MEKANIKA NEWTON

A. Mekanika Newton dan Klasifikasinya

Berabad-abad masalah gerak dan penyebabnya menjadi topik utama dalam

filsafat alami (nama lama untuk fisika). Baru kemudian, dengan kemunculan Galileo dan

Newton, diperoleh kemajuan yang nyata. Isaac Newton (1642-1727) dilahirkan di

Inggris, memberikan hasil dari ide Galileo dan Aristoteles, melalui ketiga hukumnya

(pertama kali dikemukakan tahun 1686), dalam buku Philosophiae Naturalis Principia

Mathematica. (Halliday.1978:107). Dalam volume ke tiga karyanya, dia menunjukan

bagaimana penggabungan Hukum gravitasi universal dan hukum gerak newton ini, dapat

menjelaskan Hukum gerakan planet Kepler.

Mekanika klasik adalah bagian dari ilmu fisika mengenai gaya yang bekerja

pada benda. Sering dinamakan "mekanika Newton" dari Newton dan hukum gerak

Newton.. Bahkan pada benda yang tampak tak bergerak pun masih dapat dikaitkan

dengan mekanika. Mekanika juga pernah dianggap sebagai landasan bagi semua cabang

ilmu fisika lainnya. Kalaupun sekarang orang tidak lagi berpendapat demikian,

kenyataannya masih cukup banyak gejala yang berhasil diklasifikasikan atas dasar

mekanis.

Prinsip utama dalam mekanika adalah pengakuan bahwa “gerak suatu benda

dipengaruhi oleh benda-benda disekitarnya”. Pengaruh lingkungan ini dengan mudah

dapat diamati, misalnya, pada gerak sepotong kapur yang dilemparkan ke dinding kelas.

Mula-mula kapur mengalami gerak peluru sebagai akibat tarikan bumi. Gerak berlintasan

parabola itu dibelokkan oleh dinding dan jatuh tergelatak diam di atas lantai.

Mekanika newton dibagi-bagi kedalam klasifikasinya. Bedasarkan tahapan-

tahapannya, mekanika newton dimulai dengan tahap Kinematika yang mempelajari

tentang benda bergerak, kemudian tahap Dinamika membahas tentang gaya yang

mempengaruhi gerak benda. Beberapa puluh tahun lalu sering pula dikemukakan tahap

statika yang mempelajar tentang benda diam. Tetapi sekarang orang memandangnya

sebagai bagian khusus dari dinamika. Sering pula klasifikasi mekanika didasarkan pada

jenis sistemnya. Sehingga dikenal juga mekanika benda titik, mekanika benda tegar dan

mekanika fluida.

1

Mekanika klasik dipahami sebagai mekanika yang berdasarkan hukum newton.

Namun yang masih perlu digarisbawahi adalah hukum-hukum itu dirumuskan dalam

mekanika partikel, jadi untuk sistem yang berupa titik massa. Tetapi hal tersebut bukan

merupakan pembatasan mutlak, yang disebabkan oleh dua hal.

Pertama, benda-benda besar seringkali cukup diperlakukan sebagai titik massa,

yakni jika ukurannya tidak perlu diperhitungkan akibat dari toleransi ketidaktelitian

pengukuran lebih besar daripada ukuran benda itu sendiri. Misalnya suatu mobil yang

sedang berjalan dari Bandung ke Jakarta berada pada km 64,7. Pernyataan tersebut

menyatakan toleransi ketidaktelitian sebesar 0,1 km yang jauh lebih besar dari ukuran

mobil itu sendiri. Sehingga mobil itu telah diperlakukan sebagai titik.

Kedua, jika system yang ditinjau bukan benda titik, maka benda dilihat tersusun

dari banyak sekali bagian-bagian sangat kecil. Masing-masing bagian berupa benda titik

yang ssemuanya mengikuti hukum newton. Sehingga saat membicarakan mekanika

benda-benda makro, landasan semuanya sama, yakni hukum newton.

