Home / Fisika / hukum newton

Hukum Newton (Gerak)

  • 16 min read

Penulis : Deyan Prashna, Departemen Fisika, FMIPA, Universitas Indonesia

Hukum Newton membahas tentang hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dengan perpindahan yang terjadi (respon). Hukum ini terbagi menjadi hukum I Newton, hukum II Newton, dan hukum III Newton. Hukum ini menjadi dasar bagi hukum pergerakan (lebih lanjut) tentang benda di alam ini baik mengenai astronomi, relativistik, dsb.

Apakah kalian pernah mendengar nama Newton? Ketahuilah orang itu sangat berjasa dalam dunia Fisika baik untuk klasik maupun modern. Lalu, apa itu hukum Newton? Seberapa penting sih hukum Newton dalam dunia Fisika? Kalian akan mengetahui jawabannya setelah menyimak tulisan ini.

Pendahuluan

Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton, sumber wikipedia

Sir Isaac Newton lahir pada tanggal 4 Januari 1643 (kalender Gregorian) atau 25 Desember 1642 (kalender Julianus) di Woolsthorpe Manor House, Britania Raya dan meninggal dalam usia 84 tahun pada tanggal 31 Maret 1727 di Kensington. Dia adalah seorang astronom, matematikawan, fisikawan, dan teolog berkebangsaan Inggris.

Newton disebut sebagai bapak Fisika Klasik dan penemuannya berhasil mengubah dunia fisika secara keseluruhan karena dia memberikan suatu pola pikir yang menjadi landasan bagi keberlangsungan proses fisika di alam. Pola pikirnya itu dinamakan sebagai hukum gerak Newton/hukum Newton dan dia membaginya menjadi tiga, yaitu hukum I Newton, hukum II Newton, dan hukum III Newton.

Selain hukum Newton, juga terdapat mekanika Newton, Gravitasi universal, kalkulus Newton, Optik, Deret binomial, prinsip matematika (berdasarkan filsafat alam), dan metode Newton. Dalam tulisan ini akan dibahas mengenai hukum gerak Newton.

Sejarah Sir Isaac Newton

Isaac Newton sudah menunjukkan ketertarikannya terhadap sains sejak remaja. Dia adalah seorang ilmuwan yang religius.

Isaac Newton berpindah ke Cambridge untuk memulai karirnya dan pada saat itu perkembangan sains sedang pesat. Isaac Newton mengembangkan teori matematika gerak dari Galileo Galilei dimana teori ini berkembang menjadi hukum Newton.

Isaac Newton mempelajari pemikiran filsuf Aristoteles dan juga Rene Desacartes. Aliran mekanisme menjadi landasan pemikiran Isaac Newton dimana menyatakan bahwa semua gejala yang ada di alam dapat dijelaskan berdasarkan asas-asas mekanik.

Asas tersebut mengatakan bahwa semua peristiwa yang terjadi di alam adalah materi yang bergerak dan berdasarkan sebab kerja bukan tujuan kerja (adanya hubungan sebab akibat). Terdapat slogan yang terkenal dari Isaac Newton, yaitu amicus Plato, amicu Aristoteles, magis amiva veritas yang berarti Plato adalah temanku, Aristoteles adalah temanku, tetapi teman terbaikku adalah kebenaran.

Slogan tersebut ditemukan dalam bukunya dengan nama Quaestiones Quaedam Philosophicae yang berarti Pertanyaan Filosofi Terentu. Dalam bukunya tersebut, Isaac Newton menemukan rancangan baru cara kerja alam semesta dan hal tersebut berhasil membangkitkan kembali atomisme (semua benda di alam ini terdiri dari sesuatu yang sangat kecil dan tidak bisa dipisahakan atau dihancurkan).

Quaestiones Quaedam Philosophicae

sumber twitter

Isaac Newton mengawali karirnya sebagai seorang peneliti di Trinity College Cambridge pada tahun 1667. Kemudian pada tahun 1669, dia menggantikan Isaac Barrow sebagai Lucasion Professor of Mathematic di tempat tersebut.

