Memahami penomena benda bergerak dan Hukum Newton

1. MEKANIKA KLASIK
Dr. Nursama Heru Apriantoro, M.Si
1. Pengantar
Menurut saudara, mungkinkah benda yang semula diam tiba-tiba bergerak tanpa adanya
perlakukan dari benda tersebut ? Benda tersebut akan bergerak jika didorong, ditarik, dsb.
Perlakuan khusus yang menyebabkan benda tersebut bergerak dalam ilmu fisika di sebut gaya.
Ilmu yang mempelajari gerak dan penyebab dari benda tersebut bergerak dinamakan dinamika
gerak. Ilmuwan yang berjasa dalam kajian fisika tentang dinamika gerak adalah Sir Isaac
Newton. Beliau telah mengkaji hubungan antara gerak benda serta gaya yang mempengaruhi
gerak benda tersebut, dikenal sebagai Hukum Newton.
Sebelum lebih jauh mengenal Hukum Newton, maka terlebih dahulu kita memahami konsep
berat dan massa, serta gerak dan gaya.
2. Berat dan Massa
Berat dan Massa adalah dua istilah yang sangat berbeda dalam ilmu fisika, berat merupakan
besaran vektor dipengaruhi oleh besar dan arah sedangkan massa adalah skalar. Dalam ruang
tanpa gravitasi berat benda adalah nol, sedang massa benda tetap tidak berubah. Berat benda
akan berbeda tergantung pada kedudukannya, sedangkan untuk massa benda selalu tetap.
Hubungan kuantitatif antara berat, w dan massa benda, m diberikan dalam Persamaan 1
w = mg. (1)
Karena kecepatan gravitasi, g berbeda dari satu titik ke titik lain di bumi, maka berat benda yang
bermassa m akan berbeda juga untuk tempat yang berbeda.
3. Gaya dan Gerak
Gaya adalah tarikan atau dorongan pada suatu benda dan merupakan besaran vector. Gaya
merupakan suatu alat/teknik yang menghubungkan lingkungan dengan gerak benda. Gaya yang
muncul baik dalam hukum gerak (bagaimana percepatan benda yang mengalami gaya tertentu),
maupun pada hukum gaya (bagaimana menghitung gaya yang akan bekerja pada suatu benda di
lingkungan tertentu), akan membentuk hukum-hukum Mekanika.
Gaya-gaya yang mungkin ada berkaitan dengan gerak benda :
a. Gaya luar, F, aktivitas yang menghubungkan lingkungan dengan gerak benda.
b. Gaya berat, W adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda yang bemassa,
dinyatakan dalam persamaan (1)
c. Gaya tali, T adalah gaya yang bekerja melalui tali, kabel atau kawat akibat suatu benda
ditarik, atau digantung.
d. Gaya normal, N adalah gaya reaksi dari gaya berat yang dikerjakan benda terhadap bidang
letaknya, gaya normal selalu tegak lurus bidang letak benda

2. e. Gaya gesek, f adalah gaya yang terjadi antara 2 permukaan yang bergerak relative saling
berlawanan dengan arah geraknya. Gaya gesekan antara dua permukaan yang saling diam
satu sama lain disebut gaya gesekan static fs, Gaya yang bekerja antara dua permukaan yang
saling bergerak relatif disebut gaya gesekan kinetic fk.
fs = s N (2)
fk = k N (3)
μs adalah koefisien gesekan statik, μk adalah koefisien gesekan kinetik dan N gaya normal.
Satuan Gaya
Satuan untuk gaya adalah kg.m.s-2 dinyatakan dengan newton (N),
1 N = 105 dyne;
1 N = 0.225 lb
4. Hukum I Newton
Ketika saudara sedang berada pada kendaraan yang semula diam kemudian bergerak, apa yang
sau`dara rasakan ? Saudara akan merasakan badan terdorong ke belakang. Hal ini terjadi karena
badan saudara ingin mempertahankan kedudukan semula, yaitu ingin tetap diam. Selanjutnya,
apa yang akan terjadi jika kendaraan yang semula berada dalam keadaan bergerak secara tiba-
tiba direm?
Setiap benda pada prinsipnya bersifat lembam, artinya cenderung untuk mempertahankan
keadaan semula. Sebuah benda dalam keadaan diam, memiliki kecenderungan untuk tetap diam,
sedangkan jika benda bergerak cenderung untuk tetap bergerak. Sifat benda yang cenderung
mempertahankan kedudukannya semula inilah yang disebut dengan sifat kelembaman atau
inersia. Sifat kelembaman benda yang cenderung mempertahankan kedudukannya semula ini
dirumuskan oleh Newton dalam sebuah hukum yang disebut dengan Hukum I Newton, berikut :
”Setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diam, atau akan bergerak terus beraturan
kecuali jika ia dipaksa untuk mengubah keadaan itu oleh gaya-gaya yang berpengaruh
padanya”. Secara sederhana Hukum I Newton menyetakan bahwa resultan dari gaya-gaya yang
bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda tersebut akan tetap diam atau bergerak lurus
beraturan.
Secara Matematis Hukum I Newton dapat ditulis :
∑ 𝐹 = 0 (4)