B. Keterbatasan dan Kegunaan Mekanika Newton

Sejauh manakah tingkat kebrthasilan mekanika newton? Ada baiknya jika

pertanyaan ini dijawab dengan menyimak perjalanan sejarahnya. Hukum newton

memiliki sifat sederhana, simetris dan lengkap. Kemudian suksesnya dalam menjelaskan

gerak benda-benda langit juga perannya dalam kehidupan sehari-hari, pernah membuat

banyak orang menaruh kepercayaan yang praktis mutlak pada hukum newton.

Namun mulai abad ke 19, ditemukan gejala-gejala alam yang tidak tepat dengan

hukum newton terutama pada benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati

kecepatan cahaya. Bertambahnya penemuan-penemuan ini kemudian meyadarkan orang

pada kenyataan, mekanika newton tidaklah mutlak. Sehingga perlu perlu dilakukan

koreksi-koreksi yang akhirnya melahirkan mekanika relativistik. Koreksi lain dilakukan

berdasarkan sistemnya. Dalan tinjauan partikel-partikel berukuran sangat kecil yang

akhirnya melahirkan mekanika kuantum.

Dengan keterbatasan yang dimilikinya, ada beberapa alasan mengapa mekanika

newton tetap dipelajari. Pertama, mekanika newton lahir berdasarkan pengamatan

kejadian sehari-hari, pengamatan pada benda-benda berukuran makro, pada kecepatan

2

jauh di bawah kecepatan cahaya. Sehingga mekanika newton memiliki ketepatan yang

besar bila diberlakukan pada kategori yang sama.

Namun kurang tepat bila ketepatan mekanika newton diberlakukan pada daerah-

daerah berkecepatan tinggi ataau pada system mikroskopis. Tetapi ada syarat penting

bagi rumusan-rumusan baru untuk dapat dianggap sebagai perbaikan mekanika newton.

Yaitu selain rumusan tersebut benar di daerah dimana mekanika newton gagal, rumusan

trsebut juga harus benar di daerah keberlakuan mekanika newton yang berarti hasil dari

rumusan-rumusan baru itu harus sama dengan hasil mekanika newton pada kejadian

biasa. Syarat ini sering disebut prinsip korespondensi yang sering diuangkap “ rumusan-

rumusan tersebut harus mempunyai mekanika newton sebagai batas klasiknya”. Prinsip

ini menjadi terkenal ketika diungkapkan oleh Niels Bohr pada saat awl perkembangan

mekanika kuantum. Jadi, dalam mempelajari mekanika kuantum ataupun mekanika

relativistic, pada umumnya titik tolaknya adalah mekanika newton.

Alasan kedua adalah pada kenyataannya mekanika kuantum ataupun meanika

relativistic lebih rumit daripada mekanika newton. Sehingga menurut prinsip

korespondensi, mekanika newton boleh dipakai apabila bekerja dalam daerah

keberlakuannya. Kerumitan mekanika kuantum dan relativistic membuat mekanika

newton menjadi satu-satunya pilihan logis sebagai alat kerja pada hal-hal biasa.

Selain dua alasan diatas, hukum newton juga menjadi acuan untuk hukum

elektrostatika coulomb dan hukum gravitasi.

C. Hukum-hukum Newton

1. Hukum I Newton

Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju

tetap sepanjang garis lurus (percepatan nol), kecuali terdapat gaya total pada

benda tersebut.

Secara matematis, Hukum I Newton dapat dinyatakan sebagai berikut :

ΣF=0

Benda yang diam dan benda yang melakukan GLB mempunyai kesamaan percepatan =0

Kecenderungan suatu benda untuk tetap bergerak atau mempertahankan keadaan

diam dinamakan inersia. Karenanya, hukum I Newton dikenal juga dengan julukan

Hukum Inersia atau Hukum Kelembaman.Sifat lembam ini dapat kita amati, misalnya

ketika mengeluarkan saus tomat dari botol dengan mengguncangnya. Pertama, kita

3

memulai dengan menggerakan botol ke bawah; pada saat kita mendorong botol ke atas,

saus akan tetap bergerak ke bawah dan jatuh pada makanan.

