Dinamika Partikel dan Hukum Newton – Materi Fisika Kelas 10

Halo Sobat Zenius, elo tau gak sih apa yang dimaksud dengan dinamika partikel? Nah di artikel ini gue mau bahas materi dinamika partikel kelas 10, lengkap dengan contoh soal dan pembahasannya.

Selain mengulas tentang materi dinamika partikel, gue juga akan ngebahas jenis-jenis gaya dalam fisika, hukum Newton, hingga contoh soal dan pembahasan di artikel ini. Stay tuned, ya!

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 dorong terhadap benda tersebut.

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, mulai dari dinamika partikel.

Apa Itu Dinamika Partikel?

Kenapa gue daritadi sebutkan gaya? Sebetulnya ada gak sih kaitannya dengan materi dinamika partikel kelas 10 ini? 

Jadi Sobat Zenius, apa yang dimaksud dengan dinamika partikel adalah ilmu yang membahas tentang gaya-gaya yang menjadikan suatu partikel yang semulanya diam menjadi bergerak, atau gaya yang dapat mempercepat atau memperlambat gerak suatu partikel.

Dari contoh mendorong benda di atas, sudah dapat digambarkan kalau gaya bisa menyebabkan benda bergerak atau sebaliknya bisa menyebabkan benda diam kan? 

Tentu, ada berbagai macam gaya yang dikelompokkan berdasarkan penyebab terjadinya. Nah, itu salah satu penyebab terjadinya gerak yang mengakibatkan suatu gaya. 

Salah satu bukti di kehidupan sehari-hari adanya dinamika partikel atau bahasa simpelnya kenapa sih benda bisa bergerak?

Untuk menganalisis penyebab terjadinya gerak, tentu kita harus mengetahui parameter-parameter dari gerak tersebut, seperti posisi (s), kecepatan (v), percepatan (a), dan waktu (t). 

Lalu bagaimana kaitannya dinamika partikel dan hukum newton? 

Melalui pertanyaan mengapa benda bergerak? Hal tersebut ternyata bisa dijelaskan dengan baik oleh Sir Isaac Newton dengan konsep gaya, Sobat Zenius. 

Nah, di bawah ini kita akan bahas dulu mengenai dinamika partikel dan hukum-hukum Newton.

Hukum Newton dan Penerapannya

Kenapa ada dinamika partikel dan hukum Newton di sini? 

Karena, hukum Newton yang digunakan untuk menganalisis 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 elo naik mobil dengan laju yang cukup kencang, tiba-tiba sopir melakukan rem mendadak, tubuh elo tentu akan terdorong ke depan untuk mempertahankan posisi, bukan? 

Atau bisa juga kita ambil contoh ketika elo dan teman sama-sama mendorong benda dengan arah berlawanan, namun benda tersebut justru diam. Berarti, besar gaya yang dihasilkan oleh elo dan teman 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 Newton II yaitu percepatan yang dialami benda akan sama hasilnya dengan hasil bagi antara resultan gaya dengan massa benda tersebut.

Kalau contoh penerapan dinamika partikel dan hukum newton II kira-kira apa ya, Sobat Zenius? 

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

Terakhir ini biasa juga disebut sebagai hukum aksi-reaksi. Nah, hukum ini sangat erat kaitannya dengan kehidupan sehari-hari. 

Ketika elo 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 elo sedang berjalan di lantai. Kaki elo memberikan gaya aksi ke lantai dengan arah ke belakang, kemudian lantai memberikan reaksi kepada elo ke arah depan, sehingga membuat elo bisa bergerak/melangkah.

Agar lebih terbayang lagi, gue kasih contoh lainnya ketika elo naik tangga. Elo memberikan gaya ke bawah, tetapi elo justru naik ke atas. Masih bingung? 

Nih gue kasih contoh lainnya ketika elo bermain skateboard sambil menarik tali, ternyata elo justru berjalan ke arah depan. Nah, itu merupakan contoh gerakan aksi-reaksi pada hukum III Newton.

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 

Penjelasan selengkapnya tentang Hukum Newton bisa kamu baca di sini: Materi Lengkap dan Contoh Soal Hukum Newton 1, 2, dan 3.

Jenis-jenis Dinamika Partikel

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

Gaya Berat (Gravitasi)

Ketika berbicara berat dalam fisika itu berbeda ya dengan BB si A misal 45 kg, sedangkan B 60 kg. Bukaaan, Sobat Zenius. 

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 permukaannya atau di dekatnya. 

Oh iya, perlu elo ingat bahwa arah gaya berat ini selalu mengarah ke bawah menuju pusat bumi, meskipun pada bidang miring. Biasanya percepatan gerak pada bidang miring juga terjadi lho!

Contoh penerapan gaya berat atau gravitasi ini apa aja sih? Permainan terjun payung, paralayang, dan bungee jumping. Ketiga permainan tersebut seru banget kan, Sobat Zenius? 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)

Penjelasan selengkapnya tentang Gravitasi bisa kamu baca di sini: Gravitasi: Yang Mana Yang Jatuh Duluan?.

Gaya Normal

Jenis dinamika partikel selanjutnya adalah gaya normal.

Gaya normal, loh ini gak salah, memangnya ada ya? Tidak dong. Elo gak salah baca, gaya normal itu memang ada, 

Jadi, gaya normal merupakan 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)

Penjelasan selengkapnya tentang Gaya Normal bisa kamu baca di sini: Gaya Normal – Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal.

Gaya Gesek

Elo sudah tau dong gaya gesek itu seperti apa? Nah, gaya gesek juga merupakan jenis dari dinamika partikel.

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 elo 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)

Penjelasan selengkapnya tentang Gaya Gesek bisa kamu baca di sini: 2 Macam Rumus Gaya Gesek (Statis dan Kinetis).

Gaya Tegangan Tali (Katrol)

Elo pernah melihat katrol untuk menimba air? itu merupakan aplikasi dari gaya tegangan tali, di mana 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 di mana kamu melihat/meninjaunya.

Rumus percepatan sistem pada katrol tegangan tali:

ΣF=m.a

Penjelasan selengkapnya tentang Gaya Tegangan Tali bisa kamu baca di sini: Rumus Tegangan Tali.

Gaya Sentripetal

Jenis gaya pada dinamika partikel terakhir adalah gaya sentripetal.

Gaya sentripetal merupakan 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 elo ikat bola dengan tali, kemudian elo 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)

Penjelasan selengkapnya tentang Gaya Sentripetal & Sentrifugal bisa kamu baca di sini: Pengertian Gaya Sentripetal dan Sentrifugal Beserta Rumusnya.

Sebelum lanjut ke pembahasan soal, gue pengen mengingatkan nih kalau Zenius punya banyak paket belajar yang tinggal elo pilih sesuai dengan kebutuhan elo! Klik gambar di bawah ini ya untuk pengalaman belajar yang lebih asik!

Contoh Soal Dinamika Partikel dan Pembahasan

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

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!

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:

—–

Itu dia penjelasan mengenai dinamika partikel dan hukum-hukum Newton. Seru kan belajar Fisika? 

Semoga artikel ini bermanfaat buat elo pelajari rumus dinamika partikel, dan penjelasannya dapat dengan mudah elo pahami ya, guys. Have a nice day!

Updated by: Arieni Mayesha

Originally published: January 5, 2021