HermanAnis.com – Contoh Soal Hukum Newton membantu siswa dan guru memahami dasar-dasar gerak dan gaya. Dalam artikel ini, kami menyajikan sejumlah soal terkait Hukum Newton 1 dan Hukum Newton 2, lengkap dengan pembahasan mendetail untuk memperdalam pemahaman konsep-konsep tersebut. Kami menyusun setiap soal dengan langkah-langkah penyelesaian yang jelas, sehingga pembaca dapat dengan mudah mengikuti dan menerapkan prinsip-prinsip fisika dalam berbagai situasi.
Kami tidak hanya menekankan penyelesaian matematis dari setiap soal, tetapi juga membantu pembaca memahami konsep di balik Hukum Newton. Dengan cara ini, pembaca dapat mengembangkan kemampuan analisis dan berpikir kritis yang sangat penting dalam mempelajari fisika. Artikel ini kami rancang agar menjadi sumber belajar yang komprehensif, baik untuk siswa yang sedang mempersiapkan ujian maupun untuk guru yang mencari bahan ajar tambahan.
Baca juga contoh soal terkait:
A. Hukum Newton
Sebelum kita membahas contoh-contoh soal terkait dengan hukum newton, kita bahas dulu apa sebenarnya hukum newton 1 dan 2.
1. Hukum Newton 1
Hukum Newton 1 menyatakan bahwa jika benda (seperti bola karet, mobil, atau planet) tidak di kenai gaya tertentu, maka benda yang bergerak cenderung tetap bergerak dan benda yang diam cenderung tetap diam. Postulat ini di kenal sebagai hukum inersia. Misalnya sebuah bola yang menggelinding akan tetap menggelinding jika tidak ada gaya penghambat (seperti gesekan dengan permukaan atau dengan udara) yang bekerja pada bola. Atau, bola yang sementara diam, akan tetap diam dan tidak akan kemana-mana kecuali di beri dorongan atau lemparan.
Contoh lain, misalnya, sebuah bola yang di lemparkan ke ruang hampa udara, akan terus bergerak dengan kecepatan yang sama, selama bola itu dapat menghindari benturan dengan benda-benda angkasa dan menahan tarikan gravitasinya. Secara matematis hukum newton 1 di rumuskan dalam bentuk,
Persamaan ini dapat di maknai, jumlah gaya atau sigma F yang bekerja sama dengan nol. Beberpa point yang perlu di pahami sebelum mengerjakan soal hukum newton 1 sebagai berikut:
- Hukum newton 1 dapat di gunakan untuk menyelesaikan masalah atau soal di namika gerak pada kasus,
- Benda dalam keadaan diam
- Benda yang bergerak lurus beraturan (kecepatannya tetap)
- Objek atau benda yang diam jangan di maknai, pada benda tidak ada gaya yang bekerja. Namun, harus di maknai, bahwa benda itu diam karena jumlah gaya (sigma F) yang bekerja sama dengan nol.
- Gaya adalah besaran vektor sehingga, operasi penjumlahan dalam sigma F penting untuk di perhatikan (menggunakan aturan penjumlahan besaran vektor).
2. Hukum Newton 2
Shukum Newton 2 di tuliskan dalam bentuk:
Dimana, sigma F dapat di maknai sebagai jumlah gaya, m adalah massa dan a merupakan percepatan benda yang di kenai gaya. Artinya, hukum newton 2 ini secara khusus dapat diaplikasikan pada benda-benda yang di berikan gaya, yang mengakibatkan benda tersebut di percepat.
Untuk itu, berikut adalah beberapa point penting dalam menyelesaikan soal hukum Newton 2:
- Sigma F atau jumlah gaya F yang bekerja pada benda sebanding dengan percepatan benda. Artinya semakin besar gaya yang bekerja maka akan semakin besar pula percepatannya.
- Massa m benda sebanding dengan jumlah gaya. Artinya semakin besar massa benda maka semakin besar pula gaya yang di perlukan untuk menggerakkannya (membuat benda di percepat).
- Massa m benda berbanding terbalik dengan percepatan. Artinya, semakin besar massa benda maka percepatan benda akan semakin kecil, dengan catatan, jumlah gaya F yang di kenakan di buat tetap.
Mudah-mudahan bisa di pahami. Mari kita mulai!!!!
B. Contoh soal Hukum Newton
Nomor 1, Contoh soal Hukum Newton 1
Contoh soal hukum newton 1 ini kita awali dengan benda yang diam di atas meja.
Misalkan ada sebuah buku berada di atas meja, seperti pada gambar di bawah ini. Massa buku adalah 450 gram dan percepatan gravitasi di lokasi tersebut adalah 9,8 m/s2.