Kecenderungan sebuah benda yang diam untuk tetap diam juga diakibatkan oleh

inersia atau kelembaman. Misalnya ketika kita menarik selembar kertas yang ditindih

oleh tumpukan buku tebal dan berat. Jika lembar kertas tadi ditarik dengan cepat, maka

tumpukan buku tersebut tidak bergerak.

Contoh lain yang sering kita alami adalah ketika berada di dalam mobil. Apabila

mobil bergerak maju secara tiba-tiba, maka tubuh kita akan sempoyongan ke belakang,

demikian juga ketika mobil tiba-tiba direm, tubuh kita akan sempoyongan ke depan. Hal

ini diakibatkan karena tubuh kita memiliki kecenderungan untuk tetap diam jika kita

diam dan juga memiliki kecenderungan untuk terus bergerak jika kita telah bergerak.

Perlu diingat bahwa yang terjadi pada Hukum Pertama Newton adalah gaya

total. Sebagai contoh (perhatikan gambar di bawah), sebuah kotak yang diam di atas

meja datar akan memiliki dua gaya yang bekerja padanya, yakni : gaya ke bawah akibat

gaya gravitasi dan gaya dorong ke atas oleh permukaan meja. Dorongan ke atas dari

permukaan meja, hanyalah sebesar gaya tarik ke bawah akibat gravitasi, jadi gaya total

yang dialami buku adalah nol. Ingat bahwa besarnya gaya tersebut sama namun memiliki

arah yang berlawanan sehingga saling menghilangkan. Karena besarnya gaya total = 0,

buku tersebut berada dalam kesetimbangan, yang membuatnya diam alias tidak bergerak

(benda bergerak dari keadaan diam jika gaya total tidak nol/jika ada gaya total. Pada

kasus benda yang sedang bergerak, apabila gaya total nol maka benda bergerak dengan

laju tetap). Gaya ke atas dari permukaan disebut Gaya Normal (N), karena arahnya

normal atau tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan. Mengenai Gaya Normal

akan kita bahas pada topik khusus.

Catatan penting : Gaya yang ditunjukan dalam gambar hanya besarnya saja,

dan antara gaya normal dan gaya berat bukan hubungan aksi reaksi (Hukum

4

III Newton), karena aksi reaksinya mereka(gaya normal dan gaya berat .red)

memiliki pasangan masing-masing.

Tahukah anda ?

Hukum Pertama Newton telah dibuktikan oleh para astronout pada saat berada

di luar angkasa. Ketika seorang astronout mendorong sebuah pensil (pensil mengambang

karena tidak ada gaya gravitasi),pensil tersebut bergerak lurus dengan laju tetap dan

baru berhenti setelah menabrak dinding pesawat luar angkasa. Hal ini disebabkan karena

di luar angkasa tidak ada udara, sehingga tidak ada gaya gesek yang menghambat gerak

pensil tersebut.

5

2. Hukum II Newton

Percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan masanya dan sebanding dengan

gaya eksternal yang bekerja padanya. ( Tipler, 1991. h. 88)

3. Hukum III Newton

KETERANGAN GAMBAR 

1. Gaya aksi reaksi terjadi secara

berpasangan, arahnya berlawanan,

besarnya sama, dan bekerja pada

benda yang berbeda. 2. Terdapat

tiga pasangan aksi-reaksi yang

berarah horizontal pada gambar

diatas. Pertama, pasangan aksi-

reaksi gaya aksi dorongan Anda

(panah merah sedang) dengan gaya

reaksi dorongan balik balok pada

Anda (biru sedang). Kedua, pasangan

aksi-reaksi gaya aksi kaki Anda pada

tanah (panah biru panjang) dan gaya

reaksi tanah pada Anda (merah 6

panjang). Ketiga gaya aksi balok pada tanah (merah pendek) dan

gaya reaksi tanah pada balok (biru pendek). Gaya reaksi tanah pada

benda juga dikenal sebagai gaya gesekan. 3. Terdapat dua gaya pada

balok B yakni gaya dorong Anda (merah) dan gaya gesek (biru).

