Dinamika partikel dan hukum newton

Pembahasan Materi Dinamika Partikel dan Hukum Newton

Artikel ini membahas mengenai pengertian dinamika partikel, jenis-jenis gaya dalam fisika, hukum Newton, hingga contoh soal dan pembahasan dinamika partikel.

Berbicara mengenai dinamika partikel, sepertinya masih banyak di antara kalian yang belum begitu mengenalnya. Tapi, kalau gaya tentu tau, bukan? Gaya yang bagaimana sih? Begini, kalau kamu mendorong benda, maka benda tersebut akan bergerak. Kalau kamu berhenti mendorongnya, maka benda tersebut akan diam kembali. Nah, berarti kamu melakukan gaya terhadap benda.

Dinamika partikel dan hukum newton
Mendorong mobil mainan agar bisa bergerak (sumber gambar: Pixabay.com/ULOVInteractive)

Gaya juga ada berbagai macam, tidak hanya seperti pada contoh di atas. Di sini, kamu akan belajar tentang jenis-jenis gaya dan penyebabnya. Penasaran, guys? Yuk, langsung aja kita bahas satu-persatu!

 

Apa Itu Dinamika Partikel?

Dari contoh mendorong benda di atas, kita sudah tau kalau gaya bisa menyebabkan benda bergerak atau sebaliknya bisa menyebabkan benda diam. Tentu, ada berbagai macam gaya yang dikelompokkan berdasarkan penyebab terjadinya. Nah, cabang ilmu yang mempelajari tentang berbagai penyebab terjadinya gerak akibat suatu gaya adalah dinamika partikel atau bahasa simpelnya kenapa sih benda bisa bergerak?

Untuk menganalisa penyebab terjadinya gerak, tentu kita harus mengetahui parameter-parameter dari gerak tersebut, seperti posisi (s), kecepatan (v), percepatan (a), dan waktu (t). Pertanyaan mengapa benda bergerak itu ternyata bisa dijelaskan dengan baik oleh Sir Isaac Newton dengan konsep gaya, guys. Nah, di bawah ini kita akan bahas dulu mengenai hukum-hukum Newton.

 

Hukum Newton dan Penerapannya

Kenapa ada hukum Newton di sini? Karena, hukum Newton akan digunakan untuk menganalisa berbagai masalah dinamika partikel seperti gerak pada bidang datar, bidang miring, sistem katrol, dan masalah lainnya yang masih cukup sederhana. Hukum Newton terbagi menjadi tiga, yaitu Hukum I Newton, Hukum II Newton, dan Hukum III Newton.

Hukum I Newton

Siapa yang pernah mendengar hukum kelembaman? Hukum I Newton ini sering juga disebut sebagai hukum kelembaman. Kenapa? Karena, apabila tidak ada gaya yang bekerja pada benda, atau bisa dikatakan bahwa resultan gaya yang bekerja pada benda adalah 0, maka benda tersebut akan diam atau bergerak lurus beraturan. Contoh penerapan hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari seperti saat kamu naik mobil dengan laju yang cukup kencang, tiba-tiba sopir melakukan rem mendadak, tubuhmu tentu akan terdorong ke depan untuk mempertahankan posisi, bukan? Atau bisa juga kita ambil contoh ketika kamu dan temanmu sama-sama mendorong benda dengan arah berlawanan, namun benda tersebut justru diam. Berarti, besar gaya yang dihasilkan oleh kamu dan temanmu sama, sehingga benda tidak bergerak.

Rumus Hukum I Newton:

ΣF = 0

Keterangan:

ΣF : Resultan gaya yang bekerja pada benda (N)

 

Hukum II Newton

Hukum yang kedua menjelaskan tentang hubungan antara resultan gaya yang bekerja pada benda dengan massa dan percepatannya. Teori Hukum II Newton yaitu percepatan yang dialami benda akan sama hasilnya dengan hasil bagi antara resultan gaya dengan massa benda tersebut. Kalau contoh penerapan hukum II Newton kira-kira apa ya, guys? Ketika kamu mendorong gerobak kosong tanpa muatan dengan mendorong gerobak yang penuh dengan muatan, lebih berat yang mana? Tentu lebih berat yang penuh dengan muatan, bukan? Hal ini karena semakin besar beban yang ditambahkan, maka akan semakin kecil percepatannya. Begitu pun sebaliknya.