Berdasarkan gambar maka,
a. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada buku!
b. Tentukan besar gaya berat buku!
c. Berapa besar gaya Normal yang bekerja pada buku?
d. Berapa besar gaya tekan yang dirasakan oleh meja?
Pembahasan Nomor 1:
a. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada buku!
Dari gambar, kita dapat mengidentifikasi bahwa gaya yang bekerja pada buku adalah gaya berat (W) dan gaya normal (N). Bagaimana penggambaran kedua gaya tersebut bekerja, berikut gambarannya.
Keterangan:
- Gambar (i), menunjukkan bagaimana gaya berat (W) bekerja. Cara menggambarkannya yakni, dengan menarik garis lurus kebawah dari titik pusat massa benda.
- Gambar (ii), menggambarkan gaya normal (N) yang bekerja pada benda. Cara mengambarkannya yakni, dengan menarik garis lurus dari permukaan ke atas yang melalui titik pusat massa benda.
- Gambar (iii) diagram bebas gaya-gaya yang bekerja pada benda. Sebagai catatan, ketika benda dalam keadaan diam, panjang garis untuk penggambaran gaya berat W dan gaya normal N harus sama panjang.
b. Tentukan besar gaya berat buku!
Untuk menentukan besar gaya berat buku, teman-teman perlu mengingat persamaan gaya berat (W). Persamaannya adalah:
W = m x g
Dari sini juga, kita bisa membedakan antara massa dan berat. Dua besaran fisika yang berbeda. Berat benda di pengaruhi oleh massa (m) benda dan percepatan gravitasi (g), sedangkan massa benda ‘tidak berubah’.
Kita lanjutkan, dari soal di berikan,
- m = 450 gram = 0,450 kg
- g = 9,8 m/s2
sehingga, dari persamaan W = m x g kita akan peroleh,
W = 0,450 kg x 9,8 m/s2
W = 4,41 kg.m/s2 = 4,41 N
Satuan kg.m/s2 merupakan satuan gaya, namun dalam Sistem Internasional (SI) satuan gaya yang umumnya di gunakan adalah Newton (disingkat dengan N).
1 kg.m/s2 = 1 N
c. Berapa besar gaya Normal yang bekerja pada buku?
Karena buku dalam keadaan diam, maka pada buku berlaku bahwa Hukum Newton 1,
Berdasarkan diagram bebas gaya yang bekerja pada buku,
Sehingga dapat dituliskan,
N – W = 0
N = W = 4,41 N
Sebagai catatan, gaya berat (W) bukan pasangan gaya aksi-reaksi dengan gaya normal (N).
d. Berapa besar gaya tekan yang dirasakan oleh meja?
Besar gaya tekan buku terhadap meja adalah aksi reaksi dengan gaya normal (N), jadi besarnya gaya tekan pada meja adalah sama dengan gaya normal, yakni 4,41 N. Namun, arah gaya tekan ini adalah ke bawah (bekerja pada meja).
Gambar (i), gaya-gaya yang bekerja pada buku (gaya N dan W). Kemudian, gambar (ii) adalah gaya yang bekerja pada meja (gaya N’). Gaya normal N aksi reaksi dengan N’.
Nomor 2, Contoh soal Hukum Newton 1
Misalkan ada tumpukan buku di atas meja seperti pada gambar di bawah ini.
Jika massa m1 dan m2 adalah 450 gram dan 250 gram dan percepatan gravitasi di lokasi tersebut adalah 9,8 m/s2, maka;
a. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada setiap benda!
b. Berapa besar gaya normal pada benda m1 dan m2?
c. Berapakan besar gaya tekan yang dirasakan oleh meja?
Pembahasan nomor 2:
a. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada setiap benda!
Dari gambar, kita dapat mengidentifikasi bahwa gaya yang bekerja pada setiap benda adalah gaya berat (W) dan gaya normal (N). Bagaimana penggambaran gaya-gaya tersebut bekerja, berikut gambarannya.
Benda m1,
Benda m2,
Gaya yang bekerja pada meja,
b. Berapa besar gaya normal pada benda m1 dan m2?
