Theory Newton, Dasar Hukum Gerak Fisika

Share:
tentorku.com
Exsdee, Hukum gerak newton adalah tiga hukum gerak fisika yang menjadi dasar mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya.

Hukum ini selalu dituliskan dengan pembahasaan yang berbeda-beda selama hampir 3 abad dan dapat dirangkum sebagai berikut:
  1. Hukum Pertama: Setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Berarti jika resultan gaya nol, maka pusat massa dari suatu benda tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan konstan.
  2. Hukum Kedua  : Sebuah benda dengan massa M mengalami gaya resultan sebesar F akan mengalami percepatan a yang arahnya sama dengan arah gaya atau F=Ma
  3. Hukum Ketiga  : Gaya aksi dan reaksi dari dua benda memiliki besar yang sama, dengan arah terbalik, dan segaris.
Ketiga hukum ini pertama kali dirangkum oleh Isaac Newton dalam karyanya Philosophi√¶ Naturalis Principia Mathematica, yang diterbitkan pada 5 Juli 1687.

Newton menggunakan karyanya untuk menjelaskan dan meneliti gerak dari bermacam-macam benda fisik maupun sistem.

Hukum Newton diterapkan pada benda yang dianggap sebagai partikel dalam evaluasi pergerakan, sedangkan perubahan bentuk (deformasi) dan rotasi dari suatu objek tidak diperhitungkan dalam analisisnya.

Baca Juga : Theory Archimedes, Tekanan Zat Cair

Dalam bentuk aslinya, hukum gerak Newton tidaklah cukup untuk menghitung gerakan dari objek yang bisa berubah bentuk (benda tidak padat).

Karena itulah Leonard Euler kurang setuju dan pada tahun 1750 ia memperkenalkan generalisasi hukum gerak Newton untuk benda padat yang disebut hukum gerak Euler.

Hukum I Newton

Hukum I Newton dalam bahasa aslinya (latin) berbunyi:

Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.

Yang dalam Bahasa Indonesia berarti:

Hukum I: Setiap benda akan mempertahankan keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya.

Hukum ini menyatakan bahwa, jika resultan gaya bernilai nol, maka kecepatan benda tersebut konstan. 
Artinya :
  • Sebuah benda yang sedang diam akan tetap diam kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.
  • Sebuah benda yang sedang bergerak, tidak akan berubah kecepatannya kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.

Hukum pertama newton adalah penjelasan kembali dari hukum inersia yang sudah pernah dideskripsikan oleh Galileo yang tidak setuju dengan pendapat Aristoteles.

Dalam bukunya, Newton memberikan penghargaan pada Galileo untuk hukum ini. Galileo menyadari bahwa gaya diperlukan untuk mengubah kecepatan benda tersebut (percepatan), tetapi untuk mempertahankan kecepatan tidak diperlukan gaya.

Sama dengan hukum pertama Newton: Tanpa gaya berarti tidak ada percepatan, maka benda berada pada kecepatan konstan.

Hukum II Newton

Hukum II Newton dalam bahasa aslinya (latin) berbunyi:

Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.

Diterjemahkan dengan cukup tepat oleh Motte pada tahun 1729 menjadi:

Law II: The alteration of motion is ever proportional to the motive force impress'd; and is made in the direction of the right line in which that force is impress'd.

Yang dalam Bahasa Indonesia berarti:

Hukum Kedua: Perubahan dari gerak selalu berbanding lurus terhadap gaya yang dihasilkan / bekerja, dan memiliki arah yang sama dengan garis normal dari titik singgung gaya benda.

Hukum kedua menyatakan bahwa, total gaya pada benda sama dengan banyaknya perubahan momentum linier terhadap waktu.

Karena hukumnya hanya berlaku untuk sistem dengan massa konstan, variabel massa  dapat dikeluarkan dari operator diferensial dengan menggunakan aturan diferensiasi.

Maka, gaya yang bekerja pada suatu benda menghasilkan percepatan yang berbanding lurus sedangkan massa yang bertambah atau berkurang dari suatu sistem akan mengakibatkan perubahan dalam momentum.

