Apa Hubungan Antara Massa Gaya dan Percepatan?

Pada akhir 1600-an, Sir Isaac Newton menerbitkan "Principia Mathematica," sebuah buku yang menghubungkan dunia matematika dan fisika. Di antara ide-ide penting lainnya, ia menggambarkan hukum gerak kedua – bahwa gaya sama dengan massa kali percepatan atau f = ma. Meski sekilas terlihat sederhana, undang-undang tersebut memiliki beberapa implikasi penting, termasuk bagaimana benda bergerak di Bumi dan di luar angkasa. Hukum dasar seperti ini memungkinkan para ilmuwan untuk menyelidiki alam secara akurat dan para insinyur membuat mesin yang bekerja.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Gaya sama dengan massa kali percepatan atau f = ma.

Kekuatan adalah kuantitas fisik yang Anda hadapi dalam kehidupan sehari-hari. Dibutuhkan kekuatan untuk membuka pintu, mengangkat anak, atau memecahkan telur. Ini adalah tarikan atau dorongan yang dilakukan oleh satu objek pada objek lain; objek bisa apa saja dari proton dan elektron sampai ke planet dan galaksi. Tarikan atau dorongan bisa datang dari kontak langsung atau, dalam kasus gravitasi, listrik dan magnet, dari jarak jauh. Para ilmuwan mengukur gaya dalam satuan yang disebut newton, di mana satu newton adalah gaya yang dibutuhkan untuk mempercepat massa 1 kilogram satu meter per detik kuadrat.

Ketika keping hoki meluncur melintasi es, ia melakukannya dengan kecepatan yang cukup konstan hingga mengenai gawang atau tongkat pemain. Meskipun bergerak, itu tidak berakselerasi. Percepatan hanya datang dari perubahan kecepatan. Ketika sebuah objek menambah kecepatan, percepatannya positif; ketika kecepatan hilang, percepatan negatif. Anda mengukur kecepatan dalam satuan jarak dibagi waktu, seperti mil per jam atau meter per detik. Percepatan adalah perubahan kecepatan dibagi waktu yang diperlukan untuk mengubah kecepatan, jadi meter per detik per detik, atau meter per detik kuadrat.

Massa suatu benda adalah ukuran berapa banyak materi yang dikandungnya. Bola karet memiliki massa lebih kecil daripada bola timah dengan ukuran yang sama karena memiliki lebih sedikit materi di dalamnya, lebih sedikit atom dan lebih sedikit proton, neutron, dan elektron yang membentuk atom. Massa juga menolak upaya untuk mendorong atau menariknya; bola pingpong mudah diambil dan dilempar; truk sampah tidak. Truk itu lebih besar dari bola pingpong ribuan kali. Satuan standar untuk massa adalah kilogram, sekitar 2,2 pon.

Massa adalah jenis besaran sederhana. Anda dapat memiliki massa besar, massa kecil, dan massa di antara. Itu saja. Para ilmuwan menyebut besaran sederhana sebagai skalar karena satu bilangan akan menggambarkannya. Gaya dan percepatan, bagaimanapun, lebih rumit. Mereka memiliki ukuran dan arah. Seorang peramal cuaca TV, misalnya, berbicara tentang angin yang datang dari barat dengan kecepatan 20 mil per jam. Ini adalah vektor kecepatan (kecepatan) angin. Untuk menggambarkan gaya atau percepatan sepenuhnya, Anda membutuhkan jumlah dan arahnya. Misalnya, pada hari bersalju, Anda menarik kereta luncur anak ke depan dengan gaya 50 newton, dan kereta luncur berakselerasi ke arah yang sama dengan kecepatan 0,5 meter per detik kuadrat.

Hukum gerak kedua Newton tampaknya cukup sederhana: Dorong sebuah benda bermassa tertentu, dan benda itu berakselerasi berdasarkan jumlah gaya dan massa. Gaya kecil dengan massa besar menghasilkan percepatan yang lambat, dan gaya besar dengan massa kecil menghasilkan percepatan cepat. Apa yang terjadi jika tidak ada kekuatan? Sebuah gaya nol pada setiap massa memberikan percepatan nol. Jika benda itu diam, benda itu tetap diam; jika bergerak, ia terus bergerak dengan kecepatan dan arah yang sama. Ingatlah bahwa beberapa kekuatan dapat terlibat secara bersamaan. Misalnya, Anda mengikat tali di sekitar batu dan menarik dengan sekuat tenaga. Ada gaya dan massa, tetapi batu tidak bergeming, jadi percepatannya nol. Gaya gesekan antara batu dan tanah membatalkan gaya tarikan Anda. Anda membutuhkan tenaga yang jauh lebih besar, seperti dari traktor, untuk memindahkan batu tersebut.