Hukum-Hukum Newton

Gaya termasuk besaran yang memiliki nilai dan arah yang kamu kenal dengan besaran vektor. Sebuah besaran gaya dapat digambarkan dengan sebuah anak panah. Mendorong meja oleh dua orang dengan arah yang sama tentu akan lebih mudah dibandingkan dengan mendorong meja oleh satu orang. Hal ini menunjukkan bahwa dua buah gaya atau lebih dapat dijumlahkan. Namun, bagaimanakah jika kedua gaya yang kamu kerjakan itu saling berlawanan arah? Tentu benda akan lebih sulit untuk bergerak. Hal ini disebabkan kedua gaya tersebut saling mengurangi. 

Penjumlahan atau pengurangan dua buah gaya atau lebih disebut resultan gaya.

Misalnya, dua orang sedang mendorong sebuah mobil dengan gaya masing-masing 50 N dan 40 N. Gaya kedua orang yang memengaruhi mobil tersebut menjadi 90 N. Apabila kedua gaya itu kita gambarkan dan 1 cm mewakili 10 N akan didapatkan Gambar di bawah ini.

Cara menggambarkan resultan kedua buah gaya (R) tersebut adalah dengan menggambarkan gaya F₁ sesuai dengan besar dan arahnya. Kemudian, di ujung gaya F₁ digambarkan gaya F₂ dengan besar dan arah yang sesuai. Resultan gayanya adalah panjang dari titik pangkal F₁ sampai ke ujung akhir F₂.

Secara matematis, resultan beberapa buah gaya dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut.

R (N) = F₁ (N) + F₂ (N) + F₃ (N) …  

Bagaimanakah jika kedua gaya itu saling berlawanan arah? Misalnya, kedua gaya tersebut adalah F1 = 50 N ke arah kanan dan F2 = 40 N ke arah kiri, berapakah resultan gayanya? Kemanakah arah gaya resultannya? Secara aljabar, resultan gaya ditulis.

R = F₁ + (– F₂)

R = 50 N + ( –40 N)

R = 50 N – 40 N

R = 10 N

Tanda minus pada gaya F₂ menunjukkan bahwa F₂ berlawanan arah dengan F₁. Adapun secara grafis, dapat digambar sebagai berikut.

Benda akan diam karena jumlah kedua gaya tersebut sama dengan nol. Keadaan ini disebut benda berada dalam kesetimbangan. Jadi, suatu benda dikatakan setimbang apabila resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol.

1. Hukum I Newton

Kita  dapat mengetahui jika suatu benda yang sedang diam memiliki kecenderungan untuk diam. Benda yang sedang bergerak cenderung untuk terus bergerak. Hal ini sesuai dengan sifat benda yaitu sifat lembam (malas). Untuk benda yang bergerak terus, kita dapat melihatnya pada contoh berikut. Ketika kamu mendorong sebuah balok di atas meja yang permukaannya datar kamu akan melihat bahwa balok tersebut akan cenderung bergerak dan kemudian berhenti. Akan tetapi, pada saat permukaan meja tersebut diperhalus, balok akan cenderung terus bergerak.

Kejadian tersebut dipelajari kali pertama oleh Sir Issac Newton dan dinyatakan sebagai Hukum I Newton yang menyatakan bahwa

 "suatu benda akan tetap diam atau tetap bergerak lurus beraturan jika resultan gaya yang bekerja pada benda itu sama dengan nol".

Prinsip inilah yang menyebabkan kamu terdorong ke depan ketika bus tiba-tiba direm atau terdorong ke belakang ketika bus bergerak maju secara mendadak. Keadaan tersebut berhubungan dengan sifat kelembaman dirimu. Oleh sebab itu, Hukum I Newton dikenal dengan hukum kelembaman.

2. Hukum II Newton

Bagaimanakah akibatnya pada suatu benda apabila resultan gaya yang bekerja padanya tidak sama dengan nol? Apabila resultan gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol tetapi konstan, benda akan bergerak lurus berubah beraturan. Benda yang bergerak lurus berubah beraturan kecepatannya berubah secara beraturan sehingga mengalami percepatan yang tetap.

Ketika kamu mendorong meja seorang diri, tentu meja tersebut bergerak lambat. Beda halnya ketika kamu bersama teman-temanmu mendorongnya, meja tersebut lebih mudah lagi bergerak. Hal ini terjadi karena gaya yang diberikan terhadap meja olehmu sendiri lebih kecil dibandingkan ketika kamu dibantu teman-temanmu. dengan demikian, meja lebih mudah digerakkan karena percepatannya lebih besar.

Besarnya percepatan suatu benda sebanding dengan resultan gayanya. Semakin besar resultan gaya yang bekerja pada suatu benda, percepatannya akan semakin besar. Apabila percepatan disimbolkan dengan a dan resultan gaya disimbolkan dengan ΣF, dapat dituliskan

Suatu benda memiliki sifat kelembaman yang selanjutnya disebut massa kelembaman. Massa kelembaman ini sangat memengaruhi percepatan gerak suatu benda. Jika suatu benda yang sedang bergerak dengan percepatan tertentu kamu tambahkan massa kelembamannya, percepatan benda akan semakin kecil. Hal ini membuktikan bahwa percepatan benda berbanding terbalik dengan massa benda. Untuk resultan gaya tetap yang bekerja padasuatu benda dengan massa semakin besar, semakin kecil percepatan yang terjadi. Apabila massa kelembaman benda disimbolkan dengan m, diperoleh hubungan percepatan dan massa sebagai berikut.