Oleh karenanya, Isaac Newton dibebaskan dari tugas mengajar kuliah dan sebagai gantinya berupa kuliah tahunan. Dalam ceramah pertamanya, dia menjelaskan tentang warna dengan judul ceramah Of Colours.

Ceramah tersebut menjadi pondasi dalam fisika optik. Namun, teori optiknya bertentangan dengan teori optik klasik dimana menurut klasik bahwa cahaya adalah sesuatu yang bersifat sederhana dan homogen.

Sedangkan, menurut Isaac Newton cahaya merupakan sesuatu yang kompleks (terdiri dari komponen-komponen kecil yang tetap) dan bersifat heterogen. Pendapatnya tersebut ditentang oleh Robert Hooke (ilmuwan dari Royal Society) dan akhirnya dia menerima teori Isaac Newton tersebut.

Kemudian pada tahun 1687, Isaac Newton mempublikasikan karyanya yang berjudul Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica dan menjadi pondasi bagi perkembangan ilmu astronomi serta sangat berpengaruh dalam dunia sains. Pada buku tersebut terdapat dasar-dasar mekanika klasik, hukum gravitasi dan ketiga hukum gerak (selanjutnya disebut sebagai hukum Newton tentang gerak atau hukum Newton saja).

Newton menyadari bahwa gerak benda di bumi dan di luar angkasa diatur oleh hukum-hukum alam yang sama dan berhasil menunjukan konsistensi antara hukum gerak Kepler dengan teori gravitasinya. Namun, pergerkan planet mengelilingi matahari masih menjadi misteri.

Hal tersebut terjawab ketika dia sedang duduk di bawah pohon dan melihat buah apel yang jatuh ke tanah. Dia memikirkan bahwa ada suatu gaya yang menarik buah apel tersebut menuju pusat bumi.

Gaya yang menariknya tersebut dinamakan sebagai gaya gravitasi bumi dimana dipengaruhi oleh massa benda dan hubungan antara massa, waktu dan jarak selalu konstan.

Hukum Gerak Newton

Dalam bukunya, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, Isaac Newton berhasil mengembangkan gagasan baru tentang gerak di alam ini. Gagasan tersebut dikenal sebagai hukum gerak Newton dan terbagi menjadi tiga, yaitu hukum I Newton, hukum II Newton, dan hukum III Newton.

Hukum tersebut menjadi dasar dari mekanika klasik dan menunjukkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dengan perpindahan yang terjadi (respon). Melalui hukum Newton, kita dapat mengetahui besar gaya yang menyebabkan suatu benda bergerak, kecepatan, percepatan dan bahkan massa benda tersebut.

Terdapat istilah penting yang harus kamu ketahui, yaitu jarak, perpindahan, kecepatan, kelajuan dan percepatan dengan penjelasan sbb:

Jarak merupakan lintasan yang dilalui benda saat bergerak. Benda dikatakan bergerak jika berpindah dari posisi awal ke posisi akhir.

Perpindahan merupakan jarak terpendek dari posisi akhir ke posisi awal. Perhatikan gambar berikut!

mengenai lintasan gerak

dimana r1 merupakan posisi awal gerak, r2 merupakan posisi akhir gerak, dan d merupakan perpindahan (m). Besar perpindahan dapat dinyatakan sbb:

rumus persamaan hukum newton

Kecepatan merupakan jarak yang ditempuh oleh suatu benda selama waktu tertentu. Sedangkan kelajuan merupakan besarannya dan termasuk kedalam besaran skalar (besaran yang hanya memiliki nilai saja).

Sedangkan percepatan merupakan kecepatan yang ditempuh benda selama waktu tertentu.

Ada suatu hal yang menarik pada hukum Newton ini dimana gaya aksi dari benda pemberi yang diberikan pada benda penerima memiliki hubungan dan selalu ada hasilnya, entah itu lebih besar dari nol atau sama dengan nol atau bahkan lebih kecil dari nol. Angka nol pun bukan berarti tidak ada nilainya secara eksak, tapi nilainya tetap ada secara eksak namun karena adanya penjumlahan gaya (resultan gaya) yang menyebabkan nilainya menjadi nol.

