Rumus hukum Newton 1, lengkap dengan pengertian, sifat dan contoh soal

Brilio.net - Di kehidupan sehari-hari kita tidak pernah lepas dari konsep gerak. Dahulu orang menganggap suatu gerak terjadi begitu saja tanpa ada yang menggerakkan atau dikenal dengan nama gerak alami. Padahal, ada benda lain yang tidak bisa bergerak tanpa ada perantara dari benda lainnya.

Nah, teori gerak alami ini ternyata dipelopori oleh Aristoteles. Namun seiring berjalannya waktu, Galileo mematahkan teori Aristoteles dengan sebuah percobaan sederhana. Dari percobaan itu, Galileo menyatakan “Jika gaya gesek pada benda tersebut ditiadakan, maka benda tersebut akan terus bergerak tanpa memerlukan gaya lagi”.

Setelah itu, teori Galileo dikembangkan oleh Isaac Newton yang menyatakan, “Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap". Dari perkembangan teori Isaac Newton ini kemudian lahirlah teori hukum Newton 1.

Untuk lebih jelasnya, berikut penjelasan tentang rumus hukum Newton 1, lengkap dengan pengertian, sifat dan contoh soal, dihimpun brilio.net dari berbagai sumber pada Rabu (27/9).

Pengertian hukum Newton 1

foto: freepik.com

Hukum Newton 1 juga dikenal sebagai Prinsip Inersia, merupakan salah satu hukum dasar dalam ilmu fisika yang dirumuskan oleh Sir Isaac Newton pada abad ke-17. Prinsip ini menjelaskan konsep dasar mengenai gerak benda dan merupakan dasar bagi banyak konsep dalam fisika. Pengertian hukum Newton pertama adalah sebagai berikut:

"Hukum Newton pertama, atau Prinsip Inersia, menyatakan bahwa sebuah benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus dengan kecepatan konstan jika gaya total yang bekerja pada benda itu adalah nol."

Dengan kata lain, jika tidak ada gaya eksternal yang bekerja pada suatu benda, maka benda tersebut akan tetap dalam keadaan diam atau akan terus bergerak lurus dengan kecepatan konstan jika awalnya bergerak. Dalam konteks ini, "inersia" mengacu pada sifat benda untuk tetap dalam keadaan bergerak atau diam kecuali ada gaya yang mengubahnya.

Hukum Newton pertama memberikan dasar penting untuk pemahaman mengenai prinsip-prinsip dasar gerak benda, dan ia menjadi landasan untuk hukum-hukum Newton yang lain, seperti Hukum Newton kedua (Hukum Gerak) dan Hukum Newton ketiga (Tindakan dan Reaksi). Prinsip Inersia juga penting dalam pemahaman mengenai gerak benda di alam semesta dan memiliki implikasi yang signifikan dalam bidang fisika klasik.

Rumus hukum Newton 1 (Pertama)

foto: freepik.com

Hukum Newton 1 adalah hukum yang menjelaskan tentang keadaan benda jika tidak dipengaruhi oleh gaya. Hukum ini menyatakan bahwa benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan tetap, kecuali jika ada gaya yang bekerja pada benda tersebut.

Hukum ini juga dikenal sebagai hukum inersia atau kelembaman, karena menunjukkan bahwa benda memiliki sifat untuk mempertahankan keadaannya. Hukum Newton 1 dapat dirumuskan sebagai berikut:

ΣF = 0

Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda adalah nol, berarti ada dua kemungkinan yang dialami benda tersebut yaitu:
- Benda diam (v = 0 m/s)
- Benda bergerak lurus beraturan (v = konstan)

atau

F = ma

Di mana:

F = resultan gaya yang bekerja pada benda (N)
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/s^2)

Jika resultan gaya F sama dengan nol, maka percepatan benda a juga sama dengan nol. Artinya, benda tidak mengalami perubahan kecepatan. Jika benda diam, maka kecepatannya nol dan akan tetap nol. Jika benda bergerak, maka kecepatannya konstan dan akan tetap konstan.

Sifat hukum Newton 1

foto: freepik.com

Sifat hukum Newton 1 adalah sifat kelembaman atau inersia, yaitu sifat benda untuk mempertahankan keadaannya, baik diam maupun bergerak, jika tidak ada gaya yang bekerja padanya. Sifat ini menunjukkan bahwa benda memiliki massa, yaitu ukuran dari kelembaman benda.

Semakin besar massa benda, semakin besar kelembabannya, dan semakin sulit mengubah keadaan benda tersebut. Sifat kelembaman ini dapat diamati dalam berbagai contoh sehari-hari, seperti:

- Ketika kita berada di dalam bus yang sedang bergerak, kita akan merasakan gaya dorong ke depan ketika bus berhenti mendadak. Hal ini karena tubuh kita memiliki kelembaman yang ingin mempertahankan kecepatan awalnya.

- Gaya dorong ini merupakan gaya gesekan antara tubuh dengan kursi bus. Jika tidak ada gaya gesekan ini, maka tubuh akan terus bergerak dengan kecepatan awalnya, sehingga bisa terlempar keluar dari bus.

- Ketika kita melempar sebuah batu ke atas, batu akan naik dengan kecepatan tertentu, kemudian berhenti sejenak di titik tertinggi, lalu turun kembali dengan kecepatan yang sama. Hal ini karena batu memiliki kelembaman yang ingin mempertahankan kecepatannya.