Karena,
- m1 = 0,250 kg
- m2 = 0,450 kg
- g = 9,8 m/s2
Maka gaya berat benda adalah,
- W1 = m1 x g = 2,45 N
- W2 = m2 x g = 4,41 N
Olehnya itu maka, besar gaya normal pada benda m1 berdasarkan gambar (i),
adalah,
N1 – W1 = 0 (penerapan hukum newton 1)
sehingga,
N1 = W1 = 2,45 N
besar gaya normal pada benda m2 berdasarkan gambar (ii),
adalah,
N2 – (N’1 + W1) = 0 …(hukum newton 1)
sehingga,
N2 = N’1 + W2
Karena N1 dan N’1 adalah gaya aksi reaksi, (besarnya sama-arah berlawanan) maka N’1 =N1 = 2,45 N. Sehingga,
N2 = N’1 + W2
N2 = 2,45 N + 4,41 N = 6,86 N
c. Berapakan besar gaya tekan yang dirasakan oleh meja?
Perhatikan diagram bebas gaya pada meja di bawah ini!
Besar gaya tekan yang dialami oleh meja adalah N’2. Karena Gaya normal N2 aksi-reaksi dengan N’2. Maka besar gaya yang bekerja pada meja adalah 6,86 N. Besar gaya N2 dan N’2 besarnya sama, namun arahnya berlawanan.
Nomor 3, Contoh soal Hukum Newton 1
Perhatikan gambar di bawah ini!
Sebuah benda bermassa m tergantung dengan tali. Jika massa benda adalah 2 kg, berapa besar gaya tegangan tali.
Baca Juga: Contoh Soal Gaya Gesek
Pembahasan soal nomor 3:
Untuk menjawab soal ini, kita gambarkan dulu gaya-gaya yang bekerja pada sistem.
Dari gambar 2, dapat simpulkan sistem dalam keadaan diam. Sehingga, pada sistem berlaku hukum Newton 1.
T – W = 0
Sehingga di peroleh,
T = W = m x g
Kita ambil percepatan gravitasi g = 9,8 m/s2, dan karena m = 2 kg, maka,
T = 2 kg x 9,8 m/s2 = 19,6 kgm/s2
Sehingga,
T = 19,6 N, (1 N = 1 kgm/s2).
Sebagai tambahan, gaya berat W bukan aksi reaksi dengan T. Pada gambar 2, tegangan tali aksi-reaksi, antara T yang arahnya ke atas dan T yang arahnya ke bawah.
Baca juga: Contoh Soal Hukum Newton 2
Demikian dulu contoh soal hukum 1 Newton, nanti lanjutkan nanti untuk benda yang terletak pada bidang miring.
Berikut kami berikan beberapa contoh soal hukum Newton 2.
Nomor 4, Contoh soal Hukum Newton 2
Misalkan sebuah benda bola bermassa 450 gram di tendang oleh seorang anak dari keadaan diam, seperti pada gambar di bawah ini.
- Jika bola di percepat 2 m/s2 berapa besar gaya yang bekerja pada bola?
- Jika tendangan tersebut melibatkan gaya sebesar 9 N, berapa besar percepatan bola?
Pembahasan soal nomor 4:
1. Karena massa benda 450 gram = 0,45 kg dan benda di percepat sebesar a = 2 m/s2, maka besar gaya yang bekerja adalah:
2. Massa benda m = 0,45 kg dan gaya F = 9 N, maka bola akan di percepat sebesar,
Nomor 5, Contoh soal Hukum Newton 2
Perhatikan gambar di bawah ini!
Seorang guru ingin mempraktekkan bagaimana penerapan hukum Newton 2. Dia kemudian menyusun buku bermassa M1 yang di hubungkan melalui seutas tali kaku (tidak melar) dengan beban M2 yang melewati katrol.
- Jika permukaan meja dan buku licin, massa benda M1 dan M2 adalah 800 gram dan 1,20 kg. Berapa besar percepatan masing-masing dan besar tegangan tali T?
- Jika permukaan meja dan buku kasar (us =0,6 dan uk =0,4), dengan massa benda M1 dan M2 adalah 800 gram dan 1,20 kg. Berapa besar percepatan masing-masing benda dan besar tegangan tali T?
(catatan: Anggap massa katrol dan massa tali dapat di abaikan dan gunakan percepatan gravitasi bumi g sebesar 10 m/s2).
Pembahasan soal nomor 5:
1. Di ketahui bahwa:
- m1 = 800 = 0,80 gram
- m2 = 1,20 kg
- g = 10 m/s2
- Permukaan licin, sehingga gaya gesekan di anggap nol.
Kita gambarkan dulu di agram gaya-gaya yang bekerja dalam sistem. Diagramnya seperti dalam gambar di bawah ini!
Perhatikan benda M1,
Karena benda di percepat ke kanan dengan percepatan a1, maka berlaku
sehingga akan di peroleh,
T1 = m1 a1 ……………………….(i)
Kemudian kita perhatikan benda M2,
Benda M2 di percepat ke bawah dengan percepatan a2, sehingga berlaku,
W2 – T2 = m2 a2 ……………………….(ii)
Sebagai catatan, W2 di kurangi T2 oleh karena benda di percepat kebawah atau berat W2 lebih besar dari T2.