Kalian akan mengetahuinya setelah membaca hukum gerak Newton di bawah ini. Berikut penjabaran mengenai hukum gerak Newton.

Hukum I Newton

Pada hukum pertama ini, dinyatakan bahwa jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol, maka tidak akan mempengaruhi pergerakan benda dimana benda akan tetap diam atau bergerak lurus dengan kecepatan konstan. Hukum I Newton dapat dirumuskan sbb:

rumus hukum newton 1

dimana resultan gaya merupakan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda (N). Jika pers. (2) diuraikan, menjadi:

2

dimana F1 merupakan gaya ke-1 dan Fn merupakan gaya ke-n.

Hukum I Newton dapat disebut sebagai hukum kelembaman atau inersia karena berkaitan dengan kemampuan suatu benda untuk mempertahankan keberadaannya atau posisinya (inersia). Jika kalian ingin mempelari lebih lanjut tentang inersia, maka perlajarilah pembahasan tentang momen inersia.

Contoh penerapan hukum I Newton, yaitu mobil yang sedang berjalan dengan kecepatan tinggi dan mendadak direm, maka penumpangnya akan terdorong ke depan. Selain itu, juga bisa diterapkan pada sebuah vas bunga yang diletakkan di atas taplak meja pada sebuah meja.

Kemudian, taplaknya tersebut ditarik dengan kencang maka vas bunga tersebut tidak akan terjatuh karena cenderung mempertahankan posisinya/keberadaannya (resultan gaya yang dialaminya berarti konstan).

Hukum I Newton berhubungan dengan kemampuan inersia benda dalam menerima gaya eksternal yang bekerja pada benda tersebut. Gaya yang diberikan akan merubah posisi/keberadaan benda (menjadi bergerak).

Tetapi, jika resultan gaya yang diberikan (penjumlahan gayanya) sama dengan nol maka tidak akan mengubah kedudukan bendanya, atau tetap bergerak lurus dengan kecepatan konstan atau pun diam (tidak bergerak). Hal tersebut menjadi pembeda dari hukum gerak Newton lainnya.

Hukum II Newton

Hukum II Newton berhubungan dengan percepatan benda yang bergerak. Dalam hukum ini dinyatakan bahwa percepatan yang dialami oleh suatu benda yang bergerak sebanding dengan resultan gaya yang bekerja pada benda dan berbanding terbalik dengan massanya.

Perbedaan dengan hukum I Newton terletak pada resultan gayanya. Pada hukum I Newton memfokuskan resultan gaya yang nol, sedangkan pada hukum II Newton memfokuskan pada benda yang bergerak dimana berarti resultan gayanya tidak nol.

Benda yang bergerak mengakibatkan terjadinya percepatan. Gaya menyebabkan benda dapat bergerak dan melakukan usaha.

Sebagaimana telah diberitahukan sebelumnya bahwa percepatan merupakan kecepatan yang dialami suatu benda pada waktu tertentu. Hukum II Newton jelas memenuhi logika berfikir bahwa semakin cepat benda bergerak berarti gaya pada benda tersebut juga semakin besar.

Sehingga kecepatan yang dihasilkan juga semakin besar dalam selang waktu geraknya. Dengan demikian, percepatan yang dialami juga semakin besar.

Hubungan percepatan dengan massa benda itu berbanding terbalik. Massa merupakan ukuran banyaknya partikel yang dimiliki oleh suatu benda dimana memiliki satuan kilogram (Kg).

Massa berbeda dengan berat benda. Perbedaannya bahwa massa tidak dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi, sedangkan berat dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi.

Semakin besar massa suatu benda, maka semakin sulit benda tersebut bergerak karena akan memberikan gaya gesek yang besar terhadap bidang geraknya (akibat tekanan dari benda tersebut) dan sebaliknya. Perhatikan gambar berikut!

benda A yang bergerak dengan gaya f

Berdasarkan gambar 2, bahwa ketika benda A bergerak dengan arah F maka akan menimbulkan gaya gesek yang arahnya berlawanan (penjeleasan mengenai ini pada hukum III Newton).

