Kami menjelaskan apa itu hukum Newton dan apa landasan teoretisnya. Selain itu, karakteristik dan aplikasinya.
Apa itu Hukum Newton?
Hukum gerak Newton adalah seperangkat prinsip teoretis yang menjelaskan sebagian besar masalah yang diamati dan dipelajari mekanika klasik, cabang fisika yang mempelajari gerak dan energi, dan merevolusi bidang fisika ketika penampilan pertama.
Hukum-hukum ini adalah landasan fisika modern, bersama dengan Transformasi Galileo, dan jika dibandingkan dengan Hukum gravitasi universal, mereka memungkinkan kita untuk memperoleh dan menjelaskan Hukum Kepler yang menjelaskan gerakan planet.
Hukum-hukum ini diterbitkan pada tahun 1687 di Newton’s Philosophiae naturalis principia mathematica (“Prinsip-prinsip matematika dari filsafat alam”), di antara penemuan mekanika dan kalkulus matematika lainnya, dalam apa yang dianggap oleh banyak orang sebagai karya ilmiah terpenting dalam sejarah fisika.
Biografi
Isaac Newton adalah seorang fisikawan Inggris, teolog, filsuf dan matematikawan, yang dikreditkan dengan penemuan kalkulus matematika dan banyak studi tentang optik dan cahaya.
Kontribusinya terhadap matematika dan fisika sangat banyak dan diakui, seperti penemuan spektrum warna cahaya, perumusan hukum konduksi termal, lainnya tentang asal usul bintang, studi tentang kecepatan suara di udara dan mekanika fluida.
Karya besarnya, bagaimanapun, adalah Philosophiae naturalis principia mathematica dan, di atas segalanya, tiga hukum gerak.
Latar belakang sejarah
Spekulasi filsuf Yunani Aristoteles mengenai gerakan itu dianggap sah selama berabad-abad, meskipun ada kecurigaan ketidakakuratan mereka.
Kemudian mahasiswa gerakan seperti Juan de Celaya dari Spanyol dan muridnya Domingo de Soto, melanjutkan studi tentang gerakan yang dipercepat secara seragam dan jatuh bebas, meletakkan dasar untuk apa yang kemudian menjadi studi revolusioner dari Galileo Galilei Italia, yang memperkenalkan langkah-langkah dari metode ilmiah ke masalah, dan langkah-langkah dari British Isaac Newton, yang pertama kali merumuskan prinsip-prinsip lengkap gerakan.
Dasar teoretis
Rumusan dasar Newton dimulai dari pertimbangan gerak sebagai perpindahan suatu benda dari satu tempat ke tempat lain, memahaminya sebagai konsep yang relatif terhadap tempat terjadinya, yang juga bergerak dalam kaitannya dengan tempat lain dan seterusnya sampai mencapai titik tidak bergerak yang akan berfungsi sebagai referensi nilai absolut.
Untuk sampai ke sini, Newton mulai dari konsep massa (m), yang merupakan jumlah materi yang ada dalam suatu benda, dan oleh karena itu momentum akan menjadi massa dikalikan dengan kecepatan (v).
Oleh karena itu, pentingnya membedakan antara gerakan relatif dan absolut muncul: gerakan yang tampak akan menjadi perbedaan dari gerakan yang sebenarnya dan gaya akan menjadi sebab dan akibat mereka.
Hukum Pertama Newton: Hukum Inersia
Hukum Pertama Newton bertentangan dengan prinsip yang dirumuskan oleh Aristoteles, yang mendalilkan bahwa benda hanya dapat mempertahankan gerakannya jika gaya berkelanjutan diterapkan padanya. Bunyi hukum Newton menyatakan bahwa: “Setiap benda akan bertahan dalam keadaan diam atau gerak lurus beraturan kecuali jika dipaksa untuk mengubah keadaannya oleh gaya yang diberikan padanya.”
Jadi, sebuah benda yang sedang bergerak atau diam tidak dapat mengubah keadaannya tanpa ada gaya yang diterapkan padanya. Pergerakan menurut prinsip ini merupakan dimensi vektor (yang memiliki arah dan besar), dan memungkinkan untuk menghitung percepatan (positif atau negatif) dari perubahan kecepatan.