- Ketika batu naik, ada gaya gravitasi yang bekerja ke bawah, sehingga mengurangi kecepatan batu. Ketika batu berhenti, gaya gravitasi dan gaya lemparan saling meniadakan, sehingga resultan gayanya nol. Ketika batu turun, gaya gravitasi kembali bekerja ke bawah, sehingga menambah kecepatan batu. Jika tidak ada gaya gravitasi, maka batu akan terus bergerak lurus dengan kecepatan awalnya.

Contoh soal hukum Newton 1

foto: freepik.com

Soal 1.

Sebuah benda bermassa 2 kg berada di atas meja licin. Benda tersebut ditarik oleh tali yang membentuk sudut 30° dengan arah horizontal. Jika tegangan tali adalah 10 N, berapakah percepatan benda tersebut?

Jawaban:
Gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah seperti pada gambar berikut. Menurut hukum Newton 1, resultan gaya pada benda harus sama dengan hasil kali massa dan percepatan benda. Oleh karena itu, dapat menulis:

ΣFx = ma

Tx - f = ma
Tx = ma + f
Tx = ma + 0 (karena meja licin, tidak ada gaya gesek)
Tx = ma

Substitusikan nilai m dan Tx, maka:
(10) cos 30 = (2)a
8,66 = 2a
a = 4,33 m/s²

Jadi, percepatan benda adalah 4,33 m/s².

Soal 2.

Sebuah bola bermassa 0,1 kg dilempar ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika gaya hambat udara diabaikan, berapakah ketinggian maksimum yang dicapai oleh bola? (g = 10 m/s²)

Jawaban:
Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah seperti pada gambar berikut. Menurut hukum Newton 1, resultan gaya pada bola harus sama dengan hasil kali massa dan percepatan bola:

ΣFy = ma
-mg - f = ma
-mg - f = m(-g) (karena percepatan bola adalah -g ketika mencapai ketinggian maksimum)

-f = 0
f = 0 (karena gaya hambat udara diabaikan)

Substitusikan nilai m dan g, maka:

W = mg
W = (0,1)(10)
W = 1 N

Berat bola adalah 1 N. Untuk mencari ketinggian maksimum, kita dapat menggunakan persamaan gerak:

v² = v0² + 2as

Keterangan:

v = kecepatan akhir (m/s)
v0 = kecepatan awal (m/s)
a = percepatan (m/s²)
s = jarak atau ketinggian (m)

Ketika bola mencapai ketinggian maksimum, kecepatannya nol. Jadi, kita dapat menulis:

0 = (20)² + 2(-10)s
s = -200/-20
s = 10 m

Jadi, ketinggian maksimum yang dicapai oleh bola adalah 10 m.

Soal 3.

Sebuah benda bermassa 3 kg berada di atas meja licin. Benda tersebut ditarik oleh tali yang membentuk sudut 60° dengan arah horizontal. Jika tegangan tali adalah 15 N, berapakah percepatan benda tersebut?

ΣFx = ma
Tx - f = ma
Tx = ma + f
Tx = ma + 0 (karena meja licin, tidak ada gaya gesek)
Tx = ma

Substitusikan nilai m dan Tx, maka:

(15) cos 60 = (3)a
7,5 = 3a
a = 2,5 m/s²
Jadi, percepatan benda adalah 2,5 m/s².

Soal 4

Sebuah bola bermassa 0,2 kg dilempar ke atas dengan kecepatan awal 25 m/s. Jika gaya hambat udara adalah 0,2 N, berapakah ketinggian maksimum yang dicapai oleh bola? (g = 10 m/s²)

Jawaban:
Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah seperti pada gambar berikut. Menurut hukum Newton 1, resultan gaya pada bola harus sama dengan hasil kali massa dan percepatan bola. Dapat dulu ditulis:

ΣFy = ma
-mg - f = ma
-mg - f = m(-g) (karena percepatan bola adalah -g ketika mencapai ketinggian maksimum)
-f = 0
f = 0 (karena gaya hambat udara adalah nol ketika bola berhenti)

Substitusikan nilai m dan g, maka:

W = mg
W = (0,2)(10)
W = 2 N

Berat bola adalah 2 N. Untuk mencari ketinggian maksimum, kita dapat menggunakan persamaan gerak:

v² = v0² + 2as

Keterangan:

v = kecepatan akhir (m/s)
v0 = kecepatan awal (m/s)
a = percepatan (m/s²)
s = jarak atau ketinggian (m)

Ketika bola mencapai ketinggian maksimum, kecepatannya nol. Jadi, kita dapat menulis:

0 = (25)² + 2(-10)s
s = -625/-20
s = 31,25 m

Jadi, ketinggian maksimum yang dicapai oleh bola adalah 31,25 m.

Soal 5.

Seorang anak dengan massa 40 kg berdiri di atas papan seluncur yang bermassa 10 kg. Anak tersebut mendorong tembok dengan gaya 100 N. Jika gaya gesek antara papan seluncur dan lantai adalah 20 N, berapakah percepatan anak dan papan seluncur?

Jawaban:
Gaya-gaya yang bekerja pada anak dan papan seluncur adalah seperti pada gambar berikut. Menurut hukum Newton 1, resultan gaya pada anak dan papan seluncur harus sama dengan hasil kali massa dan percepatan mereka:

ΣFx = ma
F - f = ma
F = ma + f

Substitusikan nilai m, F, dan f, maka:

(100) = (40 + 10)a + (20)
a = 80/50
a = 1,6 m/s²

Jadi, percepatan anak dan papan seluncur adalah 1,6 m/s².