Hukum II Newton

HUKUM II NEWTON

Hukum II Newton menyatakan bahwa “Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya”. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya. Untuk di ingat bahwa gaya yang mengenai bneda diam mennyebabkan benda bergerak. Gaya yang mengenai benda bergerak menyebabkan benda bergerak lebih cepat, lebih lambat, atau berubah arah.

Persamaan Matematis Hukum II Newton

Misalkan kita mendorong sebuah kotak di atas lantai licin (gaya gesek diabaikan) dengan gaya F, ternyata dihasilkan percepatan sebesar a. Saat gaya dorong terhadap kotak kita perbesar menjadi dua kali semula (2F), ternyata percepatan yang dihasilkan juga dua kali semula (2a). Ketika gaya dorong kita tingkatkan menjadi tiga kali semula (3F), ternyata percepatan yang dihasilkan juga menjadi tiga kali semula (3a). Jadi, dapat disimpulkan bahwa percepatan berbanding  lurus dengan besarnya resultan gaya yang bekerja pada suatu benda (a ~ f).

Percobaan untuk mengetahui pengaruh resultan gaya terhadap percepatan, dengan gaya diubah-ubah dan menjaga massa tetap.

Sekarang, taruhlah sebuah kotak (dengan massa sama) di atas kotak yang tadi kita dorong (massa kotak menjadi 2 kali semula (2m)). Ternyata dengan gaya F dihasilkan percepatan yang besarnya setengah percepatan semula ( ½ a). Kemudian tambahkan lagi sebuah kotak (dengan massa sama) di atas kotak yang tadi kita dorong (massa menjadi 3 kali semula).

Percobaan untuk mengetahui pengaruh resultan gaya terhadap percepatan, dengan menjaga gaya tetap dan massa diubah-ubah

Ternyata dengan gaya F dihasilkan percepatan yang besarnya sepertiga percepatan semula     ( 1/3a). Jadi, dapat disimpulkan bahwa percepatan berbanding terbalik dengan massa benda.

Sehingga Hukum II Newton tersebut dirumuskan secara matematis dalam persamaan :

dengan:                                

a = percepatan (m/s²)

m = massa benda (kg)

ΣF = resultan gaya (N)

Aplikasi hukum II Newton dalam kehidupan sehari-hari :
1. Mengambil air dari dalam sumur menggunakan katrol.
Pada saat mengambil air dari dalam sumur kita memberikan gaya pada katrol dengan menarik tali yang menhubungkan katrol. Gaya inilah yang akan menggerakkan katrol, seperti yang ditunjukka pada gambar di atas.
2. Lift yang bergerak naik turun
Sebelum bergerak baik naik maupun turun lift dalam keadaan diam. Kemudian lift diberi gaya yang mengakibatkan lift mengalami percepatan.

Contoh soal hukum II Newton :
1. Sebuah balok dengan massa 1 kg yang awalnya diam, diberi gaya 1 Newton sehingga balok bergerak dengan kecepatan 10 m/s selama 2 detik. Tentukan percepatan balok selama bergerak !
Diketahui        : m = 1 Kg

 t  = 2 s
v1= 0 m/s
v2= 10 m/s
 F = 1 N

 a = ∆V/∆t 

    = (10m/s)/(2s)  = 5 m/s2 

Ditanya           : a . . . . . . . . ?
jawab :
                   a = ∑F/m
                   a = 1 N/1 kg
                   a = 1  m/s2

2. Sebuah benda bermassa 2 kg ditarik dengan gaya 15 Newton searah dengan gerak benda. Tentukan percepatan benda jika gaya gesekan antara benda dan lantai 1 Newton !
Diketahui        : m = 2 kg
                          F  = 15 N
                          fg = 1 N

ditanya             : a . . . ?
jawab               :
                          F – fg = m a
                         15 – 1 = 2 a
                         14 = 2a
                           a = 14/2
                           a = 7  m/s2

REFERENSI

Benjamin Crowell (2000), Newtonian Physics

Holzner, Steven (2005-2012). Physics for Dummies. Wiley, John & Sons, Incorporated. hlm. 64

Andrew Motte translation of Newton's Principia (1687) Axioms or Laws of Motion

TEORI KINETIK GAS HUKUM BOYLE

TEORI KINETIK GAS

HUKUM BOYLE

       TUJUAN : Untuk mengetahui hubungan antara tekanan dan volume pada suhu tetap

Teori kinetik gas

Teori kinetik gas memberikan jembatan antara tinjauan gas secara mikroskopik dan makrokospik. Hukum-hukum gas seperti hukum Boyle, Charles, dan Gay Lussac, menunjukkan hubungan antara besaran-besaran mikrokospik dari berbagai macam proses serta perumusannya. Kata kinetik berasal dari adanya anggapan bahwa molekul-molekul gas selalu bergerak.

