berlanjut pada hukum yang ke-3.

Di sini kita coba ulas kembali konsep gaya pada sebuah benda dimana gaya yang bekerja pada benda berasal dari benda lain yang berada di sekitar atau dengan kata lain berasal dari benda yang membentuk lingkungannya.

Secara eksperimen dapat kita ketahui bahwa jika sebuah benda melakukan gaya pada benda kedua, maka benda kedua selalu membalas melakukan gaya pada benda pertama.

Hal ini diketahui pula bahwa besarnya gaya yang diberikan adalah sama, namun arahnya berlawanan.

Dari sini sering kali dikenal dengan istilah “aksi” dan “reaksi”. Benda yang memberikan gaya pada benda lain disebut memberikan “aksi” sedangkan benda yang diberikan gaya akan memberikan “reaksi”

Dan sifat – sifat inilah yang diungkapkan oleh Newton sebagai hukum ketiganya yang berbunyi :

Untuk setiap aksi selalu terdapat reaksi yang sama besar dan berlawanan arah; atau aksi timbal-balik satu terhadap yang lain antara dua benda selalu sama besar, dan berarah ke bagian yang berlawanan”

Lebih mudahnya seperti ini :

Jika benda A melakukan gaya pada benda B, maka benda B akan melakukan gaya pula pada benda A dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah; kedua benda tersebut terletak di sepanjang garis lurus yang menghubungkan kedua benda.

Dari ketiga hukum Newton yang kita pelajari, yang paling mudah kita ketahui dalam kehidupan sehari – hari adalah hukum newton yang ke tiga ini.

Contoh Hukum Newton 3 dalam kehidupan sehari – hari :

Seorang anak menendang pintu hingga terbuka. Maka gaya yang diberikan oleh si anak menimbulkan percepatan pintu hingga ia terbuka. Pada saat yang bersamaan, pintu juga memberikan gaya yang sama kepada kaki si anak yang dampaknya adalah sakit. Hal ini terjadi karena adanya “aksi” dan “reaksi”.

Rumus Hukum Newton 3

Untuk mempermudah pemahaman kita mengenai peristiwa “aksi” dan “reaksi” ini, mari kita lihat gambar berikut :

Sebuah balok terletak pada bidang datar yang diikat dengan tali kemudian ditarik oleh tangan.

Menurut Hukum Newton 3, besarnya gaya FMR selalu sama besar dengan FRM, dan besarnya gaya FRB sama besar dengan FBR Pasangan gaya FMR dan FRM akan sama besar dengan pasangan FBR dan FRB terjadi hanya jika percepatan system teresbut (a) sama dengan 0.

Pada gmbar tersebut masa tali mR diabaikan dan dapat kita bayangkan dalam sistem tersebut, tali hanya meneruskan gaya yang diberikan oleh tangan pada balok tanpa perubahan apapun.

Secara matematis dapat kita tuliskan bahwa :

mR = 0

Namun pada kenyataanya, tidak kita jumpai tali yang tidak memiliki masa, namun seringkali diabaikan karena dianggap meneruskan gaya saja tanpa ada perubahan.

Gaya yang bekerja pada tali disebut dengan tegangan atau Tension. Tegangan disetiap titik pada tali akan sama besar hanya apabila tali tidak dipercepat atau dianggap tidak bermasa.

Kita ambil satu contoh lagi agar kita dapat memahaminya dengan lebih jelas.

Sebuah pegas yang digantungkan pada langit – langit dan kemudian ujung pegas diletakkan sebuah balok dalam kondisi diam.

Karena diam maka seharusnya jumlah dari seluruh gaya yang bekerja, sama dengan nol. Sekarang mari kita lihat gaya yang bekerja pada balok tersebut.

• Pertama tegangan dari pegas yang terentang, kita sebut sebagai T dengan arah vertikal ke atas
• Kedua adalah gaya tarik bumi yang biasa kita sebut sebagai berat W dengan arah ke bawah.

Dari pembahasan Hukum Newton yang kedua, F gaya adalah jumlah dari keseluruhan gaya yang bekerja pada benda.

Dalam hal ini bisa kita tuliskan :

F = T + W

Kemudian karena sistem dalam keadaan diam, maka tidak ada percepatan alias a = 0, dalam konsep Hukum 2 berarti F = 0, jadi

0 = T + W

T = – W

Karena gaya – gaya tersebut terletak pada satu garis, maka besarnya haruslah sama yaitu :

T = W

Sekarang mari kita lihat juga gaya – gaya yang bekerja pada pegasnya. Coba lihat gambar c. 

