HUKUM PERTAMA NEWTON: RUMUS, EKSPERIMEN DAN LATIHAN - FISIK - 2025

The Hukum pertama Newton , juga dikenal sebagai hukum inersia, pertama kali diusulkan oleh Isaac Newton, fisikawan, matematikawan, filsuf, teolog, penemu Inggris dan alkemis. Hukum ini menyatakan sebagai berikut: "Jika sebuah benda tidak dikenai gaya apa pun, atau jika gaya yang bekerja padanya saling meniadakan, maka ia akan terus bergerak dengan kecepatan konstan dalam garis lurus."

Dalam pernyataan ini kata kunci adalah akan berlanjut. Jika premis-premis hukumnya terpenuhi, maka objek tersebut akan melanjutkan pergerakannya sebagaimana semula. Kecuali gaya yang tidak seimbang muncul dan mengubah keadaan gerak.

Penjelasan hukum pertama Newton. Sumber: buatan sendiri.

Ini berarti bahwa jika benda diam maka ia akan terus diam, kecuali jika gaya mengeluarkannya dari keadaan tersebut. Ini juga berarti bahwa jika suatu benda bergerak dengan kecepatan tetap ke arah lurus, benda itu akan terus bergerak ke arah itu. Itu hanya akan berubah ketika beberapa agen eksternal memberikan kekuatan padanya dan mengubah kecepatannya.

Latar belakang hukum

Isaac Newton lahir di Woolsthorpe Manor (Inggris Raya) pada tanggal 4 Januari 1643 dan meninggal di London pada tahun 1727.

Tanggal pasti Sir Isaac Newton menemukan tiga hukum dinamika, termasuk hukum pertama, tidak diketahui dengan pasti. Tetapi diketahui bahwa itu jauh sebelum penerbitan buku terkenal Mathematical Principles of Natural Philosophy, pada 5 Juli 1687.

Kamus Royal Spanish Academy mendefinisikan kata inersia sebagai berikut:

"Properti tubuh untuk mempertahankan keadaan istirahat atau gerakan mereka jika bukan dengan aksi suatu kekuatan."

Istilah ini juga digunakan untuk menegaskan bahwa setiap situasi tetap tidak berubah karena tidak ada upaya untuk mencapainya, oleh karena itu terkadang kata inersia memiliki konotasi rutinitas atau kemalasan.

Pandangan pra-Newtonian

Sebelum Newton, gagasan yang dominan adalah gagasan filsuf besar Yunani Aristoteles, yang menegaskan bahwa agar suatu benda tetap bergerak, suatu gaya harus bekerja padanya. Ketika gaya berhenti, begitu pula gerakannya. Tidak demikian, tetapi bahkan saat ini banyak yang berpikir demikian.

Galileo Galilei, seorang astronom dan fisikawan Italia yang hidup antara tahun 1564 dan 1642, bereksperimen dan menganalisis pergerakan benda.

Salah satu pengamatan Galileo adalah bahwa benda yang meluncur pada permukaan yang halus dan mengkilap dengan dorongan awal tertentu, membutuhkan waktu lebih lama untuk berhenti dan memiliki perjalanan yang lebih panjang dalam garis lurus, karena gesekan antara benda dan permukaannya berkurang.

Jelas bahwa Galileo menangani gagasan inersia, tetapi dia tidak datang untuk merumuskan pernyataan setepat Newton.

Di bawah ini kami mengusulkan beberapa eksperimen sederhana, yang dapat dilakukan oleh pembaca dan menguatkan hasilnya. Pengamatan juga akan dianalisis menurut pandangan Aristotelian tentang gerak dan pandangan Newtonian.

Eksperimen inersia

Eksperimen 1

Sebuah kotak didorong ke lantai dan kemudian tenaga penggeraknya ditangguhkan. Kami mengamati bahwa kotak tersebut menempuh jalur pendek sampai berhenti.

Mari kita tafsirkan percobaan sebelumnya dan hasilnya, dalam kerangka teori-teori sebelum Newton dan kemudian menurut hukum pertama.