Sistem referensi inersia
Hukum pertama ini memungkinkan definisi tipe khusus dari titik referensi yang dikenal sebagai Titik acuan Inersia. Dengan mereka, dimungkinkan untuk membedakan antara apresiasi gerakan nyata suatu benda jika pengamat bergerak dengannya, atau jika sebaliknya dari titik tetap:
- Pengamat inersia. Mereka yang dalam perspektif matematika Newton terpenuhi sepenuhnya, karena mereka mengamati pergerakan objek dari “luar” dan dari titik statis. Jika mereka ada, mereka bisa menghargai gerakan yang sebenarnya.
- Pengamat non-inersia. Benda-benda yang dikenai gaya-gaya gerak dan oleh karena itu perspektif geraknya bersifat relatif, karena benda-benda tersebut terbenam dalam kumpulan gaya-gaya bidang benda.
Hukum Kedua Newton: Hukum Dasar Dinamika
Hukum ini berkaitan dengan mendefinisikan konsep gaya (F). Pada prinsipnya dinyatakan bahwa: “Perubahan suatu gerakan berbanding lurus dengan gaya gerak yang dikeanakan di atasnya dan berlangsung menurut garis lurus di mana gaya itu.” Yang berarti bahwa percepatan benda yang bergerak merespons jumlah gaya yang diterapkan untuk mengubah perpindahannya.
Dari situlah lahir persamaan fundamental dinamika, untuk benda bermassa konstan: Gaya resultan (Fresultan) = massa (m) x percepatan (a). Sebuah gaya total bekerja pada benda bermassa konstan dan memberikan percepatan yang proporsional.
Dalam kasus di mana massa tidak konstan, rumus ini akan bervariasi, mengingat momentum (p), dapat dihitung menurut rumus: momentum (p) = massa (m) x kecepatan (v). Jadi:
Fresultan = d (m.v) / dt. Dengan demikian, gaya dapat dikaitkan dengan percepatan dan massa, terlepas dari apakah yang terakhir adalah variabel.
Kekekalan momentum
Prinsip yang muncul dari Hukum Kedua Newton ini, berdasarkan perhitungan gaya menggunakan momentum alih-alih massa konstan, memungkinkan kita untuk mengusulkan dua model tumbukan antara benda yang bergerak:
- Tumbukan elastis. Momentum (p) dan energi kinetik dari benda yang bertabrakan adalah kekal. Setelah tabrakan, benda akan tetap bergerak tetapi dengan perubahan arah dan arah.
- Tumbukan inelastis. Momentum (p) kekal tetapi energi kinetik benda-benda dalam tumbukan tidak. Kedua benda mempertahankan kecepatannya dan energi kinetiknya ditambahkan, mampu mengalami deformasi dan peningkatan suhu, mampu tetap bersatu satu sama lain setelah tumbukan.
Hukum ketiga Newton: prinsip aksi dan reaksi
Hukum ini menyatakan bahwa “Setiap aksi mempunyai reaksi yang sama besar tetapi berlawanan arah: artinya aksi timbal balik dua benda selalu sama besar dan arahnya berlawanan“. Ini berarti bahwa untuk setiap gaya yang diberikan pada suatu benda, ia memberikan gaya yang sama dalam arah yang berlawanan dan dengan intensitas yang sama.
Jadi, jika dua benda 1 dan 2 berinteraksi, gaya yang diberikan oleh 1 pada 2 akan sama besarnya dengan yang diberikan oleh 2 pada 1, tetapi dengan tanda yang berlawanan: F12 = F21. Yang pertama akan disebut “aksi” dan yang kedua “reaksi.”
Setelah formulasi Newton, banyak sarjana kemudian mempelajari prinsip-prinsip tersebut dan menyederhanakannya untuk diterapkan pada sistem non-inersia, seperti Jean d’Alembert dalam Treatise on Dynamics (1743) atau Louis de Lagrange pada abad ke-19.