Hukum Newton Tentang Gerak: Prinsip Dasar Fisika yang Penting untuk Dipahami

Memahami Konsep Gerak Menurut Hukum Newton

Hukum Newton merupakan konsep dasar dalam fisika gerak yang harus Anda ketahui. Pada dasarnya, gerakan benda dalam alam tidaklah spontan, melainkan dipengaruhi oleh sebab-sebab tertentu dan mengikuti aturan yang pasti. Sebagai contoh, jika sebuah benda dilepaskan dari ketinggian tertentu, maka benda tersebut akan jatuh ke bawah kecuali ada dorongan yang mempengaruhinya. Begitu juga dengan benda yang dilempar secara horizontal, akan mengalami gerakan melengkung ke bawah. Benda yang didekatkan dengan magnet akan ditarik ke arah magnet, dan Bumi selalu bergerak mengelilingi matahari pada orbit yang tetap.

Dalam hal ini, gerakan benda umumnya bersifat deterministik yang dapat diprediksi, baik lintasan yang akan ditempuh, arah kecepatan, maupun percepatannya. Jika sebuah benda didorong dengan kekuatan tertentu, maka benda akan bergerak dalam satu lintasan yang sudah pasti. Sifat deterministik tersebut dapat dijelaskan oleh hukum-hukum gerak yang telah dirumuskan oleh Newton.

Newton menyatakan bahwa semua persoalan gerakan di alam semesta dapat dijelaskan dengan hanya tiga hukum sederhana yang sangat luar biasa. Karya besar Newton termuat dalam bukunya yang terkenal, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Gambar 4.1). 

Lantas Mengapa Hukum Newton Sangat Penting untuk Memahami Gerak Benda? Pada artikel kali ini, akan dibahas mengenai aplikasi dari tiga hukum Newton tersebut.

Mengenal Tiga Hukum Newton dalam Menjelaskan Gerak Benda

Hukum 1 newton

Semua benda cenderung mempertahankan keadaannya, baik itu benda yang diam akan tetap diam, maupun benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan. Hukum I Newton memperkenalkan sifat kelembaman benda, yang dapat diukur dengan besaran massa. Karena sifat kelembaman ini, benda cenderung mempertahankan keadaan geraknya yang direpresentasikan oleh kecepatan. Oleh karena itu, semakin besar kelembaman suatu benda, semakin sulit benda tersebut untuk mengubah kecepatannya dan semakin besar pengganggu yang diperlukan untuk mengubah keadaan gerak benda. Massa juga mempengaruhi kelembaman benda, semakin besar massa, semakin lembam benda tersebut dan semakin sulit untuk mendorongnya

Sir Isaac Newton, salah satu ilmuwan terhebat yang pernah ada di dunia, merupakan pelopor dalam bidang kinematika dan dinamika benda-benda di alam semesta. Hukum-hukumnya menjadi dasar utama dalam menjelaskan gerak benda di alam semesta dan benda buatan manusia. Newton juga merumuskan teori gravitasi universal yang menjelaskan tentang tarikan antar benda di alam semesta, dan ini membantu dalam memahami stabilitas alam semesta. Selain itu, Newton juga mengembangkan teori optik dan beberapa teori fisika lainnya yang masih digunakan hingga saat ini. Ia juga merupakan pelopor dalam pengembangan ilmu kalkulus, yang menjadi landasan utama matematika modern dan diterapkan di semua bidang ilmu. Buku terkenal Newton, "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica", yang ditulis dalam bahasa Latin dan diterbitkan pada tahun 1687, dianggap sebagai salah satu karya terbaik dalam sejarah manusia, meskipun tetap di bawah kitab suci yang merupakan firman Tuhan.

Artikel yang berkaitan: Diagram Gaya Bebas

Hukum 2 Newton

Meskipun Hukum I Newton memperkenalkan istilah massa, namun ia belum membahas penyebab benda bergerak atau berhenti. Hukum II Newton, di sisi lain, memberikan penjelasan tentang perubahan keadaan gerak benda. Menurut hukum ini, perubahan keadaan gerak benda bergantung pada gaya yang bekerja pada benda tersebut. Gaya yang diterapkan pada benda berhubungan secara langsung dengan perubahan keadaan geraknya. Oleh karena itu, besarnya perubahan keadaan gerak benda sama dengan besar gaya yang diberikan pada benda.

