Hukum Newton Pada Gerak Benda Di Bidang Datar Kasar
Pernahkah kalian menggelindingkan bola di lapangan rumput? Jika pernah, coba kalian amati gerak bola tersebut. Bola mula-mula bergerak mendatar dan sehabis menempuh jarak tertentu, bola tersebut niscaya berhenti. Kenapa bola sanggup berhenti? Tentunya sebab imbas gaya gesek yang arahnya berlawanan dengan arah gerak bola. Peristiwa menggelindingnya bola di lapangan rumput tersebut merupakan salah satu tumpuan penerapan Hukum Newton pada gerak benda di bidang datar kasar.
Pada kesempatan kali ini, penulis akan membahas aplikasi Hukum Newton pada gerak benda di bidang datar garang dalam tiga kondisi atau keadaan yang berbeda. Tiga kondisi tersebut antara lain: benda yang didorong atau ditarik dengan gaya mendatar, benda yang ditarik dengan gaya miring ke atas dan benda yang didorong dengan gaya miring ke bawah.
Untuk menuntaskan permasalah yang bekerjasama dengan gerak benda pada bidang datar memakai Hukum Newton, ada beberapa catatan yang perlu kalian perhatikan, yaitu: •Pertama, gambarlah diagram secara terpisah yang menggambarkan semua gaya yang bekerja pada benda (gambar diagram bebas). •Kedua, gaya yang searah dengan perpindahan benda dianggap positif, sedangkan gaya yang berlawanan arah dengan perpindahan benda dianggap negatif. |
#1 Benda Didorong atau Ditarik dengan Gaya Mendatar
Sebuah benda terletak pada bidang datar garang didorong atau ditarik dengan gaya sebesar F diperlihatkan pada gambar di atas. Ketika kita mendorong atau menarik suatu benda secara horizontal ke kanan misalnya, mempunyai konsep gerak yang sama dimana gaya F yang dialami benda yaitu sama-sama ke kanan sehingga persamaa gerak yang dihasilkan akan sama.
Karena bidang kasar, maka ada dua kemungkinan yang dialami benda, yaitu benda membisu dan benda bergerak horisontal (sejajar bidang). Pada gambar di atas, arah gaya tarik atau gaya dorong yaitu ke kanan sehingga apabila benda bergerak maka arahnya juga ke kanan. Dengan demikian arah perpindahan benda juga ke kanan. Oleh sebab itu gaya yang arahnya ke kanan bernilai konkret dan yang ke kiri bernilai negatif.
Benda Diam
Apabila benda sehabis diberi gaya F mendatar pada bidang kasar, keadaan benda tetap membisu maka gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis adalah μs maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y
ΣFY = ma
N – w = ma
karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga
N – w = 0
N = w
Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan berat benda, sehingga persamaannya sanggup kita tuliskan sebagai berikut.
N = w = mg |
Resultan gaya pada sumbu-X
ΣFX = ma
F – fs = ma
F – μsN = ma
Karena N = mg, maka besar gaya geseknya adalah f = fs = μsmg sehingga
F – μsmg = ma
Karena benda diam, maka a = 0
F – μsmg = 0
F = μsmg
Dengan demikian, persamaan gerak benda yang ditarik atau didorong dengan gaya F mendatar pada bidang datar garang namun benda tetap membisu yaitu sebagai berikut.
F = μsmg |
Benda Bergerak Horizontal atau Sejajar Bidang
Apabila sehabis diberi gaya tarik atau gaya dorong F benda bergerak, maka benda mengalami percepatan (a ≠ 0) dan gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yaitu μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y
ΣFY = ma
N – w = ma
karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga
N – w = 0
N = w
Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan gaya berat benda (benda membisu atau bergerak tidak mempengaruhi gaya normal), sehingga persamaannya sanggup kita tuliskan sebagai berikut.
N = w = mg |
Resultan gaya pada sumbu-X
ΣFX = ma
F – fk = ma
F – μkN = ma
Karena N = mg maka besar gaya geseknya adalah f = fk = μkmg sehingga
F – μkmg = ma
F = ma + μkmg
F = m (a + μkg)
Dengan demikian, persamaan gerak benda yang ditarik atau didorong dengan gaya F mendatar pada bidang datar garang dan benda bergerak yaitu sebagai berikut.
