Percobaan Aturan 2 Newton, Teladan Soal Dan Pembahasan
Hukum I Newton hanya menjelaskan gerak benda dengan resultan gaya sama dengan nol. Bagaimanakah kalau resultan gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol? Untuk mengetahuinya, pelajari bahan berikut ini.
Doronglah sebuah meja yang terletak di lantai datar hingga meja bergerak. Tambahkan besar gaya dorong kalian setiap saat. Bagaimanakah kecepatan meja? Ketika kalian mendorong meja sanggup dikatakan bahwa kalian memberi gaya pada meja yang mengakibatkan meja bergerak. Ketika gaya ditambahkan, meja akan bergerak dengan kecepatan yang berubah setiap saat.
Semakin lama, geraknya semakin cepat yang berarti benda mengalami percepatan. Dari kejadian ini, kita sanggup mengambil kesimpulan bahwa gaya sanggup mengakibatkan percepatan. Bagaimanakah relasi antara gaya dan percepatan? Untuk mengetahuinya, lakukanlah percobaan pada Eksperimen di bawah ini.
Eksperimen: Menyelidiki Hubungan Gaya, Massa dan Percepatan (Hukum II Newton)
A. Dasar Teori
Gaya merupakan penyebab gerak benda. Untuk memindahkan benda yang bermassa besar, kita memerlukan gaya yang besar juga. Jika kita memperlihatkan gaya yang sama pada dua benda yang berbeda massanya, maka benda yang bermassa kecil akan bergerak lebih cepat.
Sementara itu, benda yang bermassa besar akan bergerak lebih lambat. Kecepatan benda yang diberikan gaya selalu berubah setiap saat. Dengan kata lain, benda mengalami percepatan yang sebanding dengan gaya yang diberikan.
B. Tujuan Percobaan
Setelah melaksanakan percobaan ini, kalian diperlukan mampu:
1. Menyatakan relasi antara gaya dan percepatan benda.
2. Menyatakan relasi antara percepatan dan massa benda.
3. Menyatakan relasi antara gaya, massa, dan percepatan benda.
4. Menunjukkan teladan aplikasi Hukum II Newton pada kejadian sehari-hari.
C. Alat dan Bahan
1. Ticker timer.
2. Kertas pita.
3. Tali.
4. Katrol.
5. Balok kayu dengan massa berbeda (6 buah).
6. Gunting.
7. Penggaris.
8. Neraca.
D. Langkah Kerja
1. Mencari relasi gaya dengan percepatan.
a. Ukurlah massa setiap balok kayu dengan neraca. Berilah tanda pada setiap balok dari massa terkecil dengan nomor 1 hingga nomor 6.
b. Susunlah alat menyerupai pada gambar di atas dengan ketentuan massa balok B lebih besar dari massa balok A (mB> mA).
c. Pasanglah balok nomor 1 pada posisi A dan balok nomor 2 pada posisi B. Tahanlah balok B biar tidak jatuh.
d. Hidupkan ticker timer dan lepaskan balok B. Tepat ketika balok B hingga di lantai, matikan ticker timer.
e. Ambillah pita kertas dan potonglah setiap 5 titik. Kemudian, ukurlah panjang setiap pecahan pita.
f. Ulangilah langkah 1.c hingga 1.e, dengan mengganti balok B dengan balok nomor 3, 4, 5, dan 6.
g. Catatlah hasil percobaan pada tabel berikut ini.
Massa balok A (mA = … kg).
mB (kg) | Berat balok B (N) | Panjang pecahan pita (m) |
2. Mencari relasi percepatan dengan massa.
a. Ulangilah langkah 1.c hingga 1.e, dengan mengganti balok A dengan balok nomor 2 dan balok B dengan balok nomor 6.
b. Ulangilah langkah 2.a dengan mengganti balok A dengan balok nomor 3, 4, dan 5.
c. Catatlah hasil percobaan pada tabel berikut ini.
