Hukum Gerak Newton — Hukum Pertama, Kedua, & Ketiga

Hukum gerak Newton menjelaskan tiga gagasan inti dalam mekanika klasik: gerak tetap sama ketika gaya luar resultan bernilai nol, gerak berubah ketika ada gaya luar resultan yang bekerja, dan gaya interaksi selalu muncul dalam pasangan yang sama besar dan berlawanan arah pada benda yang berbeda.

Jika Anda sedang menyelesaikan soal fisika, biasanya ini berarti tiga pertanyaan. Apakah gaya resultannya nol? Jika tidak, berapa gaya resultannya? Dan dua benda mana yang membentuk setiap pasangan interaksi? Setelah itu jelas, sebagian besar soal mekanika dasar menjadi jauh lebih mudah disusun.

Hukum Pertama Newton: Gaya Resultan Nol Berarti Kecepatan Konstan

Hukum pertama Newton menyatakan bahwa sebuah benda tetap diam, atau terus bergerak dengan kecepatan konstan, kecuali ada gaya luar resultan yang bekerja padanya.

Frasa pentingnya adalah gaya luar resultan. Jika semua gaya luar saling menyeimbangkan, kecepatan benda tetap konstan. Kecepatan konstan juga mencakup kasus khusus ketika benda tetap diam.

Hukum ini sering disebut hukum kelembaman. Kelembaman adalah kecenderungan benda untuk menolak perubahan pada geraknya.

Hukum Kedua Newton: Gaya Resultan Menentukan Percepatan

Hukum kedua Newton menyatakan bahwa gaya luar resultan pada sebuah benda sama dengan laju perubahan momentumnya. Untuk banyak soal pengantar, ketika massa tetap konstan, ini menjadi

$$\vec{F}_{net} = m\vec{a}$$

Artinya percepatan arahnya sama dengan arah gaya resultan. Jika gaya resultan yang sama bekerja pada massa yang lebih besar, percepatannya lebih kecil. Jika massa tetap dan gaya resultan bertambah, percepatan bertambah.

Syaratnya penting: bentuk yang familiar $F_{net} = ma$ adalah bentuk untuk massa konstan.

Hukum Ketiga Newton: Gaya Interaksi Muncul Berpasangan

Hukum ketiga Newton menyatakan bahwa jika benda A memberikan gaya pada benda B, maka benda B memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah pada benda A.

Kedua gaya itu bekerja pada benda yang berbeda. Inilah bagian yang paling sering terlewat oleh siswa. Karena bekerja pada benda yang berbeda, gaya-gaya itu tidak saling meniadakan saat Anda menganalisis gerak satu benda saja.

Contoh Soal: Sebuah Kotak Didorong di Atas Lantai

Sebuah kotak bermassa $5\ \mathrm{kg}$ didorong di atas lantai dengan gaya horizontal $20\ \mathrm{N}$ ke kanan. Gaya gesek pada kotak adalah $5\ \mathrm{N}$ ke kiri. Tentukan percepatan kotak dan hubungkan hasilnya dengan ketiga hukum Newton.

Pilih kotak sebagai benda yang dianalisis. Lalu gabungkan gaya-gaya horizontalnya:

$$F_{net} = 20 - 5 = 15\ \mathrm{N}$$

Jadi menurut hukum kedua Newton,

$$a = \frac{F_{net}}{m} = \frac{15}{5} = 3\ \mathrm{m/s^2}$$

Jadi kotak mengalami percepatan ke kanan sebesar $3\ \mathrm{m/s^2}$.

Sekarang tafsirkan hasil itu dengan ketiga hukum:

• Hukum pertama memberi tahu bahwa kotak hanya akan mempertahankan kecepatan konstan jika gaya luar resultannya nol. Di sini tidak nol, jadi geraknya berubah.
• Hukum ketiga memberi tahu bahwa kotak juga mendorong balik orang tersebut dengan gaya $20\ \mathrm{N}$ ke kiri. Gaya reaksi itu bekerja pada orangnya, bukan pada kotak, jadi tidak mengurangi gaya resultan pada kotak.

Inilah pola utama yang perlu diingat. Pertama, cari gaya resultan pada satu benda yang dipilih. Lalu gunakan hukum ketiga secara terpisah untuk mengidentifikasi gaya pasangannya pada benda lain.

Kesalahan Umum pada Hukum Newton

Menganggap gaya resultan nol berarti kecepatan nol

Jika gaya luar resultan nol, percepatannya nol. Itu tidak berarti kecepatannya harus nol. Benda bisa saja bergerak dengan kelajuan konstan pada garis lurus.

Menggunakan satu gaya, bukan gaya resultan

Anda harus menjumlahkan semua gaya luar sebagai vektor terlebih dahulu. Percepatan bergantung pada hasil akhirnya, bukan hanya pada satu gaya yang kebetulan Anda perhatikan.

Memasangkan gaya yang salah dalam hukum ketiga

Berat dan gaya normal sering sama besar dalam situasi sederhana, tetapi keduanya bukan pasangan hukum ketiga karena bekerja pada benda yang sama. Pasangan hukum ketiga yang sebenarnya bekerja pada dua benda yang berbeda.

Melupakan syarat di balik $F_{net} = ma$

Dalam mekanika dasar, bentuk singkat itu biasanya benar karena massa konstan. Dalam kasus yang lebih umum, pernyataan yang lebih mendasar dari hukum kedua membahas momentum.

Kapan Hukum Newton Digunakan

Hukum Newton adalah titik awal untuk diagram benda bebas, gerak kendaraan, benda jatuh, soal gesekan, sistem katrol, dan banyak model tumbukan. Hukum ini juga mendukung banyak pendekatan dalam mekanika orbit ketika mekanika klasik merupakan model yang baik.

Hukum ini bekerja sangat baik untuk banyak persoalan teknik dan fisika sehari-hari. Pada kecepatan yang sangat tinggi, medan gravitasi yang sangat kuat, atau skala atom, diperlukan model yang lebih lanjut.

Cara Cepat Memilih Hukum yang Tepat

Gunakan hukum pertama ketika Anda ingin memeriksa apakah gaya-gaya seimbang dan gerak tetap konstan. Gunakan hukum kedua ketika Anda membutuhkan percepatan dari gaya resultan yang diketahui, atau gaya resultan dari percepatan yang diketahui. Gunakan hukum ketiga ketika dua benda berinteraksi dan Anda perlu mengidentifikasi pasangan gaya dengan benar.

Coba Versi Anda Sendiri

Ubah contoh tadi sehingga gaya geseknya menjadi $20\ \mathrm{N}$, bukan $5\ \mathrm{N}$. Maka gaya resultannya nol, sehingga kotak memiliki percepatan nol dan mempertahankan kecepatan konstan jika sudah bergerak. Jika Anda ingin umpan balik langkah demi langkah setelah mencobanya sendiri, bandingkan susunan Anda pada soal gaya serupa di GPAI Solver.