HermanAnis.com. Teman-teman semua pada Seri Fisika Dasar kali ini kita akan membahas satu topik dalam Hukum Newton yakni contoh soal hukum Newton 1.
Contoh soal terkait:
Sebelum kita membahas tentang Contoh Soal Hukum Newton 1, kita ingat-ingat dulu apasih itu hukum Newton 1?
A. 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).
B. Contoh soal Hukum Newton 1
1. Nomor 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 Contoh Soal Hukum Newton 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’.
2. Nomor 2
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 Contoh Soal Hukum Newton 1
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.
3. Nomor 3
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 Contoh Soal Hukum Newton 1
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, nanti lanjutkan nanti untuk benda yang terletak pada bidang miring.