Apakah gaya berat dan gaya normal pasangan gaya aksi reaksi jelaskan jawaban Anda?

Ada tiga besaran yang harus kamu mengerti ketika membahas tentang dinamika gerak yaitu tentang gaya normal, gaya berat dan gaya gesek yang tentu selain tentang hukum Newton 1, 2 dan 3 yang tak kalah pentingnya pula.

Gaya normal, gaya berat dan gaya gesek bisa saja berbeda disetiap keadaan, misalnya pada bidang datar, bidang miring, bidangnya licin, bidangnya kasar atau pada daerah yang memiliki medan gravitasi bumi yang besarnya berbeda.

Selain itu, besarnya gaya normal, gaya berat dan gaya gesek juga mampu mempengaruhi gerak benda, entah itu mempercepat atau memperlambat.

Gaya Normal dan Gaya Berat

Apasih gaya normal dan gaya berat itu?. Setiap benda memiliki massa dengan nilai tertentu. Nah, jika benda berada di permukaan bumi, maka gaya gravitasi akan menarik benda tersebut menuju inti bumi. Oleh karena itu kita bisa melihat buah mangga jatuh dari pohonnya atau batu yang kita lempar ke atas akan jatuh ke bumi.

Coba perhatikan kubus berikut ini.

Kubus yang memiliki massa m berada di bidang datar. Gaya berat bumi menarik kubus tersebut menuju ke dalam inti massa bumi dengan besar:

w = m.g

Dimana, g merupakan percepatan gravitasi bumi yang besarnya 9,8 m/s2.

Akan tetapi bidang datar tersebut menahannya sehingga kubus tidak masuk ke dalam tanah sebagai akibat adanya Hukum Newton 3 yaitu jika ada gaya aksi, maka akan muncul gaya reaksi yang arahnya berlawanan namun besarnya sama.

Kok tahu besarnya sama? karena kubus dalam bidang datar di atas diam, tidak masuk ke tanah atau terbang ke atas. Darisini maka;

faksi = freaksi

Dimana, faksi merupakan gaya berat, maka akan muncul freaksi yang kita namakan sebagai gaya normal.

Anda yang harus kita pahami, bahwa arah gaya berat selalu menuju inti bumi sedangkan gaya normal selalu tegak lurus terhadap bidangnya. Lihatlah gambar pada bidang miring dan bidang tegak lurus di atas.

Lalu bagaimana hubungan antara Gaya Normal, Gaya Berat dan Gaya Gesek itu?.

Coba bayangkan tentang kekasaran permukaan lantai. Jika kamu memberi dorongan pada benda yang tingkat kekasarannya besar, maka benda tidak akan bergerak lebih jauh dari benda yang kamu dorong pada permukaan lantai yang licin.

Artinya apa? artinya ada gesekan antara permukaan benda dengan permukaan lantai. Inilah yang kemudian kita namakan sebagai gaya gesek. Semakin licin permukaan bidang, maka gaya geseknya akan semakin kecil.

Cobalah lakukan percobaan sederhana ini yaitu dengan mendorong meja di rumahmu. Doronglah meja dengan gaya yang kecil kemudian perlahan-lahan dorongannya kamu perbesar. Rasakan dan lihat apa yang terjadi.

Dari percobaan tersebut, kamu akan mendapati bahwa pada dorongan yang kecil meja tidak bergerak sama sekali. Hingga akhirnya ketika dorongannya kamu perbesar, maka pada besar dorongan tertentu meja baru akan mulai bergerak. Itu artinya, dibutuhkan besar gaya minimum untuk dapat menggerakkan benda dari keadaan diam.

Hal ini sesuai dengan konsep hukum Newton I yaitu bila benda dalam keadaan diam, maka resultan (jumlah) gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol. Dengan kata lain, doronganmu adalah gaya dorong sedangkan gaya gesek (dengan besar yang sama) yang berlawanan arah telah “meredam” doronganmu itu sehingga meja tetap diam ditempat.

Adanya gaya gesek ini dapat kamu lihat ketika kamu mendorong meja hingga bergerak, kemudian sesaat setelah doronganmu dilepas, maka meja yang tadinya bergerak akan kembali diam.

Gaya gesek ini sifatnya akan mengurangi kecepatan gerak benda, itu artinya arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah gerak benda. Nah, perhatikanlah gambar di bawah ini.