Bagaimana cara merumuskan definisi keadaan gerak? Definisi yang paling tepat untuk keadaan gerak adalah momentum, yaitu perkalian massa dan kecepatan (mv). Definisi ini dipilih karena semakin besar massa suatu benda, semakin sulit mengubah keadaan geraknya, dan semakin besar gaya yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan kecepatan yang besar pada benda. Dengan demikian, keadaan gerak suatu benda dapat diukur dengan momentum atau perkalian massa dan kecepatannya. Akhirnya, secara matematik hukum II Newton dapat ditulis sebagai

Gaya total yang diberikan pada sebuah benda dapat dihitung berdasarkan hukum II Newton, di mana gaya tersebut sama dengan laju perubahan momentum per satuan waktu. Persamaan (4.1) berlaku untuk segala keadaan, termasuk benda yang mengalami perubahan massa seperti roket yang membakar bahan bakar saat bergerak.

Dengan menggunakan aturan diferensial sederhana maka kita dapat menulis

Persamaan (4.3) menunjukkan bahwa gaya yang diberikan pada benda bergantung pada percepatan dan laju perubahan massa. Hukum II Newton ini berlaku secara umum, termasuk untuk benda yang massa nya berubah selama gerakan. Ketika massa benda berkurang, percepatannya akan semakin besar sejalan dengan kecepatannya. Hal ini terjadi karena percepatan memiliki arah yang sama dengan kecepatan, sehingga kecepatannya akan semakin bertambah. Namun, untuk benda yang memiliki massa konstan, laju perubahan massa adalah nol dan persamaan (4.3) menjadi persamaan yang sangat dikenal, yaitu:

Diperlukan perhatian bahwa gaya yang terdapat dalam persamaan (4.1) atau (4.4) merupakan gaya total. Apabila terdapat beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka seluruh gaya tersebut harus dijumlahkan terlebih dahulu. Hasil penjumlahan dari seluruh gaya tersebut akan menjadi gaya total yang digunakan dalam persamaan (4.1) atau (4.4).

Hukum 3 newton

Hukum ini menyatakan bahwa terdapat gaya reaksi yang besarnya sama dengan gaya aksi, namun arahnya berlawanan. Dengan kata lain, ketika suatu benda memberikan gaya pada benda lain (gaya aksi), benda lain juga memberikan gaya yang sama besarnya pada benda pertama namun berlawanan arah (gaya reaksi).

Contohnya, ketika kamu mendorong dinding dengan tanganmu, dinding secara bersamaan memberikan gaya yang sama besarnya pada tanganmu namun arahnya berlawanan (seperti pada Gambar 4.2). Selain itu, Bumi menarik tubuhmu dengan gaya yang sama dengan beratmu, dan pada saat yang sama, tubuhmu juga menarik Bumi dengan gaya yang sama besarnya namun arahnya berlawanan (gambar 4.2).

Gambar 4.2. Diberikan contoh pasangan gaya aksi dan reaksi. Ketika ada gaya aksi, selalu ada gaya reaksi yang sama besar namun berlawanan arah. Namun perlu diingat bahwa gaya aksi dan reaksi tidak bekerja pada benda yang sama, melainkan pada benda yang berbeda sehingga tidak dapat saling meniadakan. Sebagai contoh, ketika seseorang mendorong tembok, gaya aksi adalah gaya yang dihasilkan oleh tangan pada tembok, sedangkan gaya reaksi adalah gaya yang dihasilkan oleh tembok pada tangan

Namun, perlu diingat bahwa gaya aksi dan reaksi beroperasi pada objek yang berbeda sehingga mereka tidak saling menghapus satu sama lain. Ketika tangan melakukan gaya pada dinding, dinding akan melakukan gaya yang sama pada tangan. Oleh karena itu, kedua gaya tersebut tidak dapat dijumlahkan. Namun, jika kamu dan temanmu mendorong objek yang sama, gaya yang kamu lakukan dan yang dilakukan temanmu dapat dijumlahkan karena keduanya bekerja pada objek yang sama.

Referensi

Mikrajuddin Abdullah. 2016. Fisika Dasar 1. ITB

Sitasi Artikel

Thinks Physics. 2023. Hukum Newton Tentang Gerak: Prinsip Dasar Fisika yang Penting untuk Dipahami. Halaman website (copy link). Diakses pada tanggal (tanggal akses anda)