Contoh Soal Dan Pembahasan Hukum Newton
Hukum Newton merupakan salah satu hukum dasar dalam fisika yang merumuskan hubungan antara gerakan suatu benda dengan gaya yang diberikan pada benda tersebut. Hukum Newton terdiri dari tiga hukum, yang masing-masing memiliki pengaruh yang signifikan dalam menggambarkan gerakan suatu benda. Dalam artikel ini, kita akan membahas contoh soal dan pembahasan mengenai hukum Newton.
Hukum Newton Pertama
Hukum Newton pertama menyatakan bahwa suatu benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan dalam garis lurus, kecuali jika ada gaya yang bekerja pada benda tersebut. Hukum ini sering disebut sebagai hukum inersia. Inersia adalah kecenderungan suatu benda untuk tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan, kecuali jika ada gaya yang mempengaruhinya.
Contoh soal:
Sebuah bola basket diletakkan di atas meja yang datar dan halus. Bola basket tersebut akan tetap diam kecuali ada gaya yang bekerja pada bola tersebut. Jika gaya sebesar 20 N diberikan pada bola basket tersebut, berapa percepatan yang dialami oleh bola tersebut?
Pembahasan:
Diketahui:
- Gaya (F) = 20 N
- Masa (m) = ?
Karena bola basket diam, maka percepatannya adalah nol (a = 0). Sehingga, kita dapat menggunakan hukum Newton pertama untuk menghitung massa bola basket:
F = m x a
a = 0, sehingga F = 0. Oleh karena itu, tidak ada gaya yang mempengaruhi bola basket kecuali gaya yang diberikan sebesar 20 N. Sehingga, gaya yang bekerja pada bola basket adalah 20 N.
Dalam kasus ini, kita dapat menggunakan rumus F = m x a untuk menghitung massa bola basket:
20 N = m x 0
m = 0 kg
Kesimpulannya, bola basket tersebut tidak memiliki massa karena keadaannya yang diam. Oleh karena itu, gaya yang diberikan sebesar 20 N tidak dapat mempercepat atau memindahkan bola basket.
Hukum Newton Kedua
Hukum Newton kedua menyatakan bahwa percepatan suatu benda sebanding dengan gaya yang bekerja pada benda tersebut, dan berbanding terbalik dengan massa benda. Rumus yang digunakan untuk menghitung hukum Newton kedua adalah:
F = m x a
Dalam rumus ini, F adalah gaya yang bekerja pada benda, m adalah massa benda, dan a adalah percepatan yang dialami oleh benda tersebut.
Contoh soal:
Sebuah mobil dengan massa 1.000 kg bergerak dengan kecepatan awal 20 m/s dan dihentikan dalam waktu 10 detik. Berapa gaya yang diperlukan untuk menghentikan mobil tersebut?
Pembahasan:
Diketahui:
- Masa mobil (m) = 1.000 kg
- Kecepatan awal (v0) = 20 m/s
- Kecepatan akhir (v) = 0 m/s
- Waktu (t) = 10 detik
- Gaya (F) =
Untuk menghitung gaya yang diperlukan untuk menghentikan mobil, kita perlu menghitung percepatan mobil terlebih dahulu dengan menggunakan persamaan:
a = (v – v0) / t
a = (0 – 20 m/s) / 10 s
a = -2 m/s²
Percepatan mobil adalah -2 m/s² karena mobil mengalami perlambatan (kecepatan berkurang). Selanjutnya, kita dapat menggunakan hukum Newton kedua untuk menghitung gaya yang diperlukan untuk menghentikan mobil:
F = m x a
F = 1.000 kg x (-2 m/s²)
F = -2.000 N
Gaya yang diperlukan untuk menghentikan mobil adalah 2.000 N (dalam arah berlawanan dengan arah gerakan mobil).