3. 5. Hukum II Newton
Jika sebuah benda dalam keadaan diam diberikan gaya F, dengan F lebih besar dari gaya
gesekan statik benda, maka benda akan bergerak. Adanya gerakan benda ini mengindikasikan
bahwa benda mengalami percepatan sebesar a. Hukum II Newton menyatakan bahwa
percepatan yang timbul pada sebuah benda karena pengaruh gaya yang bekerja pada benda,
besarnya berbanding lurus dengan gaya yang mempengaruhi benda (F) dan berbanding terbalik
dengan massa benda (m).
Secara matematis, Hukum II Newton dinyatakan dengan persamaan 2
∑ 𝐹 = 𝑚 . 𝑎 (5)
dengan F = gaya yang bekerja pada benda (N)
m = massa benda yang dikenai gaya (kg)
a = percepatan yang timbul pada benda ( m/s2)
6. Hukum III Newton
Berdirilah di dekat sebuah dinding dengan menggunakan sepatu roda, kemudian dorong dinding
tersebut dengan tangan. Apakah yang akan terjadi? Anda akan merasakan dinding memberikan
dorongan yang berlawanan arah dengan dorongan yang anda berikan ke dinding. Dorongan oleh
dinding inilah yang menyebabkan anda bergerak ke belakang. Adapun pasangan gaya dorong
yang anda berikan ke dinding dengan gaya dorong dinding disebut sebagai pasangan gaya aksi-
reaksi. Gaya aksi-reaksi dinyatakan dalam Hukum III Newton sebagai berikut :”Untuk setiap
aksi selalu terdapat reaksi yang sama besar dan berlawanan arah; atau aksi timbal balik satu
terhadap yang lain antara dua benda sama besar dan berarah ke bagian yang berlawanan”
Secara matematis, Hukum III Newton dinyatakan dengan persamaan
Faksi = Freaksi (6)
Semakin besar gaya aksi yang anda berikan pada dinding, semakin besar pula gaya aksi yang
diberikan dinding tersebut pada anda. Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam
membahas pengertian gaya aksi-reaksi. Adapun hal-hal yang dimaksud antara lain:
1) Gaya aksi-reaksi bekerja pada dua buah benda yang berbeda
2) Gaya aksi-reaksi memiliki besar yang sama, tetapi arahnya berlawanan.
3) Gaya aksi-reaksi timbul secara berpasangan (tidak ada gaya aksi tanpa gaya reaksi, begitu
pula sebaliknya).
7. Penerapan Hukum Newton untuk Manganalisis Beban
Dalam bidang kesehatan penerapan hukum newton banyak diaplikasikan dalam pemberian beban
misalnya pada traksi patah tulang, atau pada peregangan otot dsb. Di bawah ini merupakan
contoh-contoh aplikasi daripada hukum newton.

4. 1) Dari gambar di samping maka dapat ditentukan
gaya-gaya yang bekerja sebagai berikut :
Komponen terhadap sb x :
∑ 𝐹𝑥 = 𝑚 𝑎
F + W sin  - fk = m a
Komponen terhadap sb y :
∑ 𝐹𝑦 = 0
N - W cos  = 0
2) Tentukan T1 dan T2 pada gambar di samping
jika lampu merah 15 kg diikat sedemikian rupa !
Sudut  dan , masing-masing 30o dan 45o
Penyelesaian :
Fx = 0, maka T1 cos 30o = T2 cos 45o
T1 = cos 45o / cos 30o T2
Fy = 0, maka T1 sin 30o + T2 sin 45o – W = 0
T1 sin 30o + T2 sin 45o = m.g= (15 kg)(9.8 m/dt2)
Dari ke dua persamaan didapat T1 = 108 N dan T2 = 132 N
3) Dilakukan traksi dengan mengikatkan pedis dan cruris sedemikian rupa (Gbr di bawah). Jika
beban yang diberikan pada tali 2.2 kg, tentukan gaya yang terjadi pada cruris dan pedis F
akibat efek penarikan beban ! Berat kaki diabaikan.
Penyelesaian :

5. Fx = 0, maka T1 cos 35o + T2 cos 35o – F = 0
Fy = 0, maka T1 sin 35o - T2 sin 35o = 0
T1 = T2
F = 2T cos 35o = 2 mg cos 35 = 2 (2.2 kg) (9.8 m/dt2) cos 35o = 35 N
DAFTAR PUSTAKA
1. Gabriel, J.F. (2002). Fisika Kedokteran. Jakarta: EGC
2. Halliaday dan Resnick (1997). Fisika Jilid I. Jakarta : Erlangga
3. Marion, J.B dan Hornyak, W.F (1985) General Physics with Bioscience Essays, 2nd Ed.
NY : John Wiley & Sons.
KERJAKAN SOAL BERIKUT !
1) Jelaskan ketika seseorang mengendarai mobel tiba-tiba di rem mendadak !
2)
Dari gambar di samping :
Tentukan percepatan dan tegangan tali T jika sebuah
gaya 4 N menarik benda yang mempunyai masa m1
dan m2 masing-masing 400 g dan 200 g dengan sudut
37o dan koefisien gesekannya 0.2.
3)
Otot kaki bagian atas (paha depan) memberikan gaya 1250
N, yang dibawa oleh tendon atas tempurung lutut (patella)
dengan sudut yang ditunjukkan pada Gambar di samping.
Tentukan arah dan besarnya resultan gaya yang diberikan
oleh patella terhadap otot pada kaki tersebut !.
4)
Gambar di samping memperlihat
seseorang dengan massa 76 kg,
bergelantungan pada tali sehingga
membentuk sudut 15o dan 10o seperti
pada gambar. Tentukan masing-
masing tegangan tali T1 dan T2

6. 5) Jelaskan gambar di bawah ini berdasarkan konsep Hukum Newton !
6) Dilakukan Traksi Russell sebagaimana ditunjukan gambar di bawah. Tentukan besarnya gaya
pada os femur akibat beban 5kg yang diberikan serta sudut yang dibentuk paha (thigh)