Sesuai dengan hukum pertama, turunan momentum terhadap waktu tidak nol ketika terjadi perubahan arah, walaupun tidak terjadi perubahan besaran.

Akan tetapi hukum kedua ini perlu perubahan jika relativitas khusus diperhitungkan, karena dalam kecepatan sangat tinggi hasil kali massa dengan kecepatan tidak mendekati momentum sebenarnya.

Hukum II Newton: Sistem Jika Dengan Massa Yang Berubah

Jika sistem dengan massa berubah, hal ini bukan termasuk dalam sistem tertutup dan tidak dapat dihitung dengan hanya mengubah massa menjadi sebuah fungsi dari waktu di hukum kedua.

Alasannya, dikutip dari  An Introduction to Mechanics karya Kleppner dan Kolenkow  bahwa "hukum kedua Newton berlaku terhadap partikel-partikel secara mendasar" sedangkan pada mekanika klasik partikel memiliki massa yang konstan.

Sistem dengan massa yang berubah-ubah seperti roket atau ember yang berlubang biasanya tidak dapat dihitung seperti halnya sistem partikel, maka hukum kedua Newton ini tidak dapat digunakan.

Persamaan baru digunakan untuk menyelesaikan soal seperti itu yaitu dengan cara menata ulang hukum kedua dan menghitung momentum yang dibawa oleh massa yang masuk atau keluar dari sistem.
 
Hukum III Newton

Hukum III Newton dalam bahasa aslinya (latin) berbunyi:

Lex III: Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in partes contrarias dirigi.

Yang dalam Bahasa Indonesia berarti:

Hukum ketiga : Untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah: atau gaya dari dua benda pada satu sama lain selalu sama besar dan berlawanan arah.

Hukum ketiga menyatakan bahwa, Benda apa pun yang menekan atau menarik benda lain mengalami tekanan atau tarikan yang sama dari benda yang ditekan atau ditarik.

Diibaratkan seperti seekor kuda yang menarik sebuah batu dengan menggunakan tali, maka kuda tersebut juga "tertarik" ke arah batu.

dengan kata lain hukum ketiga ini menjelaskan bahwa semua gaya adalah interaksi antara benda-benda yang berbeda.

Secara sederhananya, sebuah gaya selalu bekerja pada sepasang benda, dan tidak pernah hanya pada sebuah benda. Jadi untuk setiap gaya selalu memiliki dua ujung. Setiap ujung gaya ini sama kecuali arahnya yang berlawanan. Atau sebuah ujung gaya adalah cerminan dari ujung lainnya.

Pentingnya Hukum Newton dan Jangkauan Validitasnya

Hukum-hukum Newton sudah diverifikasi dengan eksperimen dan pengamatan selama lebih dari 200 tahun, dan hukum-hukum ini adalah pendekatan yang sangat baik untuk perhitungan dalam skala dan kecepatan yang dialami oleh manusia sehari-hari.

Hukum gerak Newton dan hukum gravitasi umum dan kalkulus, (untuk pertama kalinya) dapat memfasilitasi penjelasan kuantitatif tentang berbagai fenomena-fenomena fisis. Ketiga hukum ini juga merupakan pendekatan yang baik untuk benda-benda makroskopis dalam kondisi sehari-hari.

Namun hukum newton tidak tepat untuk digunakan dalam kondisi tertentu terutama dalam skala yang amat kecil, seperti kecepatan yang sangat tinggi  atau medan gravitasi yang sangat kuat.

Maka hukum-hukum ini tidak dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena-fenomena seperti konduksi listrik pada sebuah semikonduktor, sifat-sifat optik dari sebuah bahan, kesalahan pada GPS, sistem yang tidak diperbaiki secara relativistik, dan superkonduktivitas.

Penjelasan dari fenomena-fenomena ini membutuhkan teori fisika yang lebih kompleks, termasuk relativitas umum dan teori medan kuantum.

Tidak ada komentar