Hukum Newton Ketiga
Hukum Newton ketiga menyatakan bahwa setiap aksi memiliki reaksi yang sama besar dan berlawanan arah. Artinya, jika suatu benda memberikan gaya pada benda lain, maka benda tersebut juga akan menerima gaya dengan besar yang sama dan arah yang berlawanan.
Contoh soal:
Sebuah bola (A) dengan massa 0,5 kg dilemparkan pada bola (B) dengan massa 1 kg dengan kecepatan 5 m/s. Bola (A) menabrak bola (B) dan mengalami perlambatan dengan percepatan -10 m/s². Berapa percepatan yang dialami oleh bola (B)?
Pembahasan:
Kita dapat menggunakan hukum Newton ketiga untuk menghitung percepatan yang dialami oleh bola (B). Karena bola (A) memberikan gaya pada bola (B), maka bola (B) juga memberikan gaya pada bola (A) dengan besar yang sama dan arah yang berlawanan. Dalam kasus ini, kita akan menggunakan hukum Newton kedua pada bola (A) untuk menghitung gaya yang diberikan pada bola (B).
Diketahui:
- Masa bola (A) (m1) = 0,5 kg
- Masa bola (B) (m2) = 1 kg
- Kecepatan awal bola (A) (v0) = 5 m/s
- Percepatan bola (A) (a) = -10 m/s²
Pertama, kita dapat menghitung gaya yang diberikan oleh bola (A) pada bola (B) dengan menggunakan hukum Newton kedua pada bola (A):
F = m1 x a
F = 0,5 kg x (-10 m/s²)
F = -5 N
Bola (A) memberikan gaya sebesar 5 N pada bola (B). Karena hukum Newton ketiga menyatakan bahwa gaya yang diberikan pada benda akan memiliki reaksi yang sama besar dan berlawanan arah, maka gaya yang diterima oleh bola (A) dari bola (B) juga sebesar 5 N.
Selanjutnya, kita dapat menggunakan hukum Newton kedua pada bola (B) untuk menghitung percepatan yang dialami oleh bola (B):
F = m2 x a
-5 N = 1 kg x a
a = -5 m/s²
Bola (B) mengalami perlambatan dengan percepatan -5 m/s².
Hukum Newton ketiga juga dapat dijelaskan dengan contoh lain seperti ketika kita menendang bola, maka bola akan memberikan gaya pada kaki kita dengan besar yang sama dan arah yang berlawanan. Atau ketika kita memukul dinding dengan tangan, maka tangan kita akan menerima gaya yang sama besar dan berlawanan arah dari dinding.
Hukum Newton ketiga juga penting dalam menjelaskan fenomena seperti gerak roket. Ketika roket diluncurkan, ia memberikan gaya pada bahan bakar yang ada di dalamnya dan bahan bakar akan memberikan gaya yang sama dan berlawanan arah pada roket. Gaya ini akan membuat roket terus melaju ke atas hingga mencapai kecepatan yang cukup untuk keluar dari atmosfer bumi.
Kesimpulan
Hukum Newton sangat penting dalam memahami gerak benda dan fenomena alam lainnya. Dalam artikel ini, telah dijelaskan contoh soal dan pembahasan untuk ketiga hukum Newton. Dengan memahami hukum Newton, kita dapat menghitung dan memprediksi gerakan benda serta mengaplikasikan prinsip-prinsip ini dalam kehidupan sehari-hari.
Namun, perlu diingat bahwa hukum Newton hanya berlaku pada benda yang memiliki massa dan bergerak dengan kecepatan yang relatif lambat dibandingkan dengan kecepatan cahaya. Pada skala subatomik atau kecepatan relativistik, hukum Newton tidak berlaku dan harus digantikan dengan hukum fisika yang lebih kompleks.
Dalam ilmu fisika, selalu ada banyak hal yang belum kita ketahui dan masih perlu dijelaskan. Oleh karena itu, peran peneliti dan ilmuwan sangat penting dalam memperluas pengetahuan dan memecahkan misteri alam semesta.
Baca juga Contoh Soal Dan Pembahasan Hukum Ohm