Rumus Hukum II Newton:

ΣF = ma

Keterangan:

ΣF : Resultan gaya yang bekerja pada benda (N)

m : Massa benda (kg)

a : Percepatan yang dialami benda (m/s2)

 

Hukum III Newton

Kalau yang terakhir ini biasa juga disebut sebagai hukum aksi-reaksi. Nah, hukum ini sangat erat kaitannya dengan kehidupan kita sehari-hari. Ketika kamu memberikan aksi terhadap suatu partikel/benda, maka benda tersebut juga akan memberikan reaksi yang besarannya sama, namun arahnya berlawanan. Contoh penerapan hukum III Newton adalah ketika kamu sedang berjalan di lantai. Kaki kamu memberikan gaya aksi ke lantai dengan arah ke belakang, kemudian lantai memberikan reaksi kepadamu ke arah depan, sehingga membuatmu bisa bergerak/melangkah. Agar kamu lebih terbayang lagi, aku kasih contoh lainnya ketika kamu naik tangga. Kamu memberikan gaya ke bawah, tetapi kamu justru naik ke atas. Masih bingung? Nih aku kasih contoh lainnya ketika kamu bermain skateboard sambil menarik tali, ternyata kamu justru berjalan ke arah depan. Nah, itu merupakan contoh gerakan aksi-reaksi pada hukum III Newton.

Penerapan Hukum Newton dalam Kehidupan Sehari-hari
Contoh hukum III Newton pada kehidupan sehari-hari (sumber gambar: video materi Zenius)

Intinya, hukum III Newton ini bekerja pada dua benda yang berbeda dengan besaran yang sama, namun arahnya berlawanan.

Rumus Hukum III Newton:

F aksi = –F reaksi 

 

Jenis-jenis Dinamika Partikel

Berarti dinamika partikel itu beraneka macam ya? Iya betul. Berikut ini jenis-jenis dari dinamika partikel yang perlu kamu ketahui, guys.

Gaya Berat (Gravitasi)

Ketika berbicara berat dalam fisika itu berbeda ya dengan BB si A misal 45 kg, sedangkan B 60 kg. Bukaaan, guys. Dalam fisika, itu disebut massa. Sedangkan gaya berat yang dimaksud di sini disebabkan oleh gravitasi. Semua benda yang jatuh di dekat permukaan bumi, maka akan memiliki gaya gravitasi yang percepatannya sama dengan percepatan gravitasi, yaitu sebesar 9,8 m/s2 atau dalam 9,8 N/kg agar lebih mudah bisa menggunakan 10 m/s2, dengan mengabaikan hambatan udara. Lalu, pengertian dari gaya gravitasi itu apa? Gaya gravitasi adalah gaya yang dilakukan oleh bumi terhadap setiap benda yang berada di permukannya/di dekatnya. Oh iya, perlu kamu ingat bahwa arah gaya berat ini selalu mengarah ke bawah menuju pusat bumi, meskipun pada bidang miring.

Contoh penerapan gaya berat atau gravitasi ini apa aja sih? Permainan terjun payung, paralayang, dan bungee jumping. Ketiga permainan tersebut seru banget kan, guys? Iya, itu salah satu olahraga dan hiburan yang memanfaatkan gaya gravitasi.

Rumus gaya berat benda atau gaya gravitasi:

W = mg.

Keterangan:

W : gaya berat suatu benda (N)

m : massa benda (kg)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

 

Gaya Normal

Gaya normal, loh ini gak salah, memangnya ada ya? Tidak dong. Kamu tidak salah baca, gaya normal itu memang ada, guys. Jadi, gaya normal adalah gaya yang bekerja pada bidang dan arahnya tegak lurus dari bidang tersebut. Kalau ada suatu benda yang diletakkan di atas suatu bidang tanpa ada gaya apapun dari luar, dengan kata lain benda tersebut diam, maka besar gaya normal sama dengan gaya berat bendanya.

Rumusnya seperti ini:

N = W = m.g

Keterangan:

N : gaya normal (N)

W : gaya berat benda (N)

m : massa benda (kg)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

 

Gaya Gesek

Kamu sudah tau dong gaya gesek itu seperti apa? Ingat, gaya gesek berarti gaya yang bekerja akibat adanya sentuhan antara kedua permukaan benda. Dengan adanya gaya gesek, maka benda yang bergerak akan memiliki hambatan. Coba kamu bandingkan antara bola yang digelincirkan di atas lantai dengan bola yang diluncurkan di atas tanah berbatu. Mana yang lebih lancar dan jauh? Tentu saja bola yang diluncurkan di atas lantai. Mengapa? Karena permukaannya halus, gaya gesek yang terjadi tidak sebesar di permukaan tanah berbatu.

