Percobaan Aturan 3 Newton, Pola Soal Dan Pembahasan
Pernahkah kalian meniup balon dan lalu melepaskannya tanpa mengikat mulutnya? Ketika kalian meniup balok dan melepaskan tanpa mengikat mulutnya, balon tersebut akan melesat terbang. Pada ketika balon melesat, udara di dalam balon keluar dan mendorong udara di luar balon.
Akibat dorongan udara dari dalam balon (gaya aksi), udara di luar balon memperlihatkan dorongan ke balon (gaya reaksi). Dorongan yang diberikan udara di luar balon berlawanan dengan dorongan udara dari dalam balon. Akibat dari dorongan udara di luar balon ini, balon sanggup melesat terbang.
Contoh tersebut merupakan salah satu pola kejadian yang menurut pada Hukum III Newton.
Hukum III Newton mengatakan bahwa kalau suatu gaya diberikan pada suatu benda (aksi), maka benda tersebut akan memperlihatkan gaya yang sama besar dan berlawanan arah dengan gaya yang diberikan (reaksi). |
Hukum III Newton dituliskan sebagai berikut.
Faksi = − Freaksi
Dari pola di atas, manakah yang termasuk gaya agresi (Faksi) dan gaya reaksi (Freaksi)? Jika gaya agresi ialah gaya yang diberikan udara di dalam balon, maka gaya reaksi ialah gaya yang diberikan udara di luar balon kepada balon. Hal yang perlu diperhatikan adalah pasangan aksi-reaksi bekerja pada benda yang berbeda. Perhatikan diagram gaya pada gambar berikut ini.
Dari diagram tersebut, pasangan gaya manakan yang memperlihatkan pasangan aksi-reaksi? Pasangan F1 dan F2 merupakan pasangan aksi-reaksi, alasannya ialah keduanya bekerja pada benda yang berbeda. Sedangkan F3 dan F1 bukan pasangan agresi reaksi, lantaran bekerja pada benda yang sama. Agar kalian lebih gampang memahami Hukum III Newton, lakukanlah praktikum sederhana berikut ini.
Eksperimen: Membuktikan Hukum III Newton
A. Dasar Teori
Berdasarkan Hukum III Newton, kalau kita memperlihatkan gaya pada suatu benda (aksi), maka benda tersebut akan memperlihatkan gaya kepada kita (reaksi). Besarnya gaya yang diberikan benda kepada kita (reaksi) sama dengan besar gaya yang kita berikan (aksi). Namun, arah gaya reaksi berlawanan dengan arah gaya aksi. Jika kita mendorong tembok, maka tembok akan mendorong kita dengan gaya yang sama besar dengan gaya dorong kita. Demikian juga sebaliknya.
Sebuah benda yang tergantung pada tali, memiliki gaya berat yang arahnya ke bawah. Akibat gaya berat ini, tali memperlihatkan gaya yang sama besar dengan gaya berat, tetapi arahnya ke atas. Jika tali ini kita ganti dengan 2 buah neraca pegas, akan tampak kedua neraca pegas menunjuk skala yang sama.
B. Tujuan Percobaan
Setelah melaksanakan percobaan ini, kalian dibutuhkan bisa :
1. Mengetahui prinsip Hukum III Newton.
2. Memberikan pola benda-benda yang bekerja menurut Hukum III Newton.
C. Alat dan Bahan
1. Neraca pegas (2 buah).
2. Beban (0,5 kg, 1 kg, dan 2 kg)
D. Langkah Kerja
1. Aksi-reaksi pada tembok
a. Susunlah kedua neraca pegas ibarat gambar di bawah ini.
b. Tariklah neraca pegas secara perlahan hingga memperlihatkan skala tertentu. Perhatikan skala yang terbaca pada kedua neraca pegas tersebut.
2. Aksi-reaksi pada beban yang tergantung.
a. Susunlah kedua neraca pegas dan beban 0,5 kg ibarat gambar di bawah ini.
b. Bacalah skala yang ditunjukkan kedua neraca pegas tersebut.
c. Ulangilah langkah a dan b dengan mengganti beban yang lain.
E. Pembahasan
1. Pada percobaan nomor 1 dan nomor 2, apakah skala pada kedua neraca pegas memperlihatkan angka yang sama?
2. Dari gambar pada percobaan nomor 1 dan nomor 2, manakah yang memperlihatkan pasangan aksi-reaksi? Jelaskan.
3. Berikan pola benda yang bekerja menurut prinsip Hukum III Newton.
Buatlah laporan hasil percobaan, lalu kumpulkan kepada guru kalian.
Dari percobaan tersebut, kalian telah mengenal prinsip Hukum III Newton. Salah satu pola benda yang bekerja menurut prinsip Hukum III Newton ialah roket. Pada ketika peluncuran, roket menyemburkan gas dengan gaya yang besar ke udara di bawahnya. Akibatnya, gas memperlihatkan reaksi berupa gaya dorong terhadap roket dengan gaya yang sama besar dengan gaya semburan gas.
Dengan adanya gaya dorong inilah roket sanggup meluncur di udara. Bisakah kalian memperlihatkan pola yang lainnya? Nah, untuk mengetahui tingkat pemahaman kalian wacana Hukum III Newton, silahkan kalian simak pola soal dan jawabannya berikut ini.
Contoh Soal:
Sebuah pesawat antariksa diluncurkan dengan memakai roket. Roket ini memiliki tiga tabung gas. Setiap tabung dalam 1 sekon bisa menyemburkan 5 kg gas dengan kecepatan 400 m/s. Jika massa total roket dan pesawat ulang-alik 2 ton, berapakah percepatan roket 1 sekon sehabis peluncuran?
Penyelesaian:
mgas = 5 kg × 3 = 15 kg
vt gas = 400 m/s
v0 gas = 0 m/s (dalam keadaan diam)
t = 1 s
agas | = | vt – v0 | = | 400 – 0 | = | 400 m/s2 |
t | 1 |
mroket + pesawat = 2 ton = 2000 kg
g = 10 m/s2
wroket + pesawat = mg = 2000 × 10 = 20.000 N
Dalam hal ini terdapat tiga gaya yang bekerja pada roket, yaitu gaya agresi semburan gas, gaya reaksi terhadap semburan gas, dan gaya berat ibarat yang diilustrasikan pada gambar berikut ini.
Faksi = mgas × agas
Faksi = 15 kg × 400 m/s2
Faksi = 6000 N
Freaksi = -Faksi
Freaksi = -6000 N
Resultan gaya yang bekerja pada roket adalah:
ΣF = gaya berat + gaya reaksi
ΣF = w + Freaksi
ΣF = 20.000 N + (-6000 N)
ΣF = 14.000 N
Dari aturan II Newton ΣF = ma, maka percepatan roket tersebut adalah:
aroket | = | ΣF | = | 14.000 | = | 7 m/s2 |
m | 2000 |
Jadi, percepatan roket tersebut sehabis 1 detik ialah 7 m/s2.