Hukum Newton

Hukum I Newton menyatakan bahwa setiap benda yang sedang diam akan tetap diam atau setiap benda yang bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan jika gaya total alias resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol. Pernyataan matematis dari hukum I Newton :
Perhatikan sebuah benda di sekitar anda, misalnya meja atau batu atau benda lainnya. Meja yang sedang diam akan tetap diam seperti itu jika tidak digerakan atau diberi gaya luar seperti gaya dorong atau gaya tarik. Demikian juga dengan benda lainnya yang sedang diam. Apakah tidak ada gaya yang bekerja pada meja atau batu atau benda lainnya yang sedang diam ? Ada gaya yang bekerja pada benda tersebut, tetapi jumlah semua gaya yang bekerja pada benda tersebut atau resultan gaya sama dengan nol. Gaya yang bekerja pada benda yang sedang diam adalah gaya berat dan gaya normal. Arah gaya berat adalah tegak lurus ke bawah menuju pusat bumi, arah gaya normal tegak lurus ke atas. Besar kedua gaya ini sama tetapi berlawanan arah karenanya resultan gaya sama dengan nol.

Bagaimana dengan benda yang sedang bergerak lurus beraturan ? Untuk memperjelas persoalan ini, andaikan anda mendorong sebuah benda, misalnya sekeping logam, di atas permukaan lantai. Setelah didorong, keping logam melambat lalu berhenti karena adanya gaya gesek. Agar keping logam bergerak lebih jauh atau bergerak lebih lama maka anda harus melicinkan permukaan lantai dan permukaan keping logam. Semakin licin permukaan lantai dan permukaan keping logam, keping logam bergerak semakin jauh. Andaikan permukaan lantai licin sempurna dan tidak ada gesekan maka keping logam akan terus bergerak dan tidak berhenti. Apakah tidak ada gaya yang bekerja pada keping logam yang bergerak di atas permukaan lantai licin sempurna ? Ada gaya yang bekerja pada keping logam, yakni gaya berat dan gaya normal. Kedua gaya ini bekerja pada arah vertikal dan tidak mempengaruhi gerakan keping logam pada arah horisontal.

Hukum II Newton menyatakan bahwa jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda tidak sama dengan nol maka benda akan mengalami percepatan. Besar percepatan sebanding dengan besar gaya total dan berbanding terbalik dengan massa benda. Arah percepatan sama dengan arah gaya total.
Jika besar percepatan sama dengan nol maka persamaan hukum II Newton berubah menjadi persamaan hukum I Newton. Jadi hukum I Newton merupakan kasus khusus dari hukum II Newton.
Berdasarkan persamaan di atas disimpulkan bahwa semakin besar gaya, semakin besar percepatan. Sebaliknya semakin besar massa, semakin kecil percepatan. Hubungan antara gaya, massa dan percepatan lebih dipahami setelah anda melakukan percobaan berkaitan dengan hal ini. Salah satu percobaan yang dapat dilakukan adalah percobaan mempercepat kereta dinamika di atas rel menggunakan beban bermassa yang jatuh bebas. Gunakan ticker timer untuk mengetahui besar percepatan kereta.

Contoh soal.
1. Tentukan besar dan arah percepatan benda berdasarkan gambar di bawah!
Pembahasan
Diketahui :
Massa (m) = 1 kg
Gaya tarik (F) = 4 Newton
Ditanya : besar dan arah percepatan (a)
Jawab :
Besar percepatan = 4 m/s², arah percepatan = arah resultan gaya = ke kanan.
2. Tentukan besar dan arah percepatan benda berdasarkan gambar di bawah!
Pembahasan
Diketahui :
Massa (m) = 1 kg
Gaya tarik (F) = 4 Newton
Gaya gesek kinetis (f_k) = 1 Newton
Ditanya : besar dan arah percepatan (a)
Jawab :
Besar percepatan = 3 m/s², arah percepatan = arah resultan gaya = ke kanan.

Hukum III Newton menyatakan bahwa jika benda 1 memberikan gaya pada benda 2 maka pada saat yang sama benda 2 memberikan gaya pada benda 1. Besar kedua gaya sama tetapi arah kedua gaya berlawanan. Salah satu gaya disebut aksi, gaya lainnya disebut reaksi.
Tanda negatif menjelaskan arah gaya. F aksi bertanda positif, sedangkan F reaksi bertanda negatif. Hal ini menunjukkan bahwa gaya aksi dan gaya reaksi berlawanan arah.
Lakukan percobaan agar anda lebih memahami hukum III Newton. Jika anda mempunyai papan luncur, doronglah tembok sambil berdiri di atas papan luncur. Setelah anda mendorong tembok, papan luncur bergerak mundur menjauhi tembok. Arah dorongan anda ke depan, arah gerakan papan luncur ke belakang. Hal ini menunjukan bahwa tembok juga mendorong anda. Ketika anda mendorong tembok, pada saat yang sama tembok juga mendorong anda. Gaya dorong anda bekerja pada tembok, sedangkan gaya dorong tembok bekerja pada anda. Besar kedua gaya sama tetapi berlawanan arah. Anda dapat menyebut salah satu gaya sebagai aksi dan gaya lain sebagai reaksi.
Percobaan lain yang dapat dilakukan adalah meniup sebuah balon karet lalu setelah balon karet mengembang karena terisi udara, lepaskan balon. Setelah dilepaskan, balon tersebut “terbang”. Arah gerakan balon berlawanan dengan arah keluarnya udara dari balon. Bagaimana menjelaskan hal ini ? Ketika mulut balon terbuka, balon mendorong udara keluar dan pada saat yang sama, udara juga mendorong balon. Gaya dorong udara menyebabkan balon terbang. Gaya dorong udara bekerja pada balok dan gaya dorong balon bekerja pada udara. Kedua gaya mempunyai besar sama tetapi berlawanan arah.
Perhatikan gambar balok yang sedang diam di atas permukaan lantai. Gaya normal yang bekerja pada balok (N) adalah gaya normal yang diberikan oleh permukaan lantai pada balok. Pada saat yang sama, balok juga memberikan gaya normal pada permukaan lantai (N’). Kedua gaya normal ini (N dan N’) mempunyai besar yang sama tetapi berlawanan arah dan kedua gaya ini juga bekerja pada benda yang berbeda. Berbeda dengan N dan w yang bekerja pada benda yang sama, yakni bekerja pada balok. Jadi N dan N’ merupakan gaya aksi reaksi.