Apa yang Dapat Menyebabkan Perubahan Kecepatan?

Yang pertama dari Tiga Hukum Gerak Sir Isaac Newton, yang menjadi dasar mekanika klasik, menyatakan bahwa an objek diam atau dalam keadaan gerak seragam akan tetap seperti itu tanpa batas tanpa adanya eksternal memaksa. Dengan kata lain, gaya adalah sesuatu yang menyebabkan perubahan kecepatan, atau percepatan. Jumlah percepatan yang dihasilkan pada suatu benda oleh gaya tertentu ditentukan oleh massa benda tersebut.

Ketika fisikawan berbicara tentang kecepatan suatu benda, mereka tidak hanya berbicara tentang kecepatan benda tetapi juga tentang arah pergerakannya. Demikian pula, gaya memiliki komponen arah dan juga komponen kuantitatif -- gaya yang berlawanan secara langsung kecepatan suatu benda memiliki efek yang berbeda pada objek daripada gaya yang bekerja tegak lurus terhadapnya gerakan. Dalam istilah matematika, gaya, kecepatan, dan percepatan -- yang merupakan laju perubahan kecepatan dihasilkan oleh gaya -- adalah besaran "vektor", yang merupakan istilah yang menyiratkan arahnya komponen.

Cara termudah untuk memahami bagaimana gaya mengubah kecepatan benda adalah dengan membayangkan gaya yang bekerja dalam arah yang sama dengan kecepatan. Misalnya, mesin jet pada pesawat terbang memberikan gaya yang bekerja searah dengan gerakan pesawat, memberikan percepatan positif dan membuatnya melaju lebih cepat. Gesekan udara, di sisi lain, secara langsung menentang gerakan pesawat dan memperlambatnya; jika mesin berhenti bekerja, pesawat akan jatuh dari langit. Tetapi ketika gaya mesin dan dorongan ke atas dari tekanan udara pada sayap yang dirancang secara aerodinamis menyeimbangkan gaya tersebut gesekan dan gaya perlambatan lainnya, termasuk gravitasi, pesawat terbang dengan kecepatan konstan menuju tujuannya.

Gaya tarik gravitasi yang diberikan matahari di Bumi adalah contoh gaya dengan komponen arah yang penting. Karena gaya gravitasi bekerja pada sudut kanan terhadap gerakan Bumi, itu tidak mengubah kecepatan perjalanan planet, tetapi terus-menerus mengubah arah. Akibatnya, Bumi bergerak dalam orbit yang hampir melingkar. Kecepatan Bumi mungkin relatif konstan, tetapi kecepatannya selalu berubah sebagai akibat dari gaya gravitasi yang selalu menariknya ke arah matahari. Gaya gravitasi yang sama membuat satelit tetap mengorbit di sekitar Bumi.

Hubungan matematis antara gaya (F) yang bekerja pada suatu benda dan percepatannya (a) adalah F = m•a, di mana "m" adalah massa benda. Satuan gaya dalam sistem metrik adalah newton, yang dinamai menurut Isaac Newton, fisikawan Inggris yang merumuskan hubungan tersebut. Di dunia nyata, biasanya ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, masing-masing dengan komponen arah. Gaya-gaya ini mungkin bersifat mekanik, gravitasi, listrik atau magnet. Untuk memprediksi gerakan benda, seringkali berguna untuk menggambar diagram benda bebas, yang merupakan representasi grafis dari gaya-gaya ini yang menggambarkan besar dan arah masing-masing gaya.