Dengan demikian, pergerakan benda pada hukum II Newton ini sangat dipengaruhi oleh gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut. Hukum II Newton dapat dinyatakan dengan rumus, sbb:

rumus hukum newton 2

dimana a merupakan percepatan benda (m/s2). Dengan 5 dapat diuraikan sebagaimana pers. (3).

Jika resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut konstan, maka percepatan bendanya pun akan menjadi konstan dan benda mengalami gerak lurus beraturan (GLB). Tetapi, jika resultan gayanya tidak konstan, maka benda tersebut mengalami gerak lurus berubah beraturan (GLBB).

Contoh dari hukum II Newton ini adalah mobil yang bergerak di jalan dengan percepatan tertentu bisa berupa konstan (GLB) atau pun tidak (GLBB).

Hukum III Newton

Hukum ketiga ini menjadi hukum yang paling menonjol dan dapat dikatakan mempengaruhi hukum pergerakan (tingkat lanjut atau advanced) yang terjadi di alam. Hukum ini berhubungan dengan gaya aksi-reaksi dan menyatakan bahwa jika ada dua benda yang saling bersentuhan (bergesekan) dan benda pertama memberikan gaya aksi terhadap benda kedua, maka benda kedua akan memberikan gaya reaksi terhadap benda pertama dengan besar gaya yang sama tapi arahnya berlawanan terhadap gaya aksi.

Bergesakan yang dimakasud bahwa kedua benda saling bersentuhan dan hanya membutuhkan satu benda dari kedua benda yang bersentuhan untuk bergerak satu sama lain (meskipun benda kedua dalam keadaan diam) atau bisa dikatakan keadaan tersebut adalah keadaan gerak relatif.

Benda yang dimaksud pun bukan hanya benda utuh saja tapi bidang sentuh juga termasuk (permukaan bidang gerak benda). Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut!

ilustarsi contoh hukum newton 3

Hukum III Newton dapat dinyatakan dengan persamaan, sbb:

rumus hukum newton 3

Baik gaya aksi maupun reaksi memiliki satuan N (Newton). Ketika benda A bergerak terhadap benda bidang sentuh, maka pada saat itu timbul respon berupa gaya reaksi dari bidang sentuh.

Respon tersebut sebagai kemampuan dari bidang sentuh untuk mempertahankan keberadaannya. Dalam pemberian respon tersebut, juga dikenal adanya gaya gesek.

Gaya tersebut merupakan bagian dari gaya reaksi bidang sentuh. Semakin besar gaya yang diberikan, maka semakin sulit benda bergerak dan sebaliknya.

Gaya gesek merupakan gaya yang ditimbulkan oleh dua benda yang saling bersentuhan. Gaya gesek terbagi menjadi dua, yaitu gaya gesek statis dan kinetis. Gaya gesek statis tidak mengakibatkan benda yang menyentuhnya bergerak.

Sedangkan untuk gaya gesek kinetis mengakibatkan benda yang menyentuhnya dapat bergerak. Gaya gesek berkaitan dengan kekasaran atau pun kehalusan dari permukaan bendanya tersebut.

Semakin kasar permukaannya, maka semakin kecil gaya gesek kinetisnya dan semakin besar gaya gesek statisnya, serta sebaliknya. Sedangkan semakin halus permukaannya, maka semakin besar gaya gesek kinetisnya dan semakin kecil gaya gesek statisnya, serta sebaliknya.

Gaya gesek dapat dinyatakan dengan rumus, sbb:

rumus gaya gesek

dimana 8 dan 7 masing-masing merupakan koefisien gesek statis dan kinetis dengan satuan N (Newton). Untuk N merupakan gaya normal (N).

