Hukum Newton 1, 2, 3 — Penjelasan & Contoh

Hukum Newton 1, 2, dan 3 adalah tiga aturan dasar untuk memahami hubungan antara gaya dan gerak. Jika resultan gaya nol, kecepatan benda tetap konstan. Jika resultan gaya tidak nol, benda mengalami percepatan. Jika dua benda berinteraksi, gaya selalu muncul sebagai pasangan yang sama besar dan berlawanan arah pada dua benda yang berbeda.

Kalau Anda hanya ingin inti paling cepat: gaya tidak dibutuhkan untuk menjaga benda tetap bergerak. Gaya netto dibutuhkan untuk mengubah kecepatan, baik besar maupun arahnya.

Hukum Newton 1: saat resultan gaya nol

Dalam kerangka inersial, jika resultan gaya eksternal pada benda nol, kecepatan benda tetap konstan.

$$\sum \vec{F} = 0 \Rightarrow \vec{v} \text{ konstan}$$

Konstan di sini bisa berarti benda tetap diam, atau bergerak lurus dengan laju tetap. Jadi Hukum Newton 1 tidak hanya berlaku untuk benda diam.

Hukum Newton 2: resultan gaya menentukan percepatan

Untuk massa yang konstan dalam kerangka inersial, percepatan ditentukan oleh resultan gaya.

$$\sum \vec{F} = m\vec{a}$$

Arah percepatan sama dengan arah resultan gaya, bukan selalu arah gerak benda saat itu. Ini penting saat benda sedang melambat, berbelok, atau mendapat beberapa gaya sekaligus.

Hukum Newton 3: gaya selalu datang berpasangan

Jika benda A memberi gaya pada benda B, maka benda B memberi gaya pada benda A dengan besar yang sama dan arah berlawanan.

$$\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}$$

Pasangan gaya ini bekerja pada dua benda yang berbeda. Karena itu, keduanya tidak saling menghapus dalam satu diagram gaya untuk satu benda saja.

Intuisi singkat yang perlu klik

Hukum Newton 1 adalah kasus tanpa perubahan gerak. Jika resultan gaya nol, percepatan nol.

Hukum Newton 2 adalah aturan hitungnya. Begitu ada resultan gaya, kita bisa mencari percepatan dengan membagi gaya netto oleh massa.

Hukum Newton 3 menjelaskan asal interaksi gaya. Saat Anda mendorong dinding, dinding juga mendorong Anda. Saat kaki mendorong tanah ke belakang, tanah mendorong tubuh ke depan.

Contoh hukum Newton pada satu kotak di lantai

Bayangkan sebuah kotak bermassa $2\ \mathrm{kg}$ didorong ke kanan di lantai datar. Gaya dorong tangan adalah $14\ \mathrm{N}$ ke kanan, dan gaya gesek adalah $4\ \mathrm{N}$ ke kiri.

Pada arah horizontal, resultan gayanya:

$$\sum F_x = 14 - 4 = 10\ \mathrm{N}$$

Karena massanya konstan, gunakan Hukum Newton 2:

$$a = \frac{\sum F_x}{m} = \frac{10}{2} = 5\ \mathrm{m/s^2}$$

Jadi kotak mengalami percepatan $5\ \mathrm{m/s^2}$ ke kanan.

Sekarang hubungkan ke hukum lain:

Jika nanti gaya dorong dan gaya gesek menjadi seimbang sehingga $\sum F_x = 0$, Hukum Newton 1 mengatakan kotak akan bergerak dengan kecepatan konstan, selama kerangka acuannya inersial.

Saat tangan mendorong kotak ke kanan, kotak juga mendorong tangan ke kiri dengan besar gaya yang sama. Itu contoh Hukum Newton 3.

Satu situasi fisika sering melibatkan ketiga hukum sekaligus, hanya fokus pertanyaannya yang berbeda.

Kesalahan umum saat belajar Hukum Newton

Mengira benda yang bergerak pasti punya gaya netto searah geraknya. Tidak selalu. Benda bisa tetap bergerak lurus dengan laju tetap saat resultan gaya nol.

Memakai Hukum Newton 2 dengan satu gaya saja, padahal yang dibutuhkan adalah resultan semua gaya yang bekerja pada benda itu.

Menganggap gaya berat dan gaya normal pada sebuah balok adalah pasangan aksi-reaksi. Bukan. Keduanya sama-sama bekerja pada balok yang sama. Pasangan Hukum Newton 3 harus bekerja pada dua benda berbeda.

Menyebut inersia sebagai gaya. Inersia adalah sifat benda untuk menolak perubahan kecepatan, bukan gaya tambahan.

Kapan Hukum Newton dipakai

Hukum Newton dipakai hampir di seluruh mekanika dasar: menganalisis mobil yang berakselerasi, benda di bidang miring, gerak lift, tegangan tali, gaya gesek, hingga gerak proyektil jika hambatan udara diabaikan pada arah tertentu.

Dalam praktik belajar fisika, hukum-hukum ini hampir selalu dipakai bersama diagram gaya. Langkah pentingnya bukan langsung memasukkan angka ke rumus, tetapi memilih bendanya lebih dulu lalu mencatat semua gaya eksternal yang bekerja.

Hukum ketiga juga penting di luar soal kelas. Berjalan, berenang, melompat, dan roket semuanya masuk akal kalau Anda paham bahwa dorongan selalu datang dari interaksi dua arah.

Cara memilih hukum yang tepat

Gunakan Hukum Newton 1 saat Anda ingin memeriksa apakah keadaan benda konsisten dengan resultan gaya nol.

Gunakan Hukum Newton 2 saat Anda perlu menghitung percepatan, resultan gaya, atau massa.

Gunakan Hukum Newton 3 saat Anda perlu mengidentifikasi pasangan gaya interaksi antar dua benda.

Coba situasi serupa sendiri

Coba satu situasi sederhana seperti buku di atas meja, orang mendorong troli, atau penumpang yang terdorong ke depan saat mobil mengerem. Tanyakan tiga hal: apakah resultan gaya nol, jika tidak nol berapa percepatannya, dan pasangan gaya mana yang muncul antar benda. Latihan singkat seperti ini biasanya cukup untuk membuat Hukum Newton terasa jauh lebih jelas.