Artikel tentang hukum gerakan Newton
1. Definisi daya
Daya ialah sesuatu yang menyebabkan sesuatu memecut. Dalam erti kata lain, daya ialah sesuatu yang bergerak, menghentikan atau mengubah arah pergerakan sesuatu objek. Daya ialah kuantiti vektor, dan oleh itu, mempunyai magnitud dan arah. Simbol daya ialah F (Daya). F ialah simbol umum daya. Terdapat beberapa jenis daya dan tidak semua daya mempunyai simbol F. Unit sistem antarabangsa ialah kg m/s2 atau Newton.
2. Takrif daya bersih
Daya paduan (ΣF) ialah jumlah semua daya yang bertindak pada sesuatu objek. Daya ialah kuantiti vektor, jadi jumlah daya dikira berdasarkan peraturan penambahan vektor.
Jumlah daya = 10 Newton, arah jumlah daya ke kanan.
Jumlah daya = 8 Newton, arah jumlah daya ke kanan.
Jumlah daya = 0
Jumlah daya = 0
3. Hukum gerakan Newton
Hukum gerakan Newton ialah hukum fizik tentang gerakan sesuatu objek yang dicadangkan oleh ahli fizik Inggeris, Isaac Newton.
3.1 Hukum Newton Pertama
Hukum Newton Pertama menyatakan bahawa setiap objek yang diam akan kekal diam, atau setiap objek yang bergerak lurus pada laju malar
akan terus bergerak lurus pada kelajuan malar jika jumlah daya yang bertindak pada objek itu adalah sifar.
ΣF = 0
Persamaan ini merupakan pernyataan matematik daripada hukum Newton yang pertama.
Lihat objek di sekeliling anda, seperti meja atau batu atau apa-apa objek. Meja yang diam akan kekal diam jika tidak digerakkan atau tidak diberi daya luaran seperti tolakan atau tarikan. Adakah tiada daya yang bekerja pada meja atau batu atau objek yang diam? Terdapat daya yang bertindak ke atas objek tersebut, tetapi jumlah semua daya yang bertindak ke atas objek tersebut atau jumlah daya adalah sifar. Daya yang bertindak ke atas objek yang masih berada di permukaan planet seperti bumi ialah graviti (w) dan daya normal (N). Arah daya graviti adalah serenjang dengan pusat bumi, arah daya normal adalah serenjang ke atas. Magnitud kedua-dua daya ini adalah sama, tetapi ia mempunyai arah yang bertentangan, jadi jumlah daya adalah sama dengan sifar.
Bagaimana pula dengan benda-benda yang bergerak lurus dengan kelajuan malar? Untuk menjelaskan masalah ini, katakan anda menolak objek, contohnya, sekeping logam, di atas permukaan lantai. Selepas ditolak, logam itu menjadi perlahan dan berhenti kerana geseran. Agar kepingan logam bergerak lebih jauh atau lebih lama, maka anda perlu melicinkan permukaan lantai dan permukaan plat logam. Jika permukaan lantai licin dan tiada geseran, plat logam akan terus bergerak dan tidak berhenti. Adakah tiada daya yang bertindak pada plat logam yang bergerak di atas permukaan lantai yang sempurna dan licin? Terdapat daya yang bekerja pada plat logam, iaitu daya graviti dan daya normal. Kedua-dua daya ini bekerja dalam arah menegak dan tidak menjejaskan pergerakan plat logam dalam arah mendatar jika lantai licin.
Hukum Kedua Newton menyatakan bahawa jika jumlah daya yang bertindak ke atas sesuatu objek tidak sama dengan sifar, maka objek tersebut akan memecut. Magnitud pecutan adalah berkadar terus dengan magnitud jumlah daya dan berkadar songsang dengan jisim objek. Arah pecutan adalah sama dengan arah jumlah daya.
ΣF = ma
ΣF = jumlah daya (kg m/s² ) , m = jisim (kg), a = pecutan (m/ s² )
Persamaan 1.2 ialah pernyataan matematik daripada hukum kedua Newton.
Jika pecutan bersamaan dengan sifar (a = 0) maka persamaan 1.2 berubah kepada persamaan 1.1. Jadi, hukum pertama Newton adalah kes khas hukum kedua Newton. Berdasarkan persamaan 1.2, disimpulkan bahawa semakin besar daya, semakin besar pecutan. Sebaliknya, semakin besar jisim, semakin kecil pecutan. Hubungan antara daya, jisim dan pecutan lebih difahami selepas anda menjalankan eksperimen mengenainya.
