Apa Itu Hukum Newton?

Seseorang pernah berkata pada saya, 

"Fisika itu pelajaran hitung-hitungan!"

"Rumusnya banyak!"

Well, saya nggak mau bilang dia salah. Tapi, dia juga nggak sepenuhnya benar. Fisika memang penuh dengan rumus matematis, karena Matematika sendiri adalah bahasa Fisika. Tetapi, yang paling penting dari Fisika sendiri adalah....

Konsep.

Tanpa konsep, nggak akan ada rumus-rumus yang kita pusingkan sekarang. Tanpa konsep, nggak akan ada penjelasan tentang fenomena alam lainnya. Tanpa konsep, Fisika hanya jadi pelajaran yang nyaris nggak ada bedanya dengan Matematika.

Kita masuk ke satu contoh bab. Sebut saja tentang Hukum Newton. Rumusnya memang cuma satu: F = ma. Beres. Kayaknya, dengan menguasai rumus itu, kita juga sudah menguasai Hukum Newton dan bab yang berkaitan dengan dinamika gaya lainnya.

Salah besar!

Definisi "paham"-mu belum bisa dibilang paham kalau kamu belum bisa jawab pertanyaan ini:

1. Mengapa besar percepatan berbanding terbalik dengan massa?
2. Ketika mobil mengerem mendadak, ke arah manakah sebuah benda akan jatuh?
3. Jika terdapat gaya luar sebesar 100 Newton dan gaya gesek sebesar 100 Newton juga, apakah keduanya termasuk sepasang gaya aksi-reaksi?
4. Apakah benda bisa mengerjakan gaya pada dirinya sendiri?

Di sinilah konsep benar-benar diperlukan. Jadi, Fisika bukan sekadar rumus yang harus dihafal!

Mari kita bahas tentang Hukum Newton alias hukum yang mempelajari tentang gerak. Saya jelaskan menurut pengetahuan saya.

HUKUM I NEWTON

Zaman dulu, orang-orang mengira bahwa benda yang bergerak memiliki kecenderungan untuk berhenti pada suatu titik, misalnya saja bola yang ditendang. Setelah beberapa lama, bola itu akan melambat dan akhirnya berhenti. 

Namun, Galileo Galilei menentang pendapat tersebut. Beliau mencetuskan bahwa sebenarnya benda memiliki kecenderungan untuk menentang perubahan gerakan, yang sekarang kita kenal sebagai kelembaman atau inersia.

Kemudian, berdasarkan argumen Galileo, Isaac Newton mematenkan suatu teori yang kita gunakan hingga sekarang. Isinya kurang lebih seperti ini:

Jika tidak ada gaya luar yang bekerja, benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan.

Salah satunya adalah gerak satelit di luar angkasa. Satelit tidak mengalami gaya yang searah dengan kecepatan (gaya yang dialami hanyalah gaya sentripetal yang tegak lurus dengan arah kecepatan). Oleh karena itu, satelit hanya mengorbit dengan kecepatan konstan.

Contoh yang kedua adalah ketika mobil mengerem mendadak, kita akan terdorong ke depan. Mengapa? Karena tubuh kita punya kecenderungan mempertahankan keadaan asalnya, yaitu bergerak ke depan. Ketika mobil mengalami perlambatan secara tiba-tiba, kita masih bergerak ke depan. Oleh karena itu, kita terdorong ke depan.

Berdasarkan teori tersebut, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan:

1.  Hukum I Newton sebenarnya menjelaskan apa yang terjadi ketika tidak ada gaya luar yang bekerja, bukan ketika resultan atau total gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol. Ya, memang, pada akhirnya formula sigma F = 0 akan digunakan dalam kondisi tertentu.
2. Dapat dikatakan bahwa semakin besar massa, inersia benda tersebut semakin besar. (Bukan momen inersia!)
3. Berdasarkan prinsip ini, benda tidak bisa mengerjakan gaya pada dirinya sendiri, karena sifat alami benda yaitu tetap mempertahankan keadaannya. Seandainya benda bisa mengerjakan gaya pada diri sendiri, benda itu akan mengalami percepatan dan mengubah geraknya sendiri. Memang, ada gaya antarpartikel di dalam suatu benda, namun gaya-gaya tersebut saling meniadakan sehingga resultannya nol.