Selain gaya gesek, benda yang mengalami gaya aksi-reaksi juga mengalami gaya berat dan gaya normal. Gaya berat adalah gaya yang disebabkan oleh percepatan gravitasi yang dialami oleh benda tersebut dan berkaitan dengan massa benda tersebut. Berat benda selalu berubah-ubah dan semakin dekat dengan pusat bumi maka benda tersebut akan semakin berat dan sebaliknya. Sehingga berat benda di kutub lebih besar daripada di daerah khatulistiwa. Rumus berat/gaya berat benda, sbb:

rumus gaya berat

dimana w merupakan berat benda (N) atau bisa dikatakan sebagai gaya berat benda karena secara tidak langsung keberadaan suatu benda akan memberikan nilai bagi lingkungan sekitarnya berupa gaya yang sama besar dengan berat bendanya dan juga setiap berat benda pasti dipengaruhi oleh percepatan gravitasi (gaya gravitasi), m merupakan massa benda (kg), dan g merupakan percepatan gravitasi bumi (m/s2).

Sedangkan untuk gaya normal merupakan gaya yang ditimbulkan akibat interaksi antara dua benda yang saling bersentuhan dan arahnya tegak lurus terhadap bidang sentuh, dilambangkan dengan FN. Gaya normal timbul sebagai interaksi dari gaya aksi-rekasi benda yang saling bersentuhan dan perlu diingat bahwa untuk benda yang bergantungan pada seutas tali tidak memiliki gaya normal karena antara benda yang mengalami aksi-rekasi tersebut tidak saling bersentuhan.

Gaya normal timbul sebagai adanya konsekuensi dari gaya berat, perhatikan kembali gambar 3! Pada benda yang saling bersentuhan, gaya berat yang ditimbulkan oleh benda pertama (memberikan gaya aksi) terhadap bidang sentuh harus diseimbangkan oleh suatu gaya agar benda pertama dapat bertahan di posisinya (maksudnya supaya benda pertama tidak bergerak dengan sendirinya secara tidak beraturan), gaya tersebut bernama gaya normal.

Benda yang bergerak pada bidang sentuh juga memiliki gaya normal. Gaya normal timbul sebagai konsekuensi adanya gaya berat dan sebagai penyeimbangnya, sehingga besar gaya normal sama dengan gaya berat.

Tapi, arahnya berlawanan dengan rumus, sbb:

rumus arah berlawanan

dimana perlu diketahui, bahwa pers. (9) sama dengan pers. (5) dengan gaya normal sebagai gaya aksi dan gaya berat sebagai gaya reaksi. Contoh dari penerapan hukum III Newton ini adalah ketika kamu menekan lantai rumah mu dengan tangan mu (gaya aksi) maka lantai akan menahan tangan mu (gaya reaksi) yang besarnya sama dengan gaya yang kamu berikan terhadap lantai tersebut, tapi arahnya berlawanan.

Dengan demikian, ketiga hukum Newton tentang gerak sangat berpengaruh dalam kehidupan dan dapat dikatakan sebagai dasar bagi pergerakan yang terjadi di alam ini untuk dikembangkan menjadi ilmu-ilmu lainnya, seperti astronomi, relativitas dan lainnya. Pada intinya, alam ini berada dalam keadaan seimbang dan prosesnya memenuhi distribusi energi/gaya yang minimum.

Tetapi, karena adanya pengaruh eksternal yang menyebabkan distribusi proses tersebut menjadi kompleks. Hal tersebut dapat dibuktikan pada hukum I Newton. Berdasarkan hal tersebut, jelas ketiga hukum Newton tersebut sangat berpengaruh dalam dunia fisika.

Hukum II dan III Newton dikembangkan dari hukum I Newton dan sesuai dengan hukum pergerakan lainnya dalam astronomi, relativitas dan lainnya. Perlu diingat juga bahwa satuan SI dari gaya adalah Newton (N) dan 1 N sama dengan 1 kgm/s2.

Contoh Soal Latihan

a. Sebuah benda bermassa 5 kg mengalami gerak lurus beraturan (GLB) dan menempuh jarak sejauh 1 km dari titik awal. Gaya eksternal yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol sehingga bendanya akan tetap mengalami GLB. Berapakah resultan gaya yang dialami oleh benda tersebut?