F = m (a + μkg) |
Keterangan: | ||
N | = | Gaya normal (N) |
w | = | Gaya berat (N) |
F | = | Gaya tarik atau dorong (N) |
f | = | Gaya gesek (N) |
μs | = | Koefisien gesek statis |
μk | = | Koefisien gesek kinetis |
m | = | Massa benda (kg) |
a | = | Percepatan benda (m/s2) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
#2 Benda Ditarik dengan Gaya Miring ke Atas
Suatu benda yang terletak pada bidang datar garang ditarik dengan gaya miring ke atas ditampilan pada gambar di atas. Karena vektor F membentuk sudut sebesar α terhadap arah mendatar, maka F sanggup diproyeksikan terhadap sumbu-X dan sumbu-Y sehingga dihasilkan gaya F cos α yang arahnya ke kanan dan gaya F sin α yang arahnya ke atas.
Pada kondisi ini ada tiga kemungkinan gerak benda yaitu benda diam, benda bergerak horizontal atau benda mengalami gerak vertikal ke atas. Namun kita hanya akan membahas dua kemungkinan saja, yaitu kemungkinan benda membisu dan bergerak horizontal, sebab dua kemungkinan inilah yang sering muncul dalam soal fisika khususnya dinamika.
Pada kondisi ini ada tiga kemungkinan gerak benda yaitu benda diam, benda bergerak horizontal atau benda mengalami gerak vertikal ke atas. Namun kita hanya akan membahas dua kemungkinan saja, yaitu kemungkinan benda membisu dan bergerak horizontal, sebab dua kemungkinan inilah yang sering muncul dalam soal fisika khususnya dinamika.
Benda Diam
Pada benda yang membisu di atas bidang datar kasar, selalu bekerja gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis adalah μs maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y
ΣFY = ma
N + F sin α – w = ma
karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga
N + F sin α – w = 0
N = w – F sin α
N = mg – F sin α
Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan berat benda dikurang proyeksi gaya F pada sumbu-Y, sehingga persamaannya sanggup kita tuliskan sebagai berikut.
N = mg – F sin α |
Resultan gaya pada sumbu-X
ΣFX = ma
F cos α – fs = ma
F cos α – μsN = ma
Karena N = mg – F sin α, maka besar gaya geseknya adalah f = fs = μs(mg – F sin α) sehingga
F – μs(mg – F sin α) = ma
Karena benda diam, maka a = 0
F – μs(mg – F sin α) = 0
F = μs(mg – F sin α)
Dengan demikian, persamaan gerak benda yang ditarik dengan gaya F miring ke atas pada bidang datar garang namun benda tetap membisu yaitu sebagai berikut.
F = μs(mg – F sin α) |
Benda Bergerak Horizontal atau Sejajar Bidang
Gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak pada bidang datar garang yaitu gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yaitu μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y
Resultan gaya pada sumbu-Y untuk benda yang bergerak horisontal yaitu sama dengan resultan gaya pada sumbu-Y untuk benda membisu pada kondisi benda yang ditarik miring ke atas, sehingga persamaan gaya normalnya yaitu sebagai berikut.
N = mg – F sin α
Resultan gaya pada sumbu-X
ΣFX = ma
F cos α – fk = ma
F cos α – μkN = ma
Karena N = mg – F sin α, maka besar gaya geseknya adalah f = fk = μk(mg – F sin α) sehingga
F – μk(mg – F sin α) = ma
F – μkmg + μkF sin α = ma
F – ma = μkmg – μkF sin α
F – ma = μk (mg – F sin α)
Dengan demikian, persamaan gerak benda yang ditarik dengan gaya F miring ke atas pada bidang datar garang dan benda bergerak yaitu sebagai berikut.