Massa balok B (mB = … kg).
mA (kg) | Panjang pecahan pita (m) |
E. Pembahasan
1. Pada subbab gerak lurus, kalian telah melaksanakan percobaan dengan ticker timer. Menunjukkan apakah titik-titik pada pecahan pita kertas?
2. Buatlah grafik relasi kecepatan (v) dengan waktu (t) menurut data hasil percobaan nomor 1 dan nomor 2.
3. Hitunglah besar percepatan benda menurut grafik relasi kecepatan dan waktu tersebut.
4. Dari hasil percobaan nomor 1, buatlah grafik relasi antara berat balok B dan percepatan.
5. Dari hasil percobaan nomor 2, buatlah grafik relasi antara percepatan dengan massa balok A.
6. Bagaimanakah bentuk grafik relasi percepatan dan gaya?
7. Bagaimanakah bentuk grafik relasi percepatan dan massa benda?
8. Buatlah kesimpulan dari hasil percobaan.
Tuliskanlah hasil laporan kalian dan kumpulkan kepada guru.
Perhatikan sekali lagi hasil praktikum yang telah kalian lakukan. Ketika mencari relasi antara gaya dengan percepatan (percobaan no.1), kalian memakai balok B yang berbeda dan balok A tetap. Dengan kata lain, balok A sebagai variabel tetap, balok B sebagai variabel bebas, dan percepatan sebagai variabel terikat. Pada percobaan tersebut, balok B menarik balok A. Besarnya tarikan atau gaya yang diberikan balok B sama dengan gaya beratnya (w). Jadi,
FA = wB
FA = mBg
Dengan melihat hasil percobaan, kita sanggup mengambil kesimpulan bahwa semakin besar massa balok B, percepatan balok A (dapat dilihat dari jarak titik-titik pada pita kertas) juga semakin besar. Dengan kata lain, percepatan berbanding lurus dengan gaya yang dialami benda.
a ≈ F
Perhatikan hasil percobaan untuk mencari relasi massa dengan percepatan (percobaan no.2). Pada percobaan ini, balok B dibentuk tetap, sehingga gaya yang bekerja pada balok A besarnya tetap. Gaya tetap ini diberikan pada benda dengan massa yang berbeda. Dari hasil percobaan sanggup dilihat, semakin besar massa balok A percepatan geraknya semakin kecil. Ini berarti besar percepatan berbanding terbalik dengan massa benda, atau sanggup dituliskan dalam bentuk,
a ≈ 1/m
Dari dua persamaan di atas, sanggup diambil kesimpulan bahwa percepatan yang dialami benda berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja, dan berbanding terbalik dengan massa benda. Kesimpulan ini dikenal sebagai Hukum II Newton.
Hukum II Newton menyatakan bahwa kalau satu atau lebih gaya bekerja pada benda, maka percepatan yang dihasilkan berbanding lurus dan searah dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda. |
Hukum II Newton sanggup dituliskan dalam bentuk persamaan berikut.
ΣF = ma
Keterangan:
ΣF = resultan gaya (N)
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/s2)
Untuk mengetahui penerapan Hukum II Newton, perhatikan teladan soal dan jawabannya berikut ini.
Contoh Soal:
Sebuah balok bermassa 10 kg ditarik seseorang dengan gaya 90 N ke barat. Satu orang dibelakangnya, menarik balok dengan gaya 110 N ke arah timur. Perhatikan gambar berikut ini.
Jika gaya gesek antara balok dan lantai dianggap nol, berapakah percepatan balok tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 10 kg
F1 = 110 N
F2 = -90 N (tanda – menunjukkan F2 berlawanan arah dengan F1)
Ditanyakan: a = …?
Jawab:
Untuk mencari percepata benda, gunakan persamaan berikut ini.
ΣF = ma
F1 + F2 = ma
110 – 90 = 10a
a = 2 m/s2
Jadi, percepatan yang dialami benda yaitu 2 m/s2 ke arah timur.