Jawab:

Sesuai dengan hukum I Newton, bahwa resultan gaya sama dengan nol yang dialami oleh suatu benda yang bergerak tidak akan mempengaruhi pergerakan benda dan benda akan tetap diam atau gerak lurus dengan kecepatan konstan. Pada soal, benda tetap mengalami GLB. Sehingga resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol.

b. Sebuah benda bermassa 6 kg mengalami gaya sebesar 20 N sehingga bendanya bergerak dan mengalami suatu percepatan tertentu. Pada suatu waktu saat bergerak, benda mengalami pertambahan gaya eksternal sebesar 10 N, sehingga percepatannya menjadi bertambah. Berapa besar percepatan benda sekarang?

Jawab:

c. Perhatikan gambar berikut!

benda yang bersentuhan dengan bidang sentuh

Benda A mengalami gaya berat sebesar 50 N. Berapakah besar gaya normal yang dialami oleh benda tersebut dan ke mana arahnya?

Jawab:

Sebagaimana pers. (9), maka dapat diselesaikan menjadi:

11

Gaya normal yang dihasilkan arahnya berlawanan dengan gaya berat dan tegak lurus terhadap bidang sentuh.

Pertanyaan Umum

Apa yang kalian ketahui tentang benda yang bergerak?

Suatu benda yang bergerak mengalami perpindahan kedudukan terhadap benda lainnya pada suatu lintasan tertentu. Benda yang bergerak menempuh suatu jarak tertentu dan mengalami kecepatan, kelajuan dan perepatan tertentu. Pada intinya, benda yang bergerak mengalami perubahan posisi, pertambahan jarak (mengalamai perpindahan) dan kecepatan, serta mengalami percepatan.

Apa saja pernyataan mengenai ketiga hukum Newton?

1.Hukum I Newton, menyatakan bahwa jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol, maka tidak akan mempengaruhi pergerakan benda dimana benda akan tetap diam atau bergerak lurus dengan kecepatan konstan.
2.Hukum II Newton, menyatakan bahwa percepatan yang dialami oleh suatu benda yang bergerak sebanding dengan resultan gaya yang bekerja pada benda dan berbanding terbalik dengan massanya.
3.Hukum III Newton, menyatakan bahwa jika ada dua benda yang saling bersentuhan (bergesekan) dan benda pertama memberikan gaya aksi terhadap benda kedua, maka benda kedua akan memberikan gaya reaksi terhadap benda pertama dengan besar gaya yang sama tapi arahnya berlawanan terhadap gaya aksi.

Daftar Pustaka

  • Bitar. 2019. Pengertian, Dan Rumus Gaya Berat Beserta Contoh Soalnya Lengkap. Diperoleh dari https://www.gurupendidikan.co.id/pengertian-dan-rumus-gaya-berat-beserta-contoh-soalnya-lengkap/ (diakses pada bulan Mei 2020).
  • Fajrul, Saad. 2019. Newton, Penemu Teori Gravitasi yang Benci Konfrontasi. Diperoleh dari https://www.zenius.net/blog/2309/siapa-itu-newton-biografi-hukum-newton (diakses pada bulan Mei 2020).
  • Khairil, Muhammad. 2018. 3 Hukum Newton Tentang Gerak Yang Wajib Kamu Ketahui! Diperoleh dari https://www.google.com/amp/s/www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/3-hukum-newton-tentang-gerak-yang-wajib-kamu-ketahui/amp (diakses pada bulan Mei 2020).
  • Lohat, San. Gaya Gesek Kinetis. Diperoleh dari https://gurumuda.net/gaya-gesek-kinetis.htm (diakses pada bulan Mei 2020).
  • Rahmah, Azzahra. 2019. Hukum Newton 1 2 3 – Pengertian, Bunyi, Rumus, Contoh. Diperoleh dari https://rumus.co.id/hukum-newton/ (diakses pada bulan Mei 2020).
  • Wening, Tyas. 2020. ‘Sir’ Merupakan Gelar Kehormatan di Inggris, Bagaimana Seseorang Bisa Mendapatkannya? Diperoleh dari https://www.google.com/amp/s/bobo.grid.id/amp/082076857/sir-merupakan-gelar-kehormatan-di-inggris-bagaimana-seseorang-bisa-mendapatkannya (diakses pada bulan Mei 2020).

Baca juga