Ketika benda tetap dalam keadaan diam saat diberi gaya, maka berlaku

fGesek = F

Ketika benda akan mulai bergerak, maka

fGesek = F

N.µS = F

dengan N adalah gaya normal, F merupakan gaya dorong/tarik dan µS merupakan koefisien gesekan statis. Dari persamaan di atas kita jadi mengetahui bahwa jika nilai gaya dorong/tarik besarnya sama atau kurang dari gaya gesek, maka benda akan tetap diam.

Baca juga: Contoh soal hukum Newton

Jika gaya F lebih besar daripada gaya gesek, maka benda akan bergerak dan berlaku persamaan:

fGesek = F

N.µK = F

dengan µK merupakan koefisien gesek kinetik. Dimana nilai µKinetik > µStatis ,nah inilah alasannya mengapa kita merasakan lebih berat ketika mendorong benda dari keadaam diam daripada mendorong benda yang sedang bergerak.

Nah, demikianlah hubungan antara gaya normal, gaya berat dan gaya gesek yang harus ita pahami.

Daftar Pustaka:

Handayani, Sri dan Ari Damari. 2009. Fisika 1. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.

Sripudin, Aip, DKK. 2009. Praktis Belajar Fisika 1. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.

Jika suatu benda dilepaskan pada ketinggian tertentu di atas permukaan tanah, maka benda itu akan mengalami gerak jatuh bebas. Gaya gravitasi bekerja pada sebuah benda ketika benda tersebut jatuh. Ketika benda berada dalam keadaan diam di Bumi seperti buku yang diletakkan di atas meja, gaya gravitasi pada buku tersebut tidak hilang sama sekali.

Hal ini dapat diketahui, jika kita meletakkan buku tersebut di atas timbangan manual. Ketika berada di atas timbangan, buku dalam keadaan diam namun jarum penunjuk massa pada timbangan bergerak. Hal ini terjadi karena gaya gravitasi tetap bekerja pada buku tersebut. Tetapi jika gaya gravitasi tetap bekerja, mengapa buku tidak bergerak (jatuh)? Gaya apa yang menahan buku tidak jatuh? Untuk menjawabnya, perhatikan penjelasan berikut ini.

Pengertian Gaya Normal

Dari Hukum II Newton, resultan gaya pada sebuah benda yang tetap diam adalah nol. Pasti ada gaya lain pada buku untuk mengimbangi gaya gravitasi. Untuk sebuah buku yang diam di atas meja, maka meja tersebut memberikan gaya ke atas. Meja sedikit tertekan di bawah buku akibat gaya berat dan karena elastisitasnya, meja itu mendorong buku ke atas seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gaya ke atas yang diberikan meja terhadap buku ini sering disebut gaya sentuh, karena terjadi pada dua benda yang bersentuhan. Ketika gaya sentuh arahnya tegak lurus terhadap permukaan bidang sentuh, maka gaya itu biasa disebut dengan gaya normal yang dilambangkan dengan N (“normal” berarti tegak lurus). Dengan demikian dapat kita simpulkan definisi gaya normal adalah sebagai berikut.

Dengan demikian, pada buku yang diletakkan diam di atas meja terdapat dua gaya yang bekerja, yaitu gaya normal (N) yang berasal dari meja dan gaya berat (w). Kedua gaya tersebut besarnya sama tetapi berlawanan arah sehingga membentuk keseimbangan pada buku. Akan tetapi perlu kalian ingat bahwa gaya normal dan gaya berat bukan merupakan pasangan gaya aksi-reaksi yang dibicarakan pada Hukum III Newton, karena gaya-gaya tersebut bekerja pada benda yang sama.

Cara Menggambarkan Gaya Normal

Arah gaya normal selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Jika bidang sentuh antara dua benda adalah horizontal, maka arah gaya normalnya adalah vertikal. Jika bidang sentuhnya vertikal, maka arah gaya normalnya adalah horizontal. Apabila bidang sentuhnya miring, maka arah gaya normalnya juga akan miring. Untuk melukiskan gaya normal, pangkal atau titik tangkap vektor di mulai dari titik dimana dua permukaan benda bersentuhan kemudian tarik garis tegak lurus melalui pusat massa benda tersebut. Perhatikan gambar gaya normal berikut ini.

Khusus bidang sentuh vertikal, pada benda harus diberi gaya F untuk menekan benda agar tidak jatuh. Dalam keadaan ini, gaya normal N akan terjadi dimana besarnya sama dengan gaya F dan arahnya tegak lurus dengan bidang sentuh atau berlawanan arah dengan F. Meskipun gaya F dan N sama besar dan arahnya berlawanan tetapi kedua gaya ini bukan merupakan pasangan gaya aksi reaksi Hukum III Newton karena kedua gaya ini bekerja pada benda yang sama.