Dalam pandangan Aristotelian penjelasannya sangat jelas: kotak itu berhenti karena gaya yang menggerakkannya ditangguhkan.

Dalam pandangan Newtonian, kotak di lantai / tanah tidak dapat terus bergerak dengan kecepatan yang dimilikinya pada saat gaya dihentikan, karena antara lantai dan kotak terdapat gaya yang tidak seimbang, yang menyebabkan kecepatan menurun hingga kotak berhenti. Ini adalah gaya gesekan.

Dalam percobaan ini, premis hukum pertama Newton tidak terpenuhi, sehingga kotak berhenti.

Eksperimen 2

Sekali lagi ini adalah kotak di lantai / tanah. Dalam kesempatan ini gaya pada kotak dipertahankan, sedemikian rupa sehingga dapat mengkompensasi atau menyeimbangkan gaya gesekan. Ini terjadi ketika kita mendapatkan kotak untuk mengikuti dengan kecepatan konstan dan dalam arah lurus.

Eksperimen ini tidak bertentangan dengan pandangan Aristoteles tentang gerak: kotak bergerak dengan kecepatan konstan karena gaya diberikan padanya.

Ini juga tidak bertentangan dengan pendekatan Newton, karena semua gaya yang bekerja pada kotak itu seimbang. Ayo lihat:

• Pada arah horizontal, gaya yang diberikan pada kotak adalah sama dan berlawanan dengan gaya gesek antara kotak dan lantai.
• Jadi gaya total dalam arah horizontal adalah nol, itulah sebabnya kotak mempertahankan kecepatan dan arahnya.

Juga dalam arah vertikal gaya-gaya itu seimbang, karena berat kotak yang merupakan gaya yang mengarah ke bawah secara vertikal dikompensasi oleh gaya kontak (atau normal) yang diberikan tanah pada kotak secara vertikal ke atas.

Ngomong-ngomong, berat kotak itu karena tarikan gravitasi Bumi.

Eksperimen 3

Kami melanjutkan dengan kotak bertumpu di lantai. Dalam arah vertikal gaya-gaya tersebut seimbang, yaitu gaya vertikal netto adalah nol. Tentu akan sangat mengejutkan jika kotak itu digerakkan ke atas. Namun pada arah horizontal terjadi gaya gesek.

Sekarang, agar premis hukum pertama Newton terpenuhi, kita perlu mengurangi gesekan ke ekspresi minimumnya. Ini dapat dicapai dengan cukup kasar jika kita mencari permukaan yang sangat halus untuk disemprotkan minyak silikon.

Karena minyak silikon mengurangi gesekan hingga hampir nol, jadi ketika kotak ini dilempar secara horizontal, kecepatan dan arahnya akan dipertahankan untuk waktu yang lama.

Ini adalah fenomena yang sama yang terjadi dengan skater di gelanggang es, atau dengan keping hoki es saat mereka didorong dan dilepaskan sendiri.

Dalam situasi yang dijelaskan, di mana gesekan berkurang hampir menjadi nol, gaya resultan praktis nol dan benda mempertahankan kecepatannya, menurut hukum pertama Newton.

Dalam pandangan Aristoteles hal ini tidak mungkin terjadi, karena menurut teori naif ini, gerak hanya terjadi bila ada gaya total pada benda yang bergerak.

Permukaan beku dapat dianggap gesekan sangat rendah. Sumber: Pixabay.

Penjelasan Hukum Pertama Newton

Inersia dan massa

Massa adalah besaran fisik yang menunjukkan jumlah materi yang dikandung suatu benda atau benda.

Massa kemudian adalah properti intrinsik materi. Tetapi materi terdiri dari atom-atom yang memiliki massa. Massa atom terkonsentrasi di dalam inti atom. Proton dan neutron di dalam inti atom yang secara praktis menentukan massa atom dan materi.

Massa umumnya diukur dalam kilogram (kg), ini adalah satuan dasar dari Sistem Satuan Internasional (SI).

Prototipe atau referensi kg adalah silinder platinum dan iridium yang disimpan di International Office of Weights and Measures di Sèvres di Prancis, meskipun pada tahun 2018 dikaitkan dengan konstanta Planck dan definisi baru mulai berlaku pada 20 Mei 2019.

