Isaac Newton memberikan deskripsi terbaik tentang hubungan antara gaya dan gerak dalam tiga hukumnya yang terkenal, dan mempelajarinya adalah bagian penting dari pembelajaran fisika. Mereka memberi tahu Anda apa yang terjadi ketika gaya diterapkan pada massa, dan juga mendefinisikan konsep kunci gaya. Jika Anda ingin memahami hubungan antara gaya dan gerak, dua hukum pertama Newton adalah yang paling penting untuk dipertimbangkan, dan mudah dipahami. Mereka menjelaskan bahwa setiap perubahan dari bergerak menjadi tidak bergerak atau sebaliknya membutuhkan gaya yang tidak seimbang dan bahwa besarnya gerak berbanding lurus dengan besarnya gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Jika tidak ada gaya, atau jika satu-satunya gaya seimbang sempurna, sebuah benda akan tetap diam atau terus bergerak dengan kecepatan yang persis sama. Hanya gaya yang tidak seimbang yang menyebabkan perubahan kecepatan suatu benda, termasuk mengubah kecepatannya dari nol (yaitu, diam) menjadi lebih dari nol (bergerak).
Hukum I Newton: Gaya dan Gerak Tidak Seimbang
Hukum pertama Newton mengatakan bahwa suatu benda akan tetap diam (tidak bergerak) atau bergerak di kecepatan yang persis sama dan dalam arah yang persis sama kecuali jika ditindaklanjuti oleh "tidak seimbang" memaksa. Dalam istilah yang lebih sederhana, dikatakan bahwa sesuatu hanya bergerak jika ada sesuatu yang mendorongnya, dan bahwa segala sesuatunya hanya berhenti, berubah arah, atau mulai bergerak lebih cepat jika ada sesuatu yang mendorongnya.
Memahami arti "kekuatan yang tidak seimbang" memperjelas hukum ini. Jika dua gaya bekerja pada sebuah benda, satu mendorongnya ke kiri dan yang lain mendorongnya ke kanan, itu hanya akan bergerak jika salah satu gaya lebih besar dari yang lain. Jika mereka memiliki kekuatan yang persis sama, benda itu akan tetap berada di tempatnya.
Salah satu cara untuk membayangkan ini adalah dengan memikirkan satu set timbangan, dengan bobot di kedua sisinya. Bobot ditarik ke bawah oleh gravitasi, dan satu-satunya hal yang mempengaruhi seberapa besar gravitasi menariknya adalah berapa banyak massa yang ada. Jika Anda memiliki jumlah massa yang sama di kedua sisi, timbangan tetap diam. Skala hanya bergerak jika Anda benar-benar membuatnya tidak seimbang dalam hal massa. Perbedaan massa berarti bahwa gaya yang bekerja pada kedua sisi skala tidak seimbang, sehingga skala bergerak.
Membayangkan gerakan konstan dengan kecepatan yang sama lebih sulit karena Anda tidak menemukan ini dalam kehidupan sehari-hari. Pikirkan tentang apa yang akan terjadi jika Anda memiliki mobil mainan yang duduk di permukaan yang sangat halus (tanpa gesekan) dan tidak ada udara di dalam ruangan. Mobil akan tetap diam kecuali didorong, seperti dijelaskan di atas. Tapi apa yang terjadi setelah dorongan? Tidak ada gesekan dengan permukaan untuk memperlambatnya dan tidak ada udara untuk memperlambatnya. Permukaan menyeimbangkan gaya gravitasi (dengan sesuatu yang disebut "reaksi normal," terkait dengan hukum ketiga Newton), dan tidak ada gaya yang bekerja padanya dari kiri atau kanan. Dalam situasi ini, mobil akan terus melaju dengan kecepatan yang sama di sepanjang permukaan. Jika permukaannya sangat panjang, mobil akan terus bergerak dengan kecepatan itu selamanya.
Hukum Kedua Newton: Apa itu Gaya?
Hukum kedua Newton mendefinisikan konsep gaya. Menyatakan bahwa gaya yang diberikan pada suatu benda sama dengan massanya dikalikan dengan percepatan yang ditimbulkan oleh gaya tersebut. Dalam simbol, ini adalah:
F=ma
Satuan gaya adalah Newton – untuk mengakui orang yang mendefinisikannya – yang merupakan cara singkat untuk mengatakan kilogram-meter per detik kuadrat (kg m/s2). Jika Anda memiliki massa 1 kg, dan Anda ingin mempercepatnya sebesar 1 m/s setiap detik, Anda perlu menerapkan gaya sebesar 1 N.
Menulis hukum Newton dengan cara berikut membantu memperjelas hubungan antara gaya dan gerak:
Percepatan, di sebelah kiri, memberi tahu kita seberapa banyak sesuatu yang bergerak. Ruas kanan menunjukkan bahwa gaya yang lebih besar menyebabkan lebih banyak gerak jika massa benda sama. Jika gaya tertentu diterapkan, persamaan ini juga menunjukkan bahwa jumlah percepatan bergantung pada massa yang Anda coba gerakkan. Benda yang lebih besar dan lebih berat bergerak kurang dari benda yang lebih kecil dan lebih ringan yang dikenai gaya dorong yang sama. Jika Anda menendang bola sepak, bola akan bergerak lebih banyak daripada jika Anda menendang bola bowling dengan kekuatan yang sama.