Aksi T menimbulkan reaksi yang kita beri inisial T’ , otomatis besarnya sama dan sama juga dengan w. P merupakan tarikan ke atas oleh langit – langit kepada pegas sedangkan w adalah berat pegas. 

Sekali lagi, karena kondisi pegas dalam keadaan diam maka, semua gaya bekerja pada satu garis. 

Maka kita bisa peroleh : 

P + T’ + w = 0

P = – T’ – w

P = W + w

Jadi kita bisa katakan, langit – langit menarik pegas ke atas dengan gaya yang besarnya sama dengan berat balok (W) dan pegas (w).

Dari Hukum Newton 3 ,  gaya yang dilakukan oleh pegas pada langit – langit P’, haruslah sama dengan besar P, yaitu gaya “reaksi” terhadap P’. Jadi besarnya P’ juga W + w.

Perlu diketahui juga, model pengelompokkan gaya – gaya dalam contoh diatas berdasarkan padangan aksi – reaksinya. Pasangan gaya T = T’ dan pasangan gaya P = P’. Walaupun di sin kita lihat T = -W, namun ini bukanlah pasangan aksi – reaksi karena gaya tersebut bekerja pada benda yang sama.

Nah, seperti biasa untuk lebih bisa memahami konsep dan penerapannya kita akan ambil satu contoh yang ini hampir sealu keluar di soal Ujian Nasional. 

Baca Juga : Mengenal Jenis-jenis Gaya dan Rumus Gaya 

Contoh Soal Hukum Newton

Sebuah balok bermasa m1 diatas bidang datar yang licin, ditarik oleh sebuah tali yang tidak bermasa (masa tali diabaikan). Kemudian pada ujung yang lain setelah melalui katrol digantungkan beban bermasa m2. Katrol dianggap licin dan tidak bermasa (masa katrol diabaikan). Tentukan percepatan sistem dan tegangan tali.

Jawab : 

Seperti analogi pada bahasan tentang HK Newton yang ke-3, kita coba gambarkan gaya – gaya yang bekerja pada kedua buah benda tersebut. Kita mulai dari benda pertama yaitu m1.

Sekrang lihat gambar opsi yang (b), di sana sudah kita gambarkan gaya yang bekerja pada balok (m1) dan arahnya. diman T (tegangan tali) yang menarik balok ke arah kanan. Kemudian m1g adalah gaya tarik bumi pada balok yang arahnya ke bawah, sedangkan FN adalah gaya normal.

Kalau kita perhatikan, balok hanya mengalami percepatan ke arah kanan atau dalam arah sumbu x, sehingga percepatan ke arah sumbu y = 0. Dari sini dapat kita tuliskan : 

# Gaya yang bekerja pada Balok (m1) :

F N – m1g = 0 ; kemudian 

T – m1. a1x = 0, di sini percepatan kita kasih inisial x karena arahnya ke kanan

Dari sin kita bisa mengetahui, bahwa F N = m1 . g ; sedangkan a1x  belum dapat kita ketahui karena T tidak kita ketahui. 

Kemudian,

# Gaya yang bekerja pada Beban (m2) :

Untuk bisa menetukan T, kita juga harus meninjau dari sudut pandang beban (m2). Gaya yang bekerja pada beban sudah kita gambarkan pada opsi (c) di gambar diatas. 

Karena tali dan beban dipercepat, maka kita tidak bisa menyimpulkan bahwa T sama dengan m2 g.

Persamaan untuk beban yang tergantung sebagai berikut : 

m2 . g – T = m2 . a2y

Arah tegangan tali berubah pada katrol, karena panjang tali tetap maka jelas bahwa 

a2y = a1x

Dari sini percepatan sistem bisa kita nyatkan sebagai a, selanjutnya kita dapat subtitusikan pada persamaan diatas sebagai berikut : 

m2 . g – T = m2. a

Juga 

T = m1 . a

Dari kedua persamaan tersebut didapat :

m2 . g – (m1 . a) = m2 . a

m2 . g = m1 . a + m2 . a

m2 . g = (m1 + m2) a

dari situ bisa kita ketahui percepatan sistem (a) dan tegangan tali (T) yaitu : 

 

dan 

Nah, itulah ulasan materi kita tentang Hukum Newton ke 1,2 dan 3. Saya harap kalian lebih memahaminya lagi, karena di sini sangat penting sekali tentang konsepnya.