F – ma = μk (mg – F sin α) |
Keterangan: | ||
N | = | Gaya normal (N) |
w | = | Gaya berat (N) |
F | = | Gaya tarik (N) |
f | = | Gaya gesek (N) |
μs | = | Koefisien gesek statis |
μk | = | Koefisien gesek kinetis |
α | = | Sudut kemiringan gaya tarik terhadap bidang horizontal |
m | = | Massa benda (kg) |
a | = | Percepatan benda (m/s2) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
#3 Benda DiDorong dengan Gaya Miring ke Bawah
Sebuah benda berada di atas bidang datar garang didorong miring ke bawah ditunjukkan pada gambar di atas. Karena miring, vektor gaya F membentuk sudut sebesar α terhadap arah horizontal maka dengan memakai metode penguraian vektor kita dapatkan vektor F sin α (hasil proyeksi F terhadap sumbu-Y) dan vektor F cos α (hasil proyeksi F terhadap sumbu-X).
Jika kita analisis garis-garis gaya yang bekerja pada benda, maka terdapat tiga kemungkinan gerak benda. Tiga kemungkinan tersebut yaitu benda diam, bergerak horizontal (sejajar bidang) atau benda mengalami gerak vertikal ke bawah. Namun kemungkinan benda bergerak vertikal ke bawah itu sangat kecil sekali atau sangat jarang terjadi sehingga kita hanya akan membahas dua kemungkinan saja yaitu benda membisu dan bergerak mendatar.
Benda Diam
Pada benda yang membisu di atas bidang datar kasar, selalu bekerja gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis adalah μs maka persamaan Hukum Newton pada keadaan ini yaitu sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y
ΣFY = ma
N – F sin α – w = ma
karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga
N – F sin α – w = 0
N = w + F sin α
N = mg + F sin α
Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan berat benda ditambah proyeksi gaya F pada sumbu-Y, sehingga persamaannya sanggup kita tuliskan sebagai berikut.
N = mg + F sin α |
Resultan gaya pada sumbu-X
ΣFX = ma
F cos α – fs = ma
F cos α – μsN = ma
Karena N = mg + F sin α, maka besar gaya geseknya adalah f = fs = μs(mg + F sin α) sehingga
F – μs(mg + F sin α) = ma
Karena benda diam, maka a = 0
F – μs(mg + F sin α) = 0
F = μs(mg + F sin α)
Dengan demikian, persamaan gerak benda yang didorong dengan gaya F miring ke bawah pada bidang datar garang namun benda tetap membisu yaitu sebagai berikut.
F = μs(mg + F sin α) |
Benda Bergerak Horizontal atau Sejajar Bidang
Gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak pada bidang datar garang yaitu gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yaitu μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y
Resultan gaya pada sumbu-Y untuk benda yang bergerak horisontal yaitu sama dengan resultan gaya pada sumbu-Y untuk benda membisu pada kondisi benda yang didorong miring ke bawah, sehingga persamaan gaya normalnya yaitu sebagai berikut.
N = mg + F sin α
Resultan gaya pada sumbu-X
ΣFX = ma
F cos α – fk = ma
F cos α – μkN = ma
Karena N = mg + F sin α, maka besar gaya geseknya adalah f = fk = μk(mg + F sin α) sehingga
F – μk(mg + F sin α) = ma
F – μkmg – μkF sin α = ma
F – ma = μkmg + μkF sin α
F – ma = μk (mg + F sin α)
Dengan demikian, persamaan gerak benda yang didorong dengan gaya F miring ke bawah pada bidang datar garang dan benda bergerak yaitu sebagai berikut.
F – ma = μk (mg + F sin α) |
Keterangan: | ||
N | = | Gaya normal (N) |
w | = | Gaya berat (N) |
F | = | Gaya dorong (N) |
f | = | Gaya gesek (N) |
μs | = | Koefisien gesek statis |
μk | = | Koefisien gesek kinetis |
α | = | Sudut kemiringan gaya tarik terhadap bidang horizontal |
m | = | Massa benda (kg) |
a | = | Percepatan benda (m/s2) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
Demikianlah artikel wacana penerapan atau aplikasi Hukum Newton pada gerak benda di bidang datar garang beserta gambar dan penjelasannya. Untuk penerapan Hukum Newton pada bidang licin silahkan kalian simak artikel wacana Hukum Newton pada gerak benda di bidang datar licin. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di atikel berikutnya.