Dalam teori kinetik gas, kita akan membahas tentang perilaku partikel-partikel gas dalam ruang yang terbatas. Partikel-partikel gas ini kita anggap sebagai sebuah bola yang selalu bergerak. Tiap-tiap partikel bergerak dengan arah sembarang dan dimungkinkan terjadi tumbukan antar masing-masing partikel atau antara partikel dengan dinding ruang. Tumbukan yang terjadi tersebut berupa tumbukan lenting sempurna. Dengan sifat tumbukan yang demikian, maka tidak ada proses kehilangan energi yang dimiliki partikel gas pada saat terjadi tumbukan.

Hukum Boyle

Hukum Boyle, yaitu hukum fisika yang menjelaskan bagaimana kaitan antara tekanan dan volume suatu gas. Penemu hukum boyle adalah Robert Boyle (1627-1691), dia melakukan penelitian untuk mengetahui hubungan antara tekanan dan volume gas pada suhu yang konstan. Dari hasil penelitiannya, Robet Boyle menemukan bahwa hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruangan tertutup adalah tetap/konstan.

Hukum boyle ditemukan oleh Robert Boyle yang menyelidiki pengaruh tekanan terhadap volume gas pada suhu tetap. Pernyataan Robert Boyle dikenal dengan Hukum Boyle, yang berbunyi :

“Pada suhu tetap, tekanan gas di dalam ruang tertutup berbanding terbalik dengan volumenya”

Dari hukum Boyle tersebut berarti hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah konstan (tetap) asalkan suhu gas tetap.

Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, Robert Boyle menemukan bahwa apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah. Istilah kerennya tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas.

Hubungan antara tekanan dan volume pertama kali dicatat oleh ilmuwan amatir, Richard Towneley dan Henry Power. Boyle mengkonfirmasi penelitian dan eksperimen mereka dan menerbitkan hasilnya. Berdasarkan keterangan dari Robert Guntherdan otoritas lain, saat itu adalah asisten Boyle, Robert Hooke, yang membuat peralatan eksperimen. Hukum Boyle adalah berdasarkan dari eksperimen dengan udara, dimana ia mempertimbangkan adanya partikel fluida di tengah mata air yang tidak terlihat. Saat itu, udara masih terlihat sebagai satu dari empat elemen, tetapi Boyle tidak setuju. Minat Boyle kemungkinan adalah untuk mengerti bahwa udara adalah bagian penting dalam hidup;^[4] ia mempublikasikan sebagai contoh pertumbuhan tumbuhan tanpa udara.^[5] Fisikawan Perancis, Edme Mariotte (1620-1684) juga menemukan hukum yang sama secara terpisah dengan Boyle tahun 1676, tetapi Boyle telah mempublikasikan hukum tersebut tahun 1662. Jadi, hukum ini, kemungkinan, secara tidak tepat, direferensikan juga merupakan hukum Mariotte, atau Hukum Boyle-Mariotte. Kemudian, pada tahun 1687, diPhilosophiæ Naturalis Principia Mathematica, Newton, menunjukkan, secara matematis, jika fluida elastis berisi sisa partikel, di tengah kekuatan repulsif dengan proporsional terbalik kepada jaraknya, kepadatannya secara proporsional langsung kepada tekanan,^[6] tetapi risalah matematisnya bukan penjelasan secara fisika terhadap hubungan pengamatan. Daripada teori statis, teori kinetis dibutuhkan, dimana ditemukan oleh Maxwell dan Boltzmann.

Persamaan matematis untuk Hukum Boyle

                                            p v = k

dimana:  p berarti sistem tekanan.

V berarti volume udara.

k adalah jumlah konstan tekanan dan volume dari sistem tersebut.

Selama suhu tetap konstan, jumlah energi yang sama memberikan sistem persis selama operasi dan, secara teoritis, jumlah k akan tetap konstan. Akan tetapi, karena penyimpangan tegak lurus diterapkanm, kemungkinan kekuatan probabilistik dari tabrakan dengan partikel lain, seperti teori tabrakan, aplikasi kekuatan permukaan tidak mungkin konstan secara tak terbatas, seperti jumlah k, tetapi akan mempunyai batas dimana perbedaan jumlah tersebut terhadap a.

Kekuatan volume v dari kuantitas tetap udara naik, menetapkan udara dari suhu yang telah diukur, tekanan p harus turun secara proporsional. Jika dikonversikan, menurunkan volume udara sama dengan meninggikan tekanan.

Hukum Boyle biasa digunakan untuk memprediksi hasil pengenalan perubahan, dalam volume dan tekanan saja, kepada keadaan yang sama dengan keadaan tetap udara. Sebelum dan setelah volume dan tekanan tetap merupakan jumlah dari udara, dimana sebelum dan sesudah suhu tetap (memanas dan mendingin bisa dibutuhkan untuk kondisi ini), memiliki hubungan dengan persamaan:

                                                     p' v' = p v

Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay Lusaac menghasilkan hukum kombinasi udara. Tiga hukum udara tersebut berkombinasi dengan Hukum Avogadrodan disamaratakan dengan hukum udara ideal.