hukum gaya Newton
Isaac Newton menciptakan tiga hukum gerak revolusionernya pada abad ke-17. Salah satu hukum gerak Newton yang paling berpengaruh adalah Hukum Kedua Newton , yang menyatakan bahwa gaya total pada suatu benda sama dengan massa benda dikalikan percepatan benda.
Hukum ini dapat dinyatakan sebagai persamaan:
Gaya = Massa x Percepatan
Atau, lebih sederhananya:
F = ma
Dengan menggunakan tiga hukum gerak Newton dan persamaan kinematik , atau persamaan yang dapat digunakan untuk menjelaskan gerak suatu benda, kita dapat menyelesaikan banyak gaya yang tidak diketahui dan variabel lain pada suatu benda dalam situasi dunia nyata. Persamaan kinematika yang digunakan dalam pelajaran ini adalah:
|
|
masalah sampel
- Sebuah mobil bermassa 250 kg bergerak dengan percepatan tetap 50 m/s 2 . Hitung gaya yang diperlukan untuk menghasilkan percepatan ini. Juga, tentukan percepatan baru mobil jika gaya yang mempercepat mobil dikurangi menjadi 5000 Newton.
Dalam persamaan ini, sebuah mobil dengan massa tertentu mengalami percepatan. Oleh karena itu, kita tahu bahwa kita harus menggunakan Hukum Kedua Newton untuk menyelesaikan soal ini.
Hukum kedua Newton sebagai rumus adalah:
F = m * a
Untuk bagian pertama soal, kita perlu mencari gaya yang menghasilkan percepatan dengan memasukkan nilai:
f = m * w =250*50
Ini menghasilkan kekuatan 12.500 Newton. Juga, pertanyaannya meminta kita untuk menyelesaikan percepatan baru mobil jika gaya turun menjadi 5000 N.
Oleh karena itu, dengan menggunakan persamaan yang sama:
F = m * a
a = F / m
a = 5000/250
Ini memberi kita percepatan baru sebesar 20 m/s 2 .
Mari kita coba yang lain.
- Seorang pria menarik sebuah kotak bermassa 30 kg melintasi lantai dengan seutas tali dengan sudut 30°, dengan gaya F a = 500 N. Gaya yang diterapkan oleh pria tersebut menyebabkan kotak tersebut bergerak dengan percepatan melintasi lantai. lantai, yang memiliki koefisien gesekan kinetik μ, = 0,5. Berapakah percepatan kotak?
Untuk mengatasi masalah ini, kita perlu menggambar diagram benda bebas dan menganalisis gaya dalam arah x dan y . Perhatikan bahwa percepatan kotak akan berada dalam arah x ; Karena kotak meluncur melintasi permukaan datar lantai, kita tahu bahwa kotak tidak bergerak ke arah y , hanya bergerak ke arah x . Oleh karena itu, percepatan dalam arah y adalah 0, dan kita tahu bahwa gaya total dalam arah y juga harus sama dengan 0.
Mari kita mulai diskusi kita dengan diagram benda bebas. Dari diagram benda bebas kita dapat menggunakan sinus dan cosinus untuk menyelesaikan komponen x dan y dari vektor gaya yang diterapkan. Vektor gaya yang diterapkan, FA , sama dengan komponen x , F AX ditambah komponen y , F AY , yang sama dengan besarnya gaya yang diterapkan dikalikan cosinus theta dalam arah x ditambah besarnya gaya yang diterapkan dikalikan oleh sinus. dari theta di y -arah .
Sekarang setelah kita menghilangkan beberapa hal yang tidak diketahui, mari kita menganalisis gaya dalam arah X dan Y menggunakan Hukum Kedua Newton. Pertama, mari kita selesaikan satu-satunya gaya yang tidak diketahui dalam arah y : gaya normal.
Gaya total dalam arah- y sama dengan gaya normal ditambah komponen y dari gaya yang diterapkan F AY dikurangi gaya gravitasi, F g . Kecepatan dalam arah y sama dengan 0; oleh karena itu, kita tahu bahwa gaya total dalam arah y juga sama dengan 0. Memecahkan gaya normal, kita mendapatkan:
FN = Fg – FAY
Mengganti persamaan yang tidak diketahui untuk F g dan F AY dan nilai massa, gravitasi, dan gaya yang diketahui, kami menemukan bahwa gaya normal = 44N dalam arah y positif .
Sekarang kita memiliki gaya normal, mari kita gunakan untuk mencari percepatan dengan melihat gaya dalam arah x .
Gaya total dalam arah- x sama dengan komponen x dari gaya yang diberikan dikurangi gaya gesek dan sama dengan massa kotak dikali percepatan kotak. Mengisolasi x , kita menemukan bahwa percepatan sama dengan komponen x dari gaya yang diberikan dikurangi gaya gesekan pada massa kotak. Mensubstitusi persamaan yang diketahui untuk komponen x dari gaya yang diterapkan dan gaya gesekan dan nilai yang diketahui untuk sudut theta, gaya yang diterapkan, koefisien gesekan, dan massa, kami menemukan bahwa percepatannya sama dengan 14 m/s 2 pada alamat x positif .
Mari kita lakukan satu lagi.
- Seorang pemain sepak bola melempar bola dari tebing setinggi 10 meter dengan kecepatan horizontal 25 m/s. Berapa jarak yang ditempuh bola sepak hingga menyentuh tanah?
Pertama, kita perlu menentukan persamaan mana yang harus digunakan untuk menyelesaikan masalah. Karena kita mencari jarak yang ditempuh, kita perlu menggunakan persamaan kinematik kita. Kami juga tahu bahwa ini adalah masalah gerak proyektil. Menggunakan pengetahuan kita tentang hukum gaya Newton, dapat dipahami bahwa karena bola jatuh bebas, satu-satunya gaya yang bekerja pada bola adalah gravitasi. Oleh karena itu, kita mengetahui bahwa ax = 0 dan ay = 9,8 m/s 2 .
Sekarang kita akan memasukkan persamaan kinematika kita ke dalam komponen X dan Y.
|
|
|
|
Namun, kami masih memiliki terlalu banyak hal yang tidak diketahui untuk menyelesaikan jarak. Jika kita menghitung waktu yang diwakili oleh t , menggunakan komponen y dari rumus kinematika untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan bola untuk mencapai tanah, maka kita dapat mencari jarak yang diwakili oleh d .
|
|
|
|
Ini menghasilkan waktu 1,43 detik. Saat kita memasukkan waktu ini ke dalam komponen x persamaan kinematik kita, hasilnya adalah:
|
|
Ini memberitahu kita bahwa jarak yang ditempuh adalah 35,75 meter.
Ringkasan Pelajaran
Hukum Kedua Newton menyatakan bahwa gaya total pada suatu benda sama dengan massa benda dikali percepatan benda. Kita dapat menggunakan Hukum Kedua Newton dan persamaan kinematik , yang menjelaskan gerak suatu benda, untuk menyelesaikan gaya dan percepatan benda yang tidak diketahui dalam soal dan contoh dunia nyata.