Contoh masalah 1:
Tentukan magnitud dan arah pecutan objek berdasarkan rajah di atas…
penyelesaian:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 = (1 kg) a
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
Magnitud pecutan = 4 m/s² , arah pecutan ke kanan.
Contoh masalah 2:
Tentukan magnitud dan arah pecutan berdasarkan rajah di atas…
penyelesaian:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 – 1 kg m/s 2 = (1 kg) a
3 kg m/s 2 = (1 kg) a
a = 3 kg m/s 2 : 1 kg
a = 3 m/s 2
Magnitud pecutan = 3 m/s² , arah pecutan ke kanan.
3.2.1 Berat (w)
Berat ialah daya graviti yang bertindak ke atas objek berjisim.
ΣF = ma
w = mg
Persamaan 1.3 ialah persamaan untuk mengira berat sesuatu objek.
w = berat (kg m/s² ) , m = jisim (kg), g = pecutan graviti (m/s² ) . Magnitud pecutan graviti (g) di permukaan bumi ialah 9.8 m/s² . Untuk memudahkan pengiraan, g dibundarkan kepada 10 m/ s².
3.2.2 Daya normal (N)
Daya normal ialah daya yang bertindak ke atas dua objek yang bersentuhan antara satu sama lain, di mana arah daya normal adalah serenjang dengan permukaan satah sentuh.
Perhatikan objek yang masih berada di atas permukaan meja. Daya graviti atau berat juga berfungsi pada objek tersebut. Objek tidak jatuh bebas seperti buah yang jatuh dari pokok kerana terdapat daya normal. Berat (w) dan normal (N) adalah sama tetapi arah yang bertentangan supaya jumlah daya pada objek adalah sifar.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Hukum Ketiga Newton
Hukum ketiga Newton menyatakan bahawa jika objek 1 memberi daya kepada objek 2 maka pada masa yang sama objek 2 memberi daya kepada objek 1. Kedua-dua daya adalah sama, tetapi arah kedua-dua daya adalah bertentangan. Satu daya dipanggil tindakan, yang satu lagi dipanggil tindak balas.
Tindakan F = – Tindak balas F
Persamaan 1.3 ialah pernyataan matematik daripada hukum ketiga Newton. Tanda negatif dalam persamaan 1.3 menerangkan arah daya.
Lakukan eksperimen supaya anda lebih memahami hukum ketiga Newton. Jika anda mempunyai papan luncur, tolak dinding sambil berdiri di atas papan luncur. Selepas menolak dinding, papan luncur bergerak ke belakang. Arah daya anda adalah ke hadapan, manakala arah papan luncur adalah ke belakang.
Ini menunjukkan bahawa dinding juga memberi anda kuasa. Apabila anda menolak dinding, pada masa yang sama, dinding juga menolak anda. Daya tolakan anda berfungsi pada dinding, manakala daya tolakan dinding berfungsi pada anda. Kedua-dua daya berada dalam arah yang sama tetapi bertentangan. Anda boleh memanggil satu daya sebagai tindakan dan daya yang lain sebagai tindak balas.
Satu lagi eksperimen yang boleh dilakukan ialah meniup belon getah dan selepas belon getah mengembang kerana ia diisi dengan udara, lepaskan belon tersebut. Selepas dilepaskan, belon tersebut "terbang". Arah gerakan belon adalah bertentangan dengan arah udara keluar dari belon. Bagaimana untuk menjelaskan perkara ini?
Apabila mulut belon dilepaskan, belon akan menolak udara keluar. Pada masa yang sama, udara juga menolak belon. Daya tolakan udara menyebabkan belon terbang. Daya belon berfungsi bermain, daya udara berfungsi pada belon. Kedua-dua daya adalah sama, tetapi arahnya bertentangan.
Perhatikan rajah 2 dan bandingkannya dengan rajah 3. Daya normal yang bertindak ke atas objek (N) ialah daya yang diberikan oleh permukaan rata, seperti permukaan meja. Pada masa yang sama, objek juga memberi daya kepada permukaan meja (N'). Kedua-dua daya normal ini (N dan N') mempunyai magnitud yang sama, tetapi berada dalam arah yang bertentangan dan bekerja pada objek yang berbeza. Tidak seperti w dan N yang mempunyai magnitud yang sama dan bekerja pada objek yang sama. Jadi N dan N' ialah daya tindakan-tindak balas.
