Hukum Newton Pada Gerak Benda Di Bidang Datar Licin
Dalam kehidupan sehari-hari, kalian niscaya sanggup menemui beberapa pola penerapan Hukum Newton Tentang Gerak (Newton’s Law of Motion). Misalnya, dikala kalian sedang mendorong meja, seorang anak kecil menarik kendaraan beroda empat mainan, lokomotif kereta api yang menarik gerbong dan sebagainya. Beberapa kejadian tersebut merupakan beberapa pola penerapan aturan Newton pada benda yang bergerak pada bidang datar.
Nah, dalam artikel kali ini akan membahas secara khusus penerapan aturan Newton pada benda yang bergerak di bidang datar licin alias tidak ada gaya gesek, dalam tiga kondisi yang berbeda. Kondisi tersebut yakni, 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 berafiliasi 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 yang terletak pada bidang datar licin didorong atau ditarik dengan gaya sebesar F ditunjukkan menyerupai pada gambar di atas. Pada dasarnya, benda yang ditarik atau didorong mendatar mempunyai konsep yang sama yaitu arah gaya F sama-sama ke arah kanan. Karena bidang licin, dikala diberi gaya horizontal ke kanan maka benda akan bergerak ke arah kanan sehingga arah perpindahan benda juga ke kanan.
Karena arah perpindahan ke kanan, maka gaya yang arahnya ke kanan bernilai positif. Dengan memakai Hukum Newton, resultan gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y yaitu sebagai berikut.
Karena arah perpindahan ke kanan, maka gaya yang arahnya ke kanan bernilai positif. Dengan memakai Hukum Newton, resultan gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y 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 = ma
Dari persamaan di atas, maka kita sanggup memilih rumus percepatan benda yang diberi gaya mendatar pada bidang datar licin sebagai berikut.
a | = | F | ||
m |
Keterangan: | ||
N | = | Gaya normal (N) |
w | = | Gaya berat (N) |
F | = | Gaya tarik atau dorong (N) |
m | = | Massa benda (kg) |
a | = | Percepatan benda (m/s2) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
#2 Benda Ditarik dengan Gaya Miring ke Atas
Sebuah benda yang terletak pada bidang datar licin diberi gaya miring ke atas ditunjukkan menyerupai pada gambar di atas. Karena gaya F miring ke atas, maka vektor F membentuk sudut sebesar α terhadap arah horizontal. Dengan demikian gaya 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.
Sekarang kita analisis kemungkinan gerak balok. Karena bidang licin, maka benda mustahil membisu sehingga ada dua kemungkinan gerak yang dialami balok jawaban gaya yang diberikan. Kemungkinan pertama adalah balok bergerak lurus atau sejajar bidang. Sedangkan kemungkinan kedua adalah benda bergerak ke atas atau vertikal.
Kemungkinan kedua hanya sanggup terjadi bila gaya F yang diberikan cukup besar alasannya dikala benda bergerak ke atas, maka benda tersebut tidak lagi menyentuh bidang sehingga gaya normal N akan hilang. Gaya F yang lebih besar diharapkan untuk melawan gaya berat benda tersebut. Namun kita hanya akan membahas kemungkinan pertama saja, alasannya kemungkinan pertama inilah yang sering muncul dalam soal.
Ketika benda bergerak horizontal, maka arah perpindahan benda yaitu ke kanan sehingga gaya yang bekerja ke kanan bernilai positif. 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
Dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan gaya 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 = ma
Dari persamaan di atas, maka rumus percepatan benda yang diberi gaya miring ke atas pada bidang datar licin dimana benda bergerak horizontal yaitu sebagai berikut.
a | = | F cos α | ||
m |
Keterangan: | ||
N | = | Gaya normal (N) |
w | = | Gaya berat (N) |
F | = | Gaya tarik (N) |
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
Konsep aturan Newton pada benda yang didorong dengan gaya miring ke bawah di bidang datar licin, intinya sama dengan konsep aturan Newton pada benda yang ditarik miring ke atas, yang membedakan hanya rumus gaya normal saja. Ketika diberi gaya miring ke bawah benda niscaya bergerak alasannya tidak ada tabrakan yang terjadi. Lalu kemanakah arah gerak benda?
Perhatikan gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda di atas. Gaya F miring membentuk sudut sebesar α terhadap arah horizontal. Sehingga gaya F mempunyai dua komponen gaya pada sumbu-X dan sumbu-Y yaitu F cos α yang arahnya ke kanan dan F sin α yang arahnya ke bawah. F cos α memungkinkan benda bergerak mendatar sedangkan F sin α memungkinkan benda bergerak vertika ke bawah.
Akan tetapi sekali lagi ditekankan bahwa keadaan bidang yaitu licin sehingga gerak ke bawah (arah vertikal) mustahil terjadi. Meskipun bidang kasar, gerak ke bawah ini juga mustahil terjadi kecuali bidang merupakan benda yang lunak atau elastis menyerupai gabus. Dengan demikian, gerak yang niscaya terjadi yaitu gerak mendatar atau horizontal ke kanan.
Karena benda bergerak ke kanan, arah perpindahan benda juga ke kanan. Hukum Newton pada gerak benda 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
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 = ma
Dari persamaan di atas, maka rumus percepatan benda yang diberi gaya miring ke ke bawah pada bidang datar licin dimana benda bergerak horizontal yaitu sebagai berikut.
a | = | F cos α | ||
m |
Keterangan: | ||
N | = | Gaya normal (N) |
w | = | Gaya berat (N) |
F | = | Gaya tarik (N) |
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 perihal penerapan atau aplikasi Hukum Newton pada gerak benda di bidang datar licin beserta gambar dan penjelasannya. Untuk penerapan Hukum Newton pada bidang datar bergairah silahkan kalian simak artikel perihal Hukum Newton pada gerak benda di bidang datar kasar. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di atikel berikutnya.