Ada dua jenis gaya gesek, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis.

  • Gaya gesek statis

Statis berarti diam. Jadi, gaya gesek ini merupakan gaya yang bekerja pada benda diam. Besarnya gaya gesek statis merupakan hasil kali koefisien gesek statis dengan gaya normal.

Rumusnya:

fs = μs x N

Keterangan:

fs : besar gaya gesek statis (N)

μs : koefisien gesek statis

N : gaya normal (N)

  • Gaya gesek kinetis

Sekarang adalah gaya gesek kinetis. Gaya ini bekerja pada saat benda sedang bergerak. Besar gaya gesek kinetis merupakan hasil kali koefisien gaya gesek kinetis dengan gaya normal.

Rumusnya:

fk = μk x N

Keterangan:

fk : besar gaya gesek kinetis (N)

μk : koefisien gesek kinetis

N : gaya normal (N)

 

Gaya Tegangan Tali (Katrol)

Kamu pernah melihat katrol untuk menimba air? itu merupakan aplikasi dari gaya tegangan tali, dimana terdapat dua benda yang saling dihubungkan dengan tali. Gaya tegangan tali adalah gaya yang bekerja pada tali ketika tali tersebut tegang. Arah gaya ini tergantung pada titik dimana kamu melihat/meninjaunya.

Rumus gaya tegangan tali:

ΣF=m.a

Gaya Sentripetal

Gaya sentripetal adalah gaya yang bekerja pada benda yang bergerak melingkar. Gaya ini cara kerjanya selalu menuju pusat lintasan. Kira-kira kebayang gak contoh dari gaya sentripetal itu seperti apa? Coba deh kamu ikat bola dengan tali, kemudian kamu putar talinya hingga menghasilkan gerakan berputar beraturan. Gaya sentripetal pada contoh tersebut adalah tegangan tali yang diikat pada bola.

Rumus gaya sentripetal:

Fs = m.as

Keterangan:

Fs : gaya sentripetal (N)

m : massa benda (kg)

as : percepatan sentripetal (m/s2)

 

Contoh Soal dan Pembahasan Dinamika Partikel

Setelah kita mengetahui tentang materi dinamika partikel. Agar lebih memudahkan kamu dalam memahami materi ini, lihat contoh soal dan pembahasannya dulu, yuk!

Soal 1

Sebuah benda yang memiliki berat 5 kg diletakkan di atas meja dalam keadaan diam. Berapa gaya normal yang bekerja pada benda tersebut?

Pembahasan:

Diketahui: m = 5 kg, g = 10 m/s2.

Ditanya: N (gaya normal)

N = W = m.g

W = mg = 5 kg  x 10  = 50 N

contoh soal dan pembahasan gaya normal dinamika partikel

Benda diam, berarti ΣF = 0

Jadi, gaya ke atasnya juga sebesar 50 N.

Soal 2

Diketahui benda A dan B memiliki massa berturut-turut sebesar 3 kg dan 7 kg. Dari kedua benda tersebut ditarik tali yang arahnya berlawanan. Gaya yang diberikan pada kedua benda tersebut sebesar 50 N, sehingga benda dapat bergerak. Tentukan gaya tegang tegang talinya!

contoh soal dan pembahasan dinamika partikel

Pembahasan

Diketahui: mA = 3 kg, mB = 7 kg, F = 50 N.

Gaya ke kanan berarti positif, sedangkan gaya ke kiri berarti negatif.

ΣF = m.a

Benda A: F – T = mA.a

Benda B: T = mB.a

Kemudian kita masukkan angkanya, menjadi:

Contoh soal dan pembahasan tegangan tali dinamika partikel

Itu dia penjelasan mengenai dinamika partikel dan hukum-hukum Newton. Seru kan belajar Fisika? Semoga artikel ini bermanfaat untukmu dan penjelasannya dapat dengan mudah kamu pahami ya, guys. Have a nice day!

 

Baca Juga Artikel Lainnya

Materi Fisika: Usaha dan Energi

Hukum Newton 1, 2, 3 dan Contoh Soalnya

Newton, Penemu Teori Gravitasi yang Benci Konfrontasi