Gejala-gejala tersebut telah dipelajari sebelumnya oleh Newton sehingga menghasilkan Hukum II Newton, yang menyatakan bahwa :

Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda tidak sama dengan nol, benda akan bergerak dengan percepatan yang besarnya sebanding dengan resultan gayanya dan berbanding terbalik dengan massa kelembamannya. 

Secara matematis dituliskan

Untuk benda yang bergerak dengan gaya yang bekerja ΣF = konstan, a = konstan. Artinya, benda mengalami gerak lurus berubah beraturan.

Hukum III Newton
Apabila kamu memiliki sepatu roda, coba kamu lakukan kegiatan sederhana untuk menggali konsep Hukum III Newton. Caranya, pakailah sepatu roda, ikatkan sebuah tali pada dinding, lalu tariklah tali tersebut. Apabila kamu tarik dinding melalui tali, ternyata kamu tertarik oleh dinding. Seolah-olah ada gaya yang menarikmu ke dinding sebagai reaksi dari gaya tarik yang kamu berikan. Kegiatan tersebut menunjukkan bahwa apabila kamu memberikan gaya aksi pada suatu benda, ternyata benda tersebut akan mengadakan gaya reaksi yang arahnya
berlawanan.  

Hukum III Newton atau Hukum Aksi Reaksi yang menyatakan bahwa :

Apabila sebuah benda mengerjakan gaya (gaya aksi) kepada benda yang lain, benda kedua akan mengerjakan gaya (gaya reaksi) pada benda pertama yang besarnya sama dan arahnya berlawanan. 

Secara matematis Hukum III Newton dapat ditulis sebagai berikut.

Gaya aksi = – Gaya reaksi =F _aksi = -F _reaksi

Gaya aksi dan reaksi tersebut memiliki besar yang sama, tetapi berlawanan arah dan bekerja pada dua benda yang berbeda. 

a. Gaya Normal

Sebuah benda yang diletakkan di atas meja memiliki resultan gaya sama dengan nol, tetapi bukan berarti tidak ada gaya yang bekerja padanya. Pada benda tersebut ada dua gaya yang saling berlawanan. Gaya yang arahnya ke bawah terjadi akibat benda tersebut mengalami gaya yang dilakukan oleh pusat bumi, sedangkan gaya ke atas diberikan oleh meja akibat benda tersebut mengerjakan gaya pada meja. Gaya yang diberikan meja terhadap benda dengan arah tegak lurus permukaan disebut gaya normal (N). Apabila kamu gambarkan seluruh gaya yang bekerja pada benda, akan terlihat seperti  pada gambar

Pasangan aksi-reaksi yang terjadi sebagai berikut.

• Gaya aksi diberikan bumi pada benda (w) menimbulkan gaya reaksi dari benda ke pusat bumi (w' ). Jadi, pasangan aksi reaksinya: w = – w'
• Gaya aksi yang diberikan oleh benda pada meja (N) menimbulkan gaya reaksi yang diberikan meja pada benda (N) yang disebut gaya normal. N = – N '

b. Gaya Tegang Tali

Sebuah bola yang digantungkan melalui sebuah tali menimbulkan adanya gaya tegangan

pada tali yang disebut gaya tegang tali (T).  Berdasarkan gambar , w adalah gaya berat bola yang dikerjakan bumi pada bola tersebut, sedangkan T1 adalah gaya tegang tali yang dikerjakan tali pada bola. w dan T₁ bukan pasangan aksi reaksi karena kedua gaya tersebut bekerja pada sebuah benda yang sama, yaitu bola. Jadi, gaya apakah pada peristiwa tersebut yang merupakan gaya aksireaksi? Marilah lihat gaya yang lainnya. w' adalah gaya tarik benda pada bumi, sedangkan T₂ adalah gaya tegangan tali pada atap. T₂' adalah gaya tarik atap pada tali. T₁' adalah gaya tarik bola pada tali.

Pasangan aksi reaksi pada kejadian tersebut adalah sebagai berikut.

• Gaya aksi yang dikerjakan pusat bumi pada bola (w) dan gaya reaksi yang dikerjakan bola pada pusat bumi (w'). w = – w'
• Gaya aksi yang dikerjakan tali pada bola (T₁) dan gaya reaksi yang dikerjakan bola pada tali (T₁'). T₁ = –T₁'
• Gaya aksi yang dikerjakan tali pada atap (T₂) dengan gaya reaksi yang dikerjakan atap pada tali (T₂'). T₂ = –T₂'

Perbandingan antara berat dan massa suatu benda akan menunjukkan harga yang tetap. Sesuai dengan hukum II Newton maka besaran itu disebut percepatan gravitasi (g). Apabila berat suatu benda disimbolkan dengan w dan massa benda disimbolkan dengan m, maka percepatan gravitasi (g) dapat ditulis:

dengan: w = berat benda (N)

m = massa benda (kg)

g = konstanta gravitasi atau percepatan gravitasi (N/kg)

Satuan N/kg dapat dinyatakan pula dengan satuan m/s².

Percepatan gravitasi bumi di suatu tempat bergantung pada jaraknya dari pusat bumi. Semakin jauh dari pusat bumi, semakin kecil percepatan gravitasinya. Dengan kata lain, berat suatu benda semakin berkurang.

Semakin tinggi suatu benda dari permukaan bumi, semakin kecil percepatan gravitasinya. Sehingga berat benda tersebut bertambah kecil. Bahkan pada ketinggian tertentu benda tersebut tanpa berat.