Karena gaya merah (ke kanan) lebih besar daripada gaya biru (ke kiri)

maka ada resultan gaya ke kanan.

"To every Action there is always opposed an equal Reaction?" - Isaac Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

Ada pepatah mengatakan "Tak kenal maka tak sayang".

Pepatah ini tak hanya berlaku untuk para remaja yang sedang jatuh

cinta akan tetapi juga berlaku buat para pelajar yang sedang belajar

fisika. Sudahkah Anda mengenal hukum aksi-reaksi atau hukum ketiga

Newton? Tentu saja sudah! Gaya aksi sama dengan (min) Gaya reaksi

atau F aksi = -F reaksi. Itulah jawaban yang paling sering didengar

kalau seseorang bertanya mengenai bunyi hukum tersebut. Jawaban

ini tidak hanya salah tempat karena merupakan persamaan

matematika (bukan pernyataan) akan tetapi juga dapat menimbulkan

kesalahpahaman konsep. Ibarat mengenal seseorang, hanya namanya

saja.

Kita tidak akan menghafalkan bunyi hukum aksi-reaksi karena

pelajaran fisika bukanlah pelajaran menghafal bait-bait Shakespeare

atau menghafal lagu-lagu wajib nasional. Kita akan berkenalan dengan

hukum tersebut melalui pendekatan konsep dan aplikasi sehari-hari.

Mari kita mengenal hukum aksi-reaksi secara benar! Hukum aksi-

reaksi menjelaskan tentang interaksi antara dua benda. Newton

menyadari bahwa gaya tidak bisa muncul dengan sendirinya. Gaya

selalu muncul secara berpasangan.

Jika sebuah benda A memberikan gaya kepada benda B (F[A

pada B]) maka benda B akan memberikan gaya kepada benda A

dengan arah yang berlawanan (F[B pada A]) dan bernilai sama besar

(lihat gambar 1). Perhatikan bahwa gaya yang disebabkan oleh A (F[A

pada B]) berada/bekerja pada benda B (panah merah). Sebaliknya

gaya yang disebabkan oleh B (F[B pada A]) berada pada benda A

(biru).

7

Kedua gaya ini berpasangan dan berlawanan arah tetapi tak

saling meniadakan karena tidak bekerja pada benda yang sama.

Mereka bekerja pada benda yang berbeda. Gaya mana yang

merupakan gaya aksi dan reaksi tidak menjadi masalah.

Sekarang gantilah benda A dengan Anda! Anda sedang mendorong

sebuah benda B yang memiliki roda dibagian bawah (lihat gambar 2).

Dorongan kaki Anda membuat Anda dan benda B bergerak ke kanan.

Bagaimana menjelaskan fenomena tersebut menurut hukum aksi-

reaksi? Untuk menjelaskan mengapa balok B bergerak kita hanya

melihat gaya-gaya yang bekerja pada balok B saja (lihat gambar 3).

Ada dua gaya yang bekerja pada balok B yakni gaya dorongan tangan

Anda (panah merah sedang) dan gaya dorongan balik tanah pada

balok B (biru kecil). Perhatikan bahwa kedua gaya ini bukan

merupakan pasangan aksi-reaksi karena bekerja pada benda yang

sama! Gaya ini berlawanan arah. Oleh karena gaya dorong tangan

lebih besar daripada gaya gesek tanah maka ada resultan gaya ke

arah gaya dorong, yakni ke kanan.