Karena massa katrol dapat di abaikan, maka tegangan tali T1 = T2 = T dan karena tali tidak ‘melar’ maka berlaku juga, a1 = a2 = a.
Dengan demikian maka:
T1 = m1 a1
dapat di tuliskan menjadi,
T = m1 a …………….(i)
Sedangkan,
W2 – T2 = m2 a2
dapat di tulis menjadi,
W2 – T = m2 a ……………..(ii)
kemudian, subtitusikan persamaan (i) ke (ii),
W2 – T = m2 a
W2 – m1 a = m2 a
m2 a + m1 a = W2
(m1 + m2) a = W2
Dan di peroleh,
Karena m1 = 0,80 kg, m2 = 1,20 kg, g = 10 m/s2 maka,
Dengan demikian maka tegangan tali T adalah,
T = m1 a = 1,20 kg x 6,00 m/s2 = 7,20 kg.m/s2
T = 7,20 N
Cara praktis pembahasan nomor 5
Untuk menentukan percepatan sistem berdasarkan hukum Newton 2, secara matematis adalah,
Sehingga untuk mencari percepatan sistem kita membutuhkan besar dari sigma F dan jumlah massa sistem. Untuk itu, kita perlu memahami dua variabel ini secara operasional. Berikut cara untuk memahaminya:
- Pada pembilang, terdapat varibael sigma F.
- Sigma F adalah jumlah gaya yang bekerja pada sistem. Sederhananya adalah gaya yang mau menggerakkan yang kita simbol Fpenggerak dan gaya penahan gerak benda yang kita simbol Fpenahan berapa besarnya! Tapi ingatyah, gaya itu besaran vektor, aturan penjumlahannya jelas.
- Gaya penggerak atau Fpenggerak merupakan emua gaya yang bekerja untuk memindahkan benda. Bentuknya bisa berupa gaya tarik, gaya dorong, gaya berat dan lainnya. Sedangkan gaya Fpenahan adalah semua gaya yang menghalangi atau menahan benda bergerak. Contohnya gaya gesek dan sebagainya.
- Besar sigma F adalah selisih dari gaya penggerak dan gaya penahan, yang secara matematis dituliskan dalam bentuk: Sigma F = Fpenggerak – Fpenahan
- Pada penyebut terdapat variabel massa. Operasionalnya adalah jumlah massa sistem, atau M1 + M2 + M3 + …
Selanjutnya, kita kembali ke soal nomor 2. Mari kita analisis berdasarkan gambar diagram bebas gaya dalam soal nomor 2.
Perhatikan gambar di bawah ini,
- Gaya yang bekerja untuk menggerakkan benda hanyalah W2 saja. Gaya N1 dan W1 saling meniadakan karena benda M1 tidak bergerak secara vertikal. Kemudian, T1 dan T2 adalah gaya tegangan tali yang masing-masing memiliki pasangan aksi reaksi sehingga resultannya nol. Dengan demikian maka sigma F dalam kasus ini adala W2.
- Untuk penyebutnya, yah sigma M tentulah M1 + M2
Olehnya itu, maka dengan mudahnya kita akan peroleh bahwa percepatan benda baik M1 maupun M2 sama sebesar
dan akan diperoleh,
Baca Juga: Contoh Soal Tegangan Tali
Nomor 6, Contoh soal Hukum Newton 2
Perhatikan gambar di bawah ini!
Dua benda bermassa m1 = 2 kg dan m2 = 3 kg yang dihubungkan dengan tali (tidak kendur) dan di gantungkan pada sebuah katrol seperti pada gambar (g = 10 m/s2). Tentukan:
- Percepatan benda benda m1 dan m2!
- Besar tegangan tali T1, T2 dan T3!
Penyelesaian soal nomor 6:
Untuk menjawab soalan ini, kita kembali gambarkan dulu gaya-gaya yang bekerja pada sistem. Gaya yang bekerja pada sistem diberikan dalam gambar berikut.
Dari soal, kita tuliskan dulu apa yang telah diketahui,
- Massa m1 dan karena W1 = m1g, sehingga W1 = 2 kg. 10 m/s2 = 20 kg.m/s2 = 20 N.
- Massa m2 dan karena W2 = m2g, sehingga W2 = 5 kg. 10 m/s2 = 30 kg.m/s2 = 30 N.
- Karena massa katrol dapat diabaikan maka, kita dapat simpulkan benda akan dipercepat dimana benda m1 dipercepat ke atas dan benda m2 akan dipercepat ke bawah (W2 > W1).
