Dalam ranah fisika klasik, kita menjelajahi inti konseptual hukum gerak Newton yang ketiga. Hukum ini menuntaskan pemahaman kita tentang interaksi antara dua benda. Melalui spektrum luas masalah fisika, kami menguji pemahaman Anda melalui contoh soal hukum Newton 3 yang mencerahkan. Setiap soal dirancang dengan cermat untuk mengungkap esensi hukum ini, mengundang Anda untuk menyelidiki hubungan antara gaya aksi dan reaksi yang saling bergantung, mengungkap prinsip fundamental yang mengatur dunia fisik kita.
Contoh Soal Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Dalam dunia fisika, gerak lurus berubah beraturan (GLBB) merupakan salah satu jenis gerak yang umum ditemukan. GLBB terjadi ketika suatu benda bergerak dalam garis lurus dengan percepatan yang konstan. Untuk memahami konsep GLBB lebih dalam, berikut disajikan beberapa contoh soal beserta pembahasannya:
Mobil yang Bergerak dengan Percepatan Konstan
Sebuah mobil bergerak lurus dengan percepatan konstan 5 m/s2. Jika kecepatan awal mobil adalah 10 m/s, tentukanlah:
- Kecepatan mobil setelah bergerak selama 10 sekon
- Jarak yang ditempuh mobil selama 10 sekon
Contoh Soal Interaksi Gaya Aksi-Reaksi
Seorang anak dengan massa 50 kg berdiri tegak di atas sebuah papan seluncur bermassa 10 kg yang berada di atas lantai datar. Anak tersebut tiba-tiba melompat ke depan dengan kecepatan 2 m/s. Tentukan kecepatan papan seluncur setelah anak melompat.
Pembahasan:
Dalam soal ini, anak merupakan benda yang memberikan aksi, sedangkan papan seluncur merupakan benda yang menerima reaksi. Berdasarkan Hukum Newton III, besar gaya aksi sama dengan besar gaya reaksi, tetapi berlawanan arah. Dalam hal ini, gaya aksi adalah gaya yang diberikan oleh anak pada papan seluncur, sedangkan gaya reaksi adalah gaya yang diberikan oleh papan seluncur pada anak.
Menurut hukum kekekalan momentum, momentum total sistem (anak dan papan seluncur) sebelum dan sesudah anak melompat harus sama. Jika kita mengabaikan gesekan dan hambatan udara, maka momentum total sistem sama dengan nol karena anak dan papan seluncur awalnya diam. Momentum total setelah anak melompat dapat dinyatakan sebagai berikut:
“`
mv_a + Mv_b = 0
“`
di mana:
* m adalah massa anak (50 kg)
* v_a adalah kecepatan anak setelah melompat (2 m/s)
* M adalah massa papan seluncur (10 kg)
* v_b adalah kecepatan papan seluncur setelah anak melompat
Dengan menggantikan nilai-nilai yang diketahui, kita dapat menyelesaikan persamaan untuk v_b:
“`
(50 kg)(2 m/s) + (10 kg)(v_b) = 0
“`
“`
v_b = -10 m/s
“`
Hasil negatif menunjukkan bahwa papan seluncur bergerak ke arah berlawanan dengan arah lompatan anak, yaitu ke belakang. Jadi, kecepatan papan seluncur setelah anak melompat adalah 10 m/s ke belakang.
Contoh Soal Percepatan Benda dalam Bidang Miring
Bayangkan sebuah bidang miring dengan sudut kemiringan θ dan panjang lereng l. Sebuah benda bermassa m diletakkan di atas bidang miring tersebut. Benda tersebut dikenai dua gaya, yaitu gaya gravitasi (mg) dan gaya normal (N).
Secara matematis, kita dapat menghitung percepatan benda tersebut dengan menggunakan persamaan:
a = g sin θ
di mana:
- a adalah percepatan benda
- g adalah percepatan gravitasi (9,8 m/s²)
- θ adalah sudut kemiringan bidang miring
Sebagai ilustrasi, anggaplah kita memiliki bidang miring dengan sudut kemiringan 30 derajat dan panjang lereng 2 meter. Sebuah benda bermassa 1 kilogram diletakkan di atas bidang miring tersebut.
Dengan menggunakan persamaan a = g sin θ, kita dapat menghitung percepatan benda tersebut sebagai berikut:
a = 9,8 m/s² x sin 30° = 4,9 m/s²
Jadi, benda tersebut akan bergerak menuruni bidang miring dengan percepatan 4,9 m/s².
Contoh soal hukum newton 3 menguji pemahaman prinsip tindakan-reaksi, yang merupakan jantung dari mekanika klasik. Dengan mempelajari solusi dari soal-soal ini, siswa dapat memperoleh keterampilan analitis dalam memecahkan masalah dinamis dan mengembangkan pemahaman yang komprehensif tentang interaksi antar objek. Setiap soal, layaknya sebuah teka-teki fisika, mengungkap hubungan yang tersembunyi antara gaya aksi dan reaksi dalam berbagai skenario, memperkuat fondasi pengetahuan siswa tentang hukum gerak Newton yang mendasar.