Dinamika adalah cabang fisika yang mempelajari gerak tanpa mengabaikan penyebabnya (Uratmi dkk, 2013). Pada tahun 1687, seorang ilmuan Inggris bernama Issac Newton menjelaskan tiga hukum tentang gerak yang disebut Hukum Newton. Dalam hukum ini dijelaskan tentang gaya (F) yang menjadi penyebab perubahan gerak suatu benda. Dalam SI (Satuan Internasional), gaya termasuk besaran vektor yang mempunyai satuan Newton (N). Satu Newton sama dengan gaya yang bekerja pada percepatan 1 m/s2 dan pada benda bermassa 1 kg (1 N = 1 kg m/s2).

Hukum I Newton

Menurut Abdullah dalam Fisika Dasar I (2016), Hukum I Newton mendefinisikan besaran yang disebut massa (m).

Hukum I Newton menyatakan benda yang dalam keadaan diam akan tetap diam atau jika benda bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan.

Menurut hukum ini, jika resultan gaya (sigma F) yang bekerja adalah nol, benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan sesuai keadaan awal. Artinya benda yang awalnya diam tidak akan bergerak jika tidak diberi gaya, sedangkan benda yang sedang bergerak akan terus bergerak jika tidak ada gaya yang menghentikannya. Secara matematis Hukum I Newton ditulis sebagai berikut:

Hukum I Newton juga dikenal sebagai hukum kelembaman karena mengungkap sifat kelembaman atau inersia suatu benda yang cenderung mempertahankan keadaannya. Kelembaman dipengaruhi massa benda (m). Semakin besar massa benda maka akan memperbesar kelembaman dan sebaliknya.

Contoh Hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari ialah sebagai berikut:

  1. Ketika naik bus, penumpang yang berdiri karena tidak mendapat tempat duduk akan merasa terdorong ke belakang saat bus melaju. Hal ini karena tubuh ingin mempertahankan keadaan awal yang tetap diam.
  2. Sopir taksi yang melaju kencang akan terdorong ke depan saat mengerem. Hal ini karena tubuh ingin mempertahankan keadaan awal yang terus bergerak. Oleh karena itu, digunakan sabuk pengaman untuk mengurangi efek Hukum I Newton. Dengan begitu, sopir tidak akan terlempar ke depan karena sabuk pengaman menahan badan sopir di kursi kemudi.
  3. Saat kertas yang ada di bawah mangkuk ditarik cepat, maka mangkuk tetap diam. Hal ini karena resultan gaya bernilai nol.

Contoh Soal:

Rozi memasukkan beras dalam kotak A. Kotak itu meluncur dengan kecepatan tetap  sebesar 5 m/s ke kanan. Jika F1 = 20 N dan F2 = 25 N, berapa besar F3?

Penyelesaian: Berdasarkan Hukum I Newton, frasa kecepatan tetap berarti benda sedang bergerak lurus beraturan. Oleh karena itu, resultan gaya (sigma F) pada benda adalah nol.

Hukum II Newton

Hukum II Newton berbunyi percepatan yang dihasilkan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya, searah dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dalam massa benda.

Secara ringkas membahas hubungan antara gaya yang berkerja pada suatu benda dan kecepatan yang muncul dari gaya tersebut. Hukum ini membahas penyebab benda bergerak atau berhenti (Abdullah, 2016). Secara matematis ditulis sebagai berikut:

Hukum II Newton dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut:

  1. Truk yang membawa pasir dengan massa yang besar akan mempunyai nilai percepatan yang kecil.
  2. Ketika Rozi menarik jala dengan kuat, maka jala tersebut akan semakin cepat bergerak.
  3. Seekor sapi yang mendorong anak kelinci dapat membuat anak kelinci tersebut terpental.

Dalam Hukum II Newton dipelajari terkait jenis-jenis gaya yaitu gaya berat (w), gaya normal (N), dan gaya gesek (f).

a. Gaya Berat (w)

Massa benda berbeda dengan gaya berat atau berat benda. Gaya berat (w) adalah hasil kali massa benda dengan percepatan gravitasi (g). Percepatan gravitasi adalah percepatan yang timbul dari gaya tarik bumi. Hubungan gaya berat dan massa benda berdasarkan Hukum II Newton adalah sebagai berikut:

w    =   m g

b. Gaya Normal (N)

Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada bidang sentuh antara dua permukaan yang bersentuhan, yang arahnya tegak lurus dari bidang sentuh (Kanginan, 2006). Gaya normal ada untuk mengimbangi gaya berat. Secara matematis gaya normal ditulis sebagai berikut:

N    =   w

N    =   m g

c. Gaya Gesek (fg)

Gaya gesek (fg) adalah gaya yang menghambat gerak benda yang terjadi saat dua benda bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan dengan arah gerak benda. Secara matematis gaya normal ditulis sebagai berikut:

Koefisien gesek dibedakan menjadi koefisien gesek statis (gesek indeks s) dan koefisien gesek kinetis (gesek indeks k). Koefisien gesek statis adalah koefisien gesek saat benda dalam keadaan diam, sedangkan koefisien gesek kinetis terjadi ketika benda telah bergerak. Nilai koefisien gesek statis lebih besar dari koefisien gesek dinamis.

Gaya gesek dapat menguntungkan dan merugikan. Gaya gesek yang menguntungkan misalnya gaya gesek udara yang memperlambat laju penerjun, rem kendaraan yang memakai prinsip gesek, dan gesekan antara lantai dan permukaan alas kaki sehingga manusia dapat berjalan. Sedangkan gaya gesek yang merugikan antara lain gaya gesek yang membuat mesin kendaraan menjadi panas sehingga perlu pelumas, pengaspalan untuk mengurangi gesekan ban kendaraan dengan permukaan jalan, dan bentuk mobil yang aerodinamis untuk mengurangi gesekan anatra body mobil dan angin.

Contoh Soal:

Truk bermassa 2000 kg mempunyai mesin yang mampu menciptakan gaya 6000 N. Ketika melaju di jalan, hambatan total antara angin dan jalan adalah 600 N. Berapa percepatan truk tersebut?

Hukum III Newton

Hukum III Newton menerangkan gaya terjadi pada minimal dua benda yang berinteraksi, antara gaya aksi dan gaya reaksi.

Hukum ini berbunyi bahwa jika benda pertama mengerjakan gaya pada benda kedua, benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.

Persamaan Hukum III Newton sebagai berikut:

Freaksi         =          − Faksi

Penerapan Hukum III Newton dalam kehidupan sehari-hari di antaranya:

  1. Ketika Rozi menekan ujung pensil dengan telunjuk, dia merasakan ujung pensil menekan telunjuknya. Semakin kuat Rozi menekan ujung pensil, maka semakin kuat ujung pensil menekannya hingga terasa sakit.
  2. Seseorang yang memakai sepatu roda mendorong tembok, maka tembok akan mendorongnya dengan gaya yang berlawanan arah hingga orang itu terdorong mundur.
  3. Ketika mendayung, perahu akan melaju ke depan karena terjadi gaya aksi pada dayung dan gaya reaksi pada perahu.
  4. Gaya tarik menarik antara bulan dan bumi.

Referensi:

Abdullah, Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar I. Bandung: Institut Teknologi Bandung.

Kanginan, Marthen. 2006. Fisika I untuk SMA Kelas X. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Uratmi, Hanum dkk. 2014. Buku Pintar Belajar Fisika untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Sargufindo Kinarnya.