HUKUM II NEWTON

Hukum Newton ini menjelaskan tentang benda yang sedang bergerak dengan percepatan konstan.

Sekarang, coba pikirkan, ada sebuah balok bermassa 10 kilogram, lalu didorong dengan gaya konstan 50 N. Yang kedua, dengan balok yang sama, cobalah dorong dengan gaya sebesar 100 N. Mana yang lebih mudah bergerak atau mulai mengalami percepatan? Tentu gaya yang 100 N! Kita bisa menyimpulkan bahwa besar percepatan berbanding lurus dengan besarnya resultan gaya.

Yang kedua, dengan besar gaya yang sama, kita dorong satu balok bermassa 10 kg dan satu balok lain bermassa 30 kg. Mana yang lebih mudah bergerak? Tentu yang 10 kg. Hal ini sesuai dengan Hukum I Newton. Besar percepatan berbanding terbalik dengan massa benda. Semakin besar massa suatu benda, semakin susah benda tersebut untuk bergerak.

(sumber: precidentphysic.blogspot.co.id)

Itulah asal-usul rumus yang kita kenal sekarang: sigma F = ma.

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan:

1. Rumus "ma" menyatakan resultan gaya yang bergerak pada arah tertentu. Jadi, misalkan ada gaya dorong (F) dan gaya gesek (fg) pada suatu balok, maka yang benar adalah F-fg = ma, bukan F = ma. Rumus ini harus diperlakukan untuk sistem.
2. Rumus ini hanya bisa diperlakukan untuk benda yang mengalami percepatan konstan. Jika percepatan berubah selama selang waktu tertentu, harus diselesaikan menggunakan pendekatan kalkulus.
3. Rumus ini berlaku jika massa konstan. Jika massa berubah, misalkan pada peristiwa fusi atau fisi, rumus ini tidak bisa digunakan.
4. Rumus ini berlaku jika kecepatan benda jauh lebih kecil dari kecepatan cahaya. Jika benda bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, kita harus menggunakan konsep Relativitas Einstein untuk menjelaskan gerak benda ini.
5. Bersesuaian dengan Hukum I Newton dan Hukum II Newton, gaya adalah pemicu perubahan gerak benda, bukan yang membuat benda bergerak. Jika tidak ada gaya, benda masih bisa bergerak dengan percepatan konstan. Pertanyaannya, apakah benda bisa bergerak tanpa gaya apa pun? Bisa, tapi percepatannya pasti nol.

HUKUM III NEWTON

Suatu gaya memiliki pasangannya. Gaya yang dikerjakan ini disebut gaya aksi, dan gaya yang timbul akibat gaya aksi ini disebut gaya reaksi. Oleh karena itu. sepasang gaya tersebut dinamakan gaya aksi-reaksi.

Hal-hal yang harus diperhatikan:

1. Gaya aksi-reaksi besarnya sama dan arahnya berlawanan.
2. Gaya aksi dan gaya reaksi bekerja pada benda yang berbeda.

Misalkan saja kita memukul tembok, lalu kita merasa kesakitan. Mula-mula, tangan kita mengerjakan gaya aksi pada tembok. Kemudian, tembok tersebut mengerjakan gaya reaksi kepada tangan kita. Gaya aksi bekerja pada tembok dan gaya reaksi bekerja pada tangan. Kedua gaya bekerja pada dua benda yang berbeda. Oleh karena itu, peristiwa ini memenuhi Hukum III Newton.

Selanjutnya, ada suatu buku di atas tanah. Buku mengerjakan gaya gravitasi atau gaya tarik-menarik pada Bumi, dan gaya reaksinya adalah Bumi mengerjakan gaya gravitasi pada buku. Jadi, sebenarnya Bumi tertarik karena gaya gravitasi antara Bumi dan buku, hanya saja percepatannya sangat kecil sehingga kita tidak dapat merasakan pergerakan Bumi.

Sebenarnya, Hukum Newton ini nyaris nggak ada rumus. Hanya saja, kita perlu menguasai konsep agar dapat menjelaskan keadaan sehari-hari.