- Karena tali tidak kendor maka percepatan sistem benda m1 dan m2, yakni a1 dan a2 sama besarnya yakni a (percepatan sistem).
Selanjutnya, kita analisis satu persatu.
1. Percepatan benda benda m1 dan m2!
Untuk memperoleh besar percepatan sistem, kita gunakan cara praktis berdasarkan hukum newton 2.
- Sebagaimana diketahui Sigma F adalah selisih antara gaya penggerak dan gaya penahan. Berdasarkan gambar gaya penggerak (Fpenggerak) adalah W2 dan gaya penahana (Fpenahan adalah W1) maka,
Sigma F = W2 -W1 = 30 N – 20 N = 10 N
- Sedangkan untuk penyebunya adalah jumlah massa sistem. Sehingga,
Massa sistem = m1+m2 = 2kg =3kg =5 kg
Dengan demikian maka percepatan sistem adalah,
a = sigma F/massa sistem
a= 10 N/5 kg = 2 N/kg
Kita gunakan satuan N/kg yah, ini untuk memudahkan kita mendefinisikannya secara operasional.
2 N/kg punya maksa bahwa, pada benda bermassa 1 kg bekerja total gaya sebesar 2N.
2. Besar tegangan tali T1, T2 dan T3!
Mencari Besar Tegangan Tali T1
Sekarang kita cari tegangan tali T1, Perhatikan gambar di bawah ini!
Dari gambar dan analisis sebelumnya dapat kita tulis,
- Benda m1 (2kg) bergerak di percepat ke atas, oleh karena T1 lebih besar dari W1.
- Karena percepatan benda m1 adalah 2N/kg, ini berarti pada benda m1 bekerja total gaya (sigma F1) sebesar 4 N (pahamkan makna dari 2 N/kg).
- Karena gaya W1 menarik benda m1 kebawah sementara T1 menarik ke atas, dan hasilnya benda m1 bergerak ke atas, maka jumlah gaya yang bekerja pada m1 adalah selisih antara T1 – W1. Olehnya itu maka besar T1 adalah
T1 – W1 = sigma F
Sehingga,
T1 = W1 + sigma F
T1 = 20N + 4 N = 24 N
Mencari besar T2
Selanjutnya kita cari besar tegangan tali T2, perhatikan gambar diagram bebas gaya berikut ini,
Dari gambar dan analisis kita dapat simpulkan,
- Benda m2 (3 kg) bergerak dipercepat ke bawah, oleh karena W2 lebih besar dari T2.
- Karena percepatan benda m2 adalah 2 N/kg, ini berarti pada benda m2 bekerja total gaya (sigma F2) sebesar 6 N (pahamkan makna dari 2 N/kg).
- Karena gaya W2 menarik benda m2 ke bawah sementara T1 menarik ke atas, dan hasilnya benda m2 bergerak ke bawah, maka jumlah gaya yang bekerja pada m2 adalah selisih antara W2 – T2. Olehnya itu maka besar T2 adalah
W2 – T2 = sigma F
Sehingga,
T2 = W2 – sigma F
T2 = 30N – 6 N = 24 N
Loh kok sama yah T1 dan T2? jawabnya, yah memang harus sama kok. Talinya sama. Teman-teman perlu catat ini. Ini hanya berlaku pada kasus massa katrol dapat dibaikan dan tali tidak melar. Jadi teman-teman jika ketemu soal model begini, cukup cari saja satu ‘T’nya, T1 atau T2, karena besarnya akan sama.
Mencari besar T3
Dan terakhir, kita cari tegangan tali T3, Perhatikan gambar di bawah ini!
Karena katrol diam diposisnya (hanya berotasi), maka berlaku hukum I newton yaitu, jumlah gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Olehnya itu maka,
T3 – (T2 + T1) = 0 –> hukum I newton (benda dalam keadaan diam)
T3 = T2 + T1
dan karena T1 = T2 = 24 N, maka
T3 = 2 T1 = 2 x 20 N = 40 N.
Karena T1 = T2 = 20 N, sehingga akan diperoleh bahwa,
T3 = 2 T1 = 2 x 20 N = 40 N
Sehingga T3 = 40 N.
Bagi teman-teman yang membutuhkan file-file ebook fisika, anda bisa mengunjungi laman ini.
Demikian, nanti dilanjutkan lagi untuk soal bentuk lain.
Terima kasih telah membaca artikel ini, semoga bermanfaat.
Eksplorasi konten lain dari Herman Anis
Berlangganan untuk dapatkan pos terbaru lewat email.
