GAYA DAN HUKUM NEWTON TENTANG GERAK

Gerak sebuah benda dipengaruhi oleh gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut. Oleh karena itu, gaya merupakan aspek yang sangat penting dalam fisika. Kita telah membahas beberapa gaya dalam kehidupan sehari-hari. Sekarang kita akan mempelajari, bagaimana gaya tersebut mempengaruhi gerak benda.

Pengaruh gaya terhadap benda sebenarnya telah dibahas dan diungkapkan oleh Galileo Galilei pada masa hidupnya. Namun demikian, adalah Newton, Isaac Newton nama lengkapnya, yang merumuskan pengaruh gaya-gaya tersebut terhadap benda secara lebih terperinci dan dalam notasi matematis dan hingga sekarang kita kenal sebagai hukum Gerak Newton.

Ada tiga hukum Newton berkaitan dengan gerak benda.

Hukum I Newton

Hukum I menyatakan bahwa :

Jika gaya total yang bekerja pada sebuah benda bernilai nol, maka keadaan gerak benda akan tetap atau tidak berubah.

Secara matematis, dapat dituliskan :

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pernyataan di atas.

Pertama, gaya total bernilai nol. Pernyataan ini tidak secara otomatis berarti bahwa pasti tidak ada gaya yang bekerja pada benda. Bisa saja pada benda itu bekerja gaya, tetapi ada lebih dari satu gaya yang bekerja pada benda dan penjumlahan dari gaya-gaya tersebut bernilai nol. Ingat bahwa gaya adalah besaran vektor, sehingga ada kemungkinan hasil penjumlahannya akan bernilai nol (jika besar kedua gaya sama tetapi arahnya berlawanan).

Kedua, keadaan gerak benda. Keadaan gerak benda memiliki dua kemungkinan: benda dalam keadaan diam atau dalam keadaan bergerak. Jadi, keadaan benda yang diam dianggap sebagai salah satu keadaan gerak benda, yaitu geraknya diam (agak berlawanan dengan logika sehari-hari ya? Tapi begitulah adanya).

Dengan memahami kedua istilah di atas dan mengkaji lebih dalam pernyataan hukum I di atas, kita akan sampai pada kesimpulan bahwa memang gayalah yang mempengaruhi gerak benda. Jika pengaruh gaya tidak ada atau dengan kata lain pengaruh gaya bernilai nol, maka benda itu tidak akan mengubah geraknya. Jika awalnya berada dalam keadaan diam, maka benda akan terus diam. Jika awalnya benda sudah bergerak, maka benda itu akan terus bergerak tanpa mengubah kecepatan geraknya.

Singkatnya, gerak benda akan berubah jika gaya total pada benda tidak nol.

Seberapa besar pengaruh gaya terhadap gerak benda?

Ini diatur oleh hukum II Newton.

Hukum II Newton

Pengaruh gaya terhadap gerak benda tampak pada perubahan kecepatan benda tersebut. Dan kita tahu bahwa perubahan kecepatan per satuan waktu (atau laju perubahan kecepatan) disebut percepatan. Dengan kata lain, gaya yang bekerja pada suatu benda akan menyebabkan percepatan pada benda tersebut. Hal ini adalah inti dari hukum II Newton yang dapat dikatakan sebagai berikut:

Gaya total yang bekerja pada sebuah benda yang massanya konstan sebanding dengan percepatan yang dialami oleh benda tersebut dan arah gaya total tersebut akan sama dengan arah percepatan benda.

Secara matematis pernyataan di atas dapat dituliskan sebagai

Dengan: $\sum {\bf{F}}$ adalah gaya total yang bekerja pada benda (dalam satuan newton), m adalah massa benda (dalam satuan kg) dan a adalah percepatan benda (dalam satuan m/s²).

Selain dua hukum di atas, masih ada hukum III Newton tentang gerak. Hukum III ini disebut hukum aksi-reaksi yang dapat dinyatakan sebagai berikut.

Hukum III Newton

Hukum III Newton mengatakan bahwa:

Jika benda A melakukan gaya pada benda B, maka benda B juga akan melakukan gaya pada benda A. Gaya yang dilakukan benda B pada benda A sama dengan gaya yang dilakukan benda A pada B tetapi arahnya berlawanan.

Secara matematis dapat ditulis:

Dari pernyataan di atas, tentu Anda maklum mengapa hukum III Newton ini disebut hukum aksi-reaksi. Tepatnya, ketika suatu benda melakukan gaya aksi pada benda lain, maka benda lain tersebut akan membalasnya dalam bentuk reaksi. Reaksi ini sama besarnya dengan aksi tetapi dengan arah yang berlawanan.

Camkan baik-baik bahwa gaya aksi dan gaya reaksi ini bekerja pada benda yang berbeda.

Nah, itulah tiga hukum tentang gerak yang dikemukakan oleh Newton dan kita kenal sebagai hukum gerak Newton. Hukum ini menjadi fondasi dari fisika klasik. Beberapa konsep dan teori-teori fisika klasik lainnya, seperti konsep usaha, teorema usaha-energi, kekekalan momentum, dan lain-lain diperoleh berdasarkan hukum-hukum Newton tentang gerak. Itulah sebabnya sehingga dianggap sebagai fondasi fisika klasik.

Meskipun sederhana, butuh banyak latihan dan ketekunan agar dapat menggunakan hukum Newton tentang gerak ini dalam menyelesaikan berbagai variasi masalah, baik dalam bentuk soal-soal maupun dalam aplikasinya sehari-hari. Beberapa variasi soal yang relatif sederhana yang penyelesaiannya menggunakan hukum-hukum Newton tentang gerak dapat dipelajari di posting tentang penerapan hukum-hukum gerak Newton dalam soal-soal.