Nah, kebetulan inersia dan massa terkait. Semakin besar massanya, semakin besar inersia suatu benda. Jauh lebih sulit atau mahal dalam hal energi untuk mengubah keadaan gerak benda yang lebih masif daripada yang kurang masif.

Contoh

Misalnya, dibutuhkan lebih banyak tenaga dan lebih banyak usaha untuk mengangkat boks seberat 1.000 kg dari keadaan diam dibandingkan dengan boks seberat satu kilogram (1 kg). Itulah sebabnya sering dikatakan bahwa yang pertama memiliki lebih banyak kelembaman daripada yang kedua.

Karena hubungan antara inersia dan massa, Newton menyadari bahwa kecepatan saja tidak mewakili keadaan gerak. Itulah mengapa ia mendefinisikan besaran yang disebut momentum atau momentum yang dilambangkan dengan huruf p dan merupakan hasil kali massa m dan kecepatan v :

p = m v

Huruf tebal pada p dan v menunjukkan bahwa mereka adalah besaran fisik vektor, yaitu besaran-besaran dengan besaran, arah, dan pengertian.

Di sisi lain, massa m adalah besaran skalar, yang diberi bilangan yang bisa lebih besar atau sama dengan nol, tetapi tidak pernah negatif. Sejauh ini tidak ada objek bermassa negatif yang ditemukan di alam semesta yang diketahui.

Newton membawa imajinasi dan abstraksinya secara ekstrem, mendefinisikan apa yang disebut partikel bebas. Partikel adalah titik material. Artinya, ini seperti titik matematika tetapi dengan massa:

Partikel bebas adalah partikel yang sangat terisolasi, begitu jauh dari objek lain di alam semesta sehingga tidak ada yang dapat melakukan interaksi atau gaya apa pun padanya.

Kemudian Newton melanjutkan untuk mendefinisikan sistem referensi inersia, yang mana tiga hukum geraknya berlaku. Berikut adalah definisi menurut konsep tersebut:

Sistem referensi inersia

Setiap sistem koordinat yang dipasang pada partikel bebas, atau yang bergerak dengan kecepatan konstan terhadap partikel bebas, akan menjadi sistem referensi inersia.

Hukum pertama Newton (hukum inersia)

Jika sebuah partikel bebas, maka ia memiliki momentum konstan terhadap kerangka acuan inersia.

Hukum dan momentum pertama Newton. Sumber: buatan sendiri.

Latihan terselesaikan

Latihan 1

Keping hoki 160 gram meluncur di gelanggang es dengan kecepatan 3 km / jam. Temukan momentumnya.

Larutan

Massa piringan dalam kilogram adalah: m = 0,160 kg.

Kecepatan dalam meter selama sekon: v = (3 / 3.6) m / s = 0.8333 m / s

Besar gerak atau momentum p dihitung sebagai berikut: p = m * v = 0,1333 kg * m / s,

Latihan 2

Gesekan pada cakram anterior dianggap nol, jadi momentum dipertahankan selama tidak ada yang mengubah jalur lurus cakram. Namun, diketahui bahwa dua gaya bekerja pada piringan: berat piringan dan kontak atau gaya normal yang diberikan lantai padanya.

Hitung nilai gaya normal dalam newton dan arahnya.

Larutan

Karena momentum dipertahankan, gaya resultan pada keping hoki harus nol. Bobot menunjuk ke bawah secara vertikal dan valid: P = m * g = 0,16 kg * 9,81 m / s²

Gaya normal harus melawan berat, sehingga harus mengarah ke atas secara vertikal dan besarnya akan menjadi 1,57 N.

Artikel yang menarik

Contoh hukum Newton dalam kehidupan nyata.

Referensi

1. Alonso M., Finn E. Fisika volume I: Mekanika. 1970. Fondo Educativo Interamericano SA
2. Hewitt, P. Ilmu Fisika Konseptual. Edisi kelima. Pearson. 67-74.
3. Muda, Hugh. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. Edisi ke-14 Pearson. 105-107.