Hal yang sama dapat kita lakukan untuk menjelaskan

pergerakan Anda ke kanan. Pada diri Anda bekerja dua gaya yakni

gaya dorong balik balok (biru sedang) dan gaya gesek tanah (merah

panjang). Karena gaya gesek tanah lebih besar maka Anda terdorong

ke kanan. Jika gaya dorong balok (merah sedang) lebih kecil daripada

gaya gesek tanah maka balok tidak bergerak. Itu sebabnya digunakan

roda. Roda akan memperkecil gaya gesek sehingga balok lebih mudah

digerakkan. 

Sekarang kita tahu mengapa kuda yang menarik kereta tidak bisa

menipu kusirnya dengan dalih hukum ketiga bahwa sekuat apapun

kuda menarik kereta maka kereta akan menarik kuda dengan gaya

yang sama dan berlawanan. Jelas sang kuda keliru! Gaya aksi-reaksi

harus bekerja pada dua benda yang berbeda sehingga mereka tidak

saling meniadakan pada benda yang sama. Gaya yang bekerja pada

kuda adalah gaya gesek tanah dan gaya tarik kereta. Keduanya bukan

gaya aksi reaksi karena sama-sama bekerja pada kuda (satu benda).

Jika gaya gesek tanah lebih besar (artinya kuda harus mendorong

tanah dengan gaya yang kuat) daripada gaya gesek tanah maka kuda

akan memiliki gaya netto dan iapun bergerak bersama kereta (ingat

8

kereta memiliki roda jadi gaya gesek kereta kecil dibandingkan gaya

tarik kuda).

Mari kita berimajinasi lagi! Saat kita diam sambil berdiri diatas

tanah ada dua gaya vertikal yang bekerja pada kita, yakni gaya berat

(-mg) ke arah bawah/bumi dan gaya normal tanah (mg) ke atas.

Keduanya saling menimbangi dan bernilai sama. Apakah keduanya

merupakan gaya aksi reaksi? Tentu tidak! Mereka bekerja pada benda

yang sama (pada Anda). Lalu siapakah pasangan gaya berat pada

tubuh Anda? Ia harus bekerja pada benda lain. Benda itu adalah bumi.

Benar! Bumi yang besar sedang ditarik oleh Anda tapi karena massa

Anda yang menyebabkan gaya F (-m g), sangat sangat kecil

dibandingkan massa Bumi maka percepatan yang diterima Bumi

sangatlah kecil (a = F/M = (m g)/M, M bumi sangat besar). Keberadaan

gaya normal yang merupakan reaksi dari gaya aksi benda yang

menyentuh tanah menjelaskan mengapa Anda diam diatas tanah dan

tidak menembus bumi! Karena resultan gaya Anda nol maka tentu saja

Anda tidak menghilang dalam tanah atau terbang ke atas!

Gaya gesek memainkan peranan yang sangat penting

meskipun kita seringkali tidak menyadarinya. Gaya gesek inilah yang

sebenarnya membuat kita dapat berjalan dan mobil dapat bergerak.

Kita berjalan dengan mendorong tanah kebelakang menggunakan kaki

kita! Gaya kaki ini bekerja pada tanah.

Sebagai reaksinya tanah akan mendorong kita kedepan dan

kitapun berjalan tanpa berterimakasih?untung saja kita tidak berpijak

pada es yang sangat licin karena gaya geseknya bisa amat kecil

sehingga menyulitkan kita untuk terdorong ke depan dengan syarat

kita tidak terjatuh terlebih dahulu.

9

DAFTAR PUSTAKA

Halliday & Resnick. 1994. Fisika edisi ke 3. Saduran. Jakarta: Erlangga.

http: fisika 1\ELHOBELA Web-Blog edukasi.htm

Sears, Zemansky. 1962. Fisika untuk Universitas 1. Saduran bebas.

Chatib, Nabris. Jakarta.

Tipler, Paul. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jilid 1. Alih bahasa.

Prasetio, Lea. Jakarta: Erlangga.

10