Rumus Gaya Normal

Rumus gaya normal dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II Newton tentang gerak, dengan ketentuan jika benda diam, maka nilai percepatannya adalah nol (a = 0). Sebaliknya jika benda bergerak maka percepatannya adalah tetap (a = konstan) atau benda mengalami gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Dari gambar gaya normal pada benda yang terletak pada bidang datar horizontal, bidang miring dan bidang vertikal di atas, maka persamaan gaya normal pada benda tersebut adalah sebagai berikut.

#1 Rumus Gaya Normal Pada Bidang Horizontal

Jika benda diam pada bidang horizontal, maka gaya yang bekerja hanya dua yaitu gaya berat dan gaya normal. Kedua gaya ini bekerja saling berlawanan dalam arah vertikal (sumbu Y). Sedangkan dalam arah horizontal (sumbu X) tidak ada gaya yang bekerja. Rumus gaya normal dapat dicari dengan Hukum II Newton sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu X

ΣFX = 0

Resultan gaya pada sumbu Y

ΣFY = ma

N – w = ma → karena tidak terjadi gerak pada arah vertikal maka a = 0,

N – w = 0

N = w

Dengan demikian rumus gaya normal suatu benda yang terletak diam pada bidang horizontal adalah sebagai berikut

#2 Rumus Gaya Normal Pada Bidang Miring

Pada bidang miring, gaya normal dan gaya berat bekerja pada sebuah benda membentuk sudut terkecil yang besarnya sama dengan sudut kemiringan bidang. Jika garis gaya normal diasumsikan sebagai sumbu Y, garis kemiringan bidang diasumsikan sumbu X dan sudut kemiringan bidang adalah α maka vektor gaya berat dapat dproyeksikan terhadap sumbu X dan sumbu Y tersebut.

Hasil proyeksi (penguraian vektor) gaya berat w adalah w sin α pada sumbu X dan w cos α pada sumbu Y. Dalam hal ini rumus gaya normal dapat ditentukan dengan menggunakan hukum II Newton sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu X

ΣFX = ma

w sin α = ma

Resultan gaya pada sumbu Y

ΣFY = ma

N – w cos α = ma → karena tidak terjadi gerak pada arah vertikal maka a = 0,

N – w cos α = 0

N = w cos α

Dengan demikian rumus gaya normal suatu benda yang terletak pada bidang miring adalah sebagai berikut

#3 Rumus Gaya Normal Pada Bidang Vertikal

Jika suatu benda ditekan dengan gaya sebesar F pada bidang vertikal (ex. Dinding) maka rumus gaya normal benda tersebut juga ditentukan dengan menggunakan Hukum Newton yang ke-2. Perhatikan penjelasan berikut ini.

Resultan gaya pada sumbu Y

Pada sumbu Y tidak ada resultan gaya, karena yang bekerja hanya gaya berat saja.

w = mg

Resultan gaya pada sumbu X

ΣFX = ma

F – N = ma → karena tidak terjadi gerak pada arah horizontal maka a = 0,

F – N = 0

N = F

Dengan demikian rumus gaya normal suatu benda yang ditekan pada bidang vertikal adalah sebagai berikut

Rumus-rumus gaya normal di atas adalah contoh gaya normal pada tiga kondisi yaitu pada bidang horizontal, bidang miring dan bidang vertikal. Sebenarnya masih banyak kondisi atau keadaan lain yang tiap-tiap kondisi memiliki rumus gaya normal yang berbeda. Untuk mendalami lebih lanjut mengenai rumus gaya normal, silahkan kalian pelajari artikel tentang kumpulan rumus lengkap gaya normal pada dinamika translasi.

Contoh Soal Gaya Normal dan Pembahasannya

Sebuah balok bermassa 5 kg. jika g = 10 m/s2 maka tentukan gaya normal yang bekerja pada balok jika diam di atas bidang miring yang membentuk sudut 300 terhadap horisontal.

Jawab

ΣFY = 0

N – w cos α = 0

N – w cos 30o = 0

N – 50 × ½ √3 = 0

N = 25 √3 N

Demikianlah artikel tentang pengertian, rumus dan cara menggambarkan gaya normal beserta contoh soal dan jawabannya. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.