Kira-kira 2000 tahun kemudian, Galileo Galilei (1564-1642) menemukan kesimpulan yang sangat berbeda dengan pendapat Aristoteles. Galileo mempertahankan bahwa sama alaminya bagi sebuah benda untuk bergerak horizontal dengan kecepatan tetap, seperti saat benda tersebut berada dalam keadaan diam. Bayangkan pengamatan yang melibatkan sebuah gerak horizontal berikut ini untuk memahami gagasan Galileo.
Untuk mendorong sebuah benda yang mempunyai permukaan kasar di atas meja dengan laju konstan dibutuhkan gaya dengan besar tertentu. Untuk mendorong benda lain yang sama beratnya tetapi mempunyai permukaan yang licin di atas meja dengan laju yang sama, akan memerlukan gaya lebih kecil. Jika selapis minyak atau pelumas lainnya dituangkan antara permukaan benda dan meja, maka hampir tidak diperlukan gaya sama sekali untuk menggerakkan benda itu. Pada urutan kasus tersebut, gaya yang diperlukan makin kecil. Sebagai langkah berikutnya, kita bisa membayangkan sebuah situasi di mana benda tersebut tidak bersentuhan dengan meja sama sekali, atau ada pelumas yang sempurna antara benda itu dan meja, dan mengemukakan teori bahwa sekali bergerak, benda tersebut akan melintasi meja dengan laju yang konstan tanpa ada gaya yang diberikan. Sebuah bantalan peluru baja yang bergulir pada permukaan horizontal yang keras mendekati situasi ini. Demikian juga kepingan pada meja udara, tampak seperti pada gambar di bawah ini, di mana lapisan udara memperkecil gesekan sehingga hampir nol.
Gambar: Foto sebuah meja udara
Galileo membuat kesimpulan hebatnya, bahwa jika tidak ada gaya yang diberikan kepada benda yang bergerak, benda itu akan terus bergerak dengan laju konstan pada lintasan yang lurus. Sebuah benda melambat hanya jika ada gaya yang diberikan kepadanya. Dengan demikian, Galileo menganggap gesekan sebagai gaya yang sama dengan dorongan atau tarikan biasa.
Sebagai contoh, mendorong sebuah buku melintasi meja dengan laju tetap dibutuhkan gaya dari tangan kalian, hanya untuk mengimbangi gaya gesek. Perhatikan gambar di bawah ini,
jika buku tersebut bergerak dengan laju konstan, gaya dorong kalian sama besarnya dengan gaya gesek, tetapi kedua gaya ini memiliki arah yang berbeda, sehingga gaya total pada benda (jumlah vektor dari kedua gaya) adalah nol. Hal ini sejalan dengan sudut pandang Galileo, karena benda bergerak dengan laju konstan ketika tidak ada gaya total yang diberikan padanya.
Berdasarkan penemuan ini, Isaac Newton (1642-1727), membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis Newton tentang gerak dirangkum dalam "tiga hukum gerak"-nya yang terkenal. Dalam karya besarnya, Principia (diterbitkan tahun 1687), Newton menyatakan terima kasihnya kepada Galileo. Pada kenyataannya, hukum pertama Newton tentang gerak sangat dekat dengan kesimpulan Galileo. Hukum I Newton menyatakan sebagai berikut,
Hukum I Newton
Hukum I Newton menyatakan jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol ($\sum F = 0$),
maka benda yang diam akan tetap diam, dan benda yang bergerak akan bergerak lurus beraturan.
Secara matematis, Hukum I Newton dinyatakan sebagai berikut :
$\sum F = 0, \text{maka } \left\{ \begin{array}{cc} \text{ Benda diam } (v = 0) & \\ \text{Benda bergerak lurus} & \text{beraturan } (v \, \text{konstan}) \end{array} \right. $
Secara matematis, Hukum I Newton dinyatakan sebagai berikut :
$\sum F = 0, \text{maka } \left\{ \begin{array}{cc} \text{ Benda diam } (v = 0) & \\ \text{Benda bergerak lurus} & \text{beraturan } (v \, \text{konstan}) \end{array} \right. $
Hukum I Newton disebut juga Hukum Inersia atau Hukum kelembaman benda. Kelembaman adalah kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerak tetapnya pada garis lurus.
Hukum I Newton tidak selalu berlaku pada setiap kerangka acuan. Sebagai contoh, jika kerangka acuan kalian tetap di dalam mobil yang dipercepat, sebuah benda seperti cangkir yang diletakkan di atas dashboard mungkin bergerak ke arah kalian (cangkir tersebut tetap diam selama kecepatan mobil konstan). Cangkir dipercepat ke arah kalian tetapi baik kalian maupun orang atau benda lain memberikan gaya kepada cangkir tersebut dengan arah berlawanan. Pada kerangka acuan yang dipercepat seperti ini, Hukum I Newton tidak berlaku. Kerangka acuan di mana Hukum I Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia.
Untuk sebagian besar masalah, kita biasanya dapat menganggap bahwa kerangka acuan yang terletak tetap di Bumi adalah kerangka inersia (walaupun hal ini tidak tepat benar, karena disebabkan oleh rotasi Bumi, tetapi cukup mendekati). Kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan konstan (misalnya sebuah mobil) relatif terhadap kerangka inersia juga merupakan kerangka acuan inersia. Kerangka acuan di mana hukum inersia tidak berlaku, seperti kerangka acuan yang dipercepat di atas, disebut kerangka acuan noninersia. Bagaimana kita bisa yakin bahwa sebuah kerangka acuan adalah inersia atau tidak? Dengan memeriksa apakah Hukum I Newton berlaku. Dengan demikian Hukum I Newton berperan sebagai definisi kerangka acuan inersia.
Contoh Soal Hukum I Newton :
1). Contoh soal UAN 2002 mengenai Hukum I Newton:
Jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol maka:
(1) benda tidak akan dipercepat
(2) benda selalu diam
(3) perubahan kecepatan benda nol
(4) benda tidak mungkin bergerak lurus beraturan
Pernyataan yang benar adalah .... ?
a. (1), (2), dan (3)
b. (1) dan (3) saja
c. (2) dan (4) saja
d. (4) saja
e. (1), (2), (3), dan (4)
Penyelesaian :
Dari Hukum Pertama Newton, $ \sum F = 0 $
*). Nilai nol ini disebabkan karena tidak ada percepatan pada benda.
*). Jika percepatannya nol, kecepatan benda adalah konstan.
*). Jika percepatan benda bernilai nol, benda dapat berada dalam keadaan diam maupun bergerak.
*). Jika kecepatan benda bernilai konstan, benda akan bergerak lurus beraturan.
Jadi, jawaban yang benar adalah B.
2). Tiga buah gaya, F1 = 10 N dan F2 = 15 N, dan F3 = $c \, $ N bekerja pada sebuah benda, seperti ditunjukkan pada gambar berikut:
Jawab :
Karena benda diam, sesuai dengan Hukum Pertama Newton,
$ \begin{align} \sum F & = 0 \\ F_1 + F_2 - F_3 & = 0 \\ F_3 & = F_1 + F_2 \\ c & = 10 + 15 \\ & = 25 \, N \end{align} $
Jadi, kita peroleh nilai $ c = 25 \, $ N.
Demikian pembahasan materi Hukum 1 Newton dan contoh-contohnya. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan Hukum 2 Newton.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar