Hukum-hukum Newton yang telah kita pelajari sebelumnya dapat digunakan untuk memecahkan berbagai persoalan mekanika. Sebagai contoh, kita dapat menentukan percepatan gerak sebuah benda dengan mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut. Atau sebaliknya, kita juga bisa menentukan gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda yang bergerak, apabila diketahui percepatannya. Nah, pada kesempatan ini kita akan mempelajari lebih jauh penerapan Hukum Newton bidang datar dan bidang miring, terutama berkaitan dengan benda-benda yang bergerak akibat adanya gaya tetap yang bekerja padanya. Met belajar ya, semoga setelah belajar pembahasan ini, dirimu dapat menyelesaikan berbagai persoalan mekanika menggunakan Hukum Newton….

Mari kita mulai dengan persoalan mekanika yang sangat sederhana

 

Catatan :

Dengan berpedoman pada koordinat x dan y, kita tetapkan arah ke kanan dan ke atas sebagai arah positif sedangkan ke bawah dan ke kiri sebagai arah negatif.

 

Benda yang diletakan pada bidang datar dan ditarik dengan gaya konstan

Permukaan bidang datar sangat licin (gesekan nol)

Pada gambar a, benda di tarik ke kanan dengan konstan F yang sejajar horisontal, sedangkan pada gambar b, benda ditarik ke kanan dengan gaya konstan F yang membentuk sudut terhadap horisontal. Apakah pada benda hanya bekerja gaya tarik F ? mari kita tinjau gaya-gaya yang bekerja pada benda di atas….

Karena permukaan bidang datar sangat licin, maka kita mengandaikan gaya gesekan nol. Dalam kenyataannya gaya gesek tidak pernah bernilai nol. Ini hanya model ideal. Selain gaya tarik F yang arahnya ke kanan, pada benda juga bekerja gaya berat (w) dan gaya normal (N). Pasangan gaya berat w dan gaya normal N bukan pasangan gaya aksi-reaksi. Ingat bahwa gaya aksi-reaksi bekerja pada benda yang berbeda, sedangkan kedua gaya di atas (Gaya berat dan Gaya Normal) bekerja pada benda yang sama. Disebut gaya normal karena arah gaya tersebut tegak lurus bidang di mana benda berada… besar gaya normal sama dengan gaya berat (N = w). Karena gaya normal (N) dan gaya berat (w) memiliki gaya berat yang sama dan arahnya berlawanan maka kedua gaya tersebut saling menghilangkan…. Pada gambar a, benda bergerak karena adanya gaya tarik (F), sedangkan pada gambar b, benda bergerak karena komponen gaya tarik pada arah horisontal (F_x).

Gambar a

 

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y (vertikal) adalah :

 

Gambar b

 

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y (vertikal) adalah :

 

Permukaan bidang datar kasar (ada gaya gesekan)

Sekarang mari kita tinjau benda yang diletakan pada bidang datar yang kasar… Selain ketiga gaya seperti yang telah diuraikan di atas, pada benda juga bekerja gaya gesekan (F_g).

 

 

Gambar a

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y (vertikal) adalah :

Gambar b

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

 

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y (vertikal) adalah :

Gaya gesekan yang bekerja pada dua permukaan benda yang bersentuhan, ketika benda tersebut belum bergerak disebut gaya gesek statik (lambangnya f_s). Gaya gesek statis yang maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Ketika benda telah bergerak, gaya gesekan antara dua permukaan biasanya berkurang sehingga diperlukan gaya yang lebih kecil agar benda bergerak dengan laju tetap. Ketika benda telah bergerak, gaya gesekan masih bekerja pada permukaan benda yang bersentuhan tersebut. Gaya gesekan yang bekerja ketika benda bergerak disebut gaya gesekan kinetik (lambangnya f_k) (kinetik berasal dari bahasa yunani yang berarti “bergerak”). Ketika sebuah benda bergerak pada permukaan benda lain, gaya gesekan bekerja berlawanan arah terhadap kecepatan benda.

Permukaan bidang miring sangat licin (gesekan nol)

Terdapat tiga kondisi yang berbeda, sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah. Pada gambar a, benda meluncur pada bidang miring yang licin (gaya gesekan = 0) tanpa ada gaya tarik. Jadi benda bergerak akibat adanya komponen gaya berat yang sejajar bidang miring (w sin teta). Pada gambar b, benda meluncur pada bidang miring yang licin (gaya gesekan = 0) akibat adanya gaya tarik (F) dan komponen gaya berat yang sejajar bidang miring (w sin teta). Pada gambar c, benda bergerak akibat adanya komponen gaya tarik yang sejajar permukaan bidang miring (F cos teta) dan komponen gaya berat yang sejajar bidang miring (w sin teta). Sekarang mari kita tinjau satu persatu…..

Benda bergerak akibat adanya komponen gaya berat yang sejajar permukaan bidang miring….

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y (vertikal) adalah :

Pada gambar ini (gambar b), benda bergerak akibat adanya gaya tarik F dan komponen gaya berat (w sin teta) yang sejajar permukaan bidang miring.

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :

Pada gambar ini (gambar c), benda bergerak akibat adanya komponen gaya tarik F yang sejajar permukaan bidang miring (F cos teta) dan komponen gaya berat yang sejajar permukaan bidang miring ((w sin teta).

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :

Permukaan bidang miring kasar (ada gaya gesekan)

Pertama, benda bergerak pada bidang miring akibat adanya komponen gaya berat yang sejajar permukaan bidang miring, sebagaimana tampak pada gambar di bawah. Karena permukaan bidang miring kasar, maka terdapat gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan benda….

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :

Kedua, benda bergerak pada bidang miring akibat adanya gaya tarik (F) dan komponen gaya berat yang sejajar permukaan bidang miring (w sin teta), sebagaimana tampak pada gambar di bawah. Karena permukaan bidang miring kasar, maka terdapat gaya gesekan (f_g) yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan benda….

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

 

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :

Ketiga, benda bergerak akibat adanya komponen gaya tarik yang sejajar permukaan bidang miring (F cos teta) dan komponen gaya berat yang sejajar bidang miring (w sin teta). Karena permukaan bidang miring kasar, maka terdapat gaya gesekan (f_g) yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan benda….

Berdasarkan hukum II Newton, percepatan gerak benda adalah :

Komponen gaya yang bekerja pada sumbu y adalah :

 

Jangan dihafal ! dipahami saja, khususnya mengenai komponen gaya yang bekerja pada benda… Kalo dirimu hafal, ntar cepat bingung kalo gambarnya gurumuda balik… Kalo ga ngerti, silahkan bertanya melalui kolom komentar di bawah….

 

Referensi :

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I  (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.