Hukum pertama Newton , juga dikenal sebagai hukum inersia, pertama kali diusulkan oleh Isaac Newton, fisikawan, matematikawan, filsuf, teolog, penemu Inggris dan alkemis. Hukum ini menyatakan sebagai berikut: ” Jika suatu benda tidak dikenai gaya apa pun, atau jika gaya-gaya yang bekerja padanya saling meniadakan, maka benda itu akan terus bergerak dengan kecepatan konstan dalam garis lurus.”
Dalam pernyataan ini kata kuncinya adalah akan berlanjut. Jika premis-premis hukum terpenuhi, maka benda itu akan terus bergerak seperti semula. Kecuali jika gaya yang tidak seimbang muncul dan mengubah keadaan gerak.
Penjelasan hukum pertama Newton. Sumber: buatan sendiri.
Ini berarti bahwa jika benda dalam keadaan diam, ia akan terus diam, kecuali jika ada gaya yang mengeluarkannya dari keadaan itu. Ini juga berarti bahwa jika suatu benda bergerak dengan kecepatan tetap dalam arah lurus, itu akan terus bergerak dengan cara itu. Itu hanya akan berubah ketika beberapa agen eksternal memberikan gaya padanya dan mengubah kecepatannya.
Latar belakang hukum
Isaac Newton lahir di Woolsthorpe Manor (Inggris Raya) pada tanggal 4 Januari 1643 dan meninggal di London pada tahun 1727.
Tanggal pasti Sir Isaac Newton menemukan tiga hukum dinamikanya, termasuk hukum pertama, tidak diketahui dengan pasti. Namun diketahui bahwa itu jauh sebelum terbitnya buku terkenal Prinsip-Prinsip Matematika Filsafat Alam , pada tanggal 5 Juli 1687.
Kamus mendefinisikan kata inersia sebagai berikut:
” Sifat benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerakan mereka jika tidak dengan aksi suatu gaya.”
Istilah ini juga digunakan untuk menegaskan bahwa situasi apa pun tetap tidak berubah karena tidak ada upaya yang dilakukan untuk mencapainya, oleh karena itu terkadang kata inersia memiliki konotasi rutinitas atau kemalasan.
Pandangan pra-Newtonian
Sebelum Newton, gagasan yang paling dominan adalah gagasan filsuf besar Yunani Aristoteles, yang menegaskan bahwa agar suatu benda dapat terus bergerak, suatu gaya harus bekerja padanya. Ketika gaya berhenti, maka begitu juga gerakannya. Tidak demikian, tetapi bahkan hari ini banyak yang berpikir demikian.
Galileo Galilei, astronom dan fisikawan Italia brilian yang hidup antara tahun 1564 dan 1642, bereksperimen dan menganalisis pergerakan benda.
Salah satu pengamatan Galileo adalah bahwa benda yang meluncur pada permukaan yang halus dan licin dengan impuls awal tertentu, membutuhkan waktu lebih lama untuk berhenti dan lebih banyak bergerak dalam garis lurus, karena gesekan antara benda dan permukaan lebih kecil.
Jelas bahwa Galileo menangani gagasan inersia, tetapi dia tidak datang untuk merumuskan pernyataan setepat Newton.
Di bawah ini kita mengusulkan beberapa eksperimen sederhana, yang dapat dilakukan pembaca dan menguatkan hasilnya. Pengamatan juga akan dianalisis menurut pandangan Aristotelian tentang gerak dan pandangan Newtonian.
Eksperimen inersia
Percobaan 1
Sebuah kotak didorong ke lantai dan kemudian gaya penggerak dihentikan. Kita mengamati bahwa kotak menempuh jalan pendek sampai berhenti.
Mari kita tafsirkan eksperimen sebelumnya dan hasilnya, dalam kerangka teori-teori sebelum Newton dan kemudian menurut hukum pertama.
Dalam penglihatan Aristotelian penjelasannya sangat jelas: kotak itu berhenti karena gaya yang menggerakkannya tertahan.
Dalam pandangan Newton, kotak di lantai / tanah tidak dapat terus bergerak dengan kecepatan yang dimilikinya pada saat gaya dihentikan, karena antara lantai dan kotak terdapat gaya yang tidak seimbang, yang menyebabkan kecepatan berkurang hingga kotak berhenti. Ini adalah gaya gesekan.
Dalam percobaan ini, premis hukum pertama Newton tidak terpenuhi, sehingga kotak berhenti.
Percobaan 2
Sekali lagi itu adalah kotak di lantai / tanah. Dalam kesempatan ini, gaya pada kotak dipertahankan, sedemikian rupa sehingga mengkompensasi atau menyeimbangkan gaya gesekan. Ini terjadi ketika kita membuat kotak mengikuti dengan kecepatan konstan dan dalam arah yang lurus.
Eksperimen ini tidak bertentangan dengan pandangan Aristoteles tentang gerak: kotak bergerak dengan kecepatan konstan karena ada gaya yang diberikan padanya.
Ini juga tidak bertentangan dengan pendekatan Newton, karena semua gaya yang bekerja pada kotak seimbang. Ayo lihat:
- Dalam arah horizontal, gaya yang bekerja pada kotak sama dengan dan berlawanan arah dengan gaya gesekan antara kotak dan lantai.
- Jadi gaya total dalam arah horizontal adalah nol, itulah sebabnya kotak mempertahankan kecepatan dan arahnya.
Juga dalam arah vertikal gaya-gaya seimbang, karena berat kotak yang merupakan gaya yang mengarah vertikal ke bawah dikompensasikan dengan gaya kontak (atau normal) yang diberikan tanah pada kotak vertikal ke atas.
Ngomong-ngomong, berat kotak itu karena tarikan gravitasi Bumi.
Percobaan 3
Kita melanjutkan dengan kotak beristirahat di lantai. Dalam arah vertikal gaya seimbang, yaitu gaya vertikal bersih adalah nol. Tentu akan sangat mengejutkan jika kotak itu bergerak ke atas. Tetapi pada arah horizontal terdapat gaya gesekan.
Sekarang, agar premis hukum pertama Newton terpenuhi, kita perlu mengurangi gesekan ke ekspresi minimumnya. Ini dapat dicapai dengan cukup kasar jika kita mencari permukaan yang sangat halus yang kita semprotkan minyak silikon.
Karena minyak silikon mengurangi gesekan hingga hampir nol, jadi ketika kotak ini dilempar secara horizontal, ia akan mempertahankan kecepatan dan arahnya untuk waktu yang lama.
Ini adalah fenomena yang sama yang terjadi dengan skater di gelanggang es, atau dengan keping hoki es ketika mereka didorong dan dilepaskan sendiri.
Dalam situasi yang dijelaskan, di mana gesekan berkurang hampir menjadi nol, gaya yang dihasilkan praktis nol dan objek mempertahankan kecepatannya, menurut hukum pertama Newton.
Dalam pandangan Aristoteles hal ini tidak mungkin terjadi, karena menurut teori naif ini, gerak hanya terjadi bila ada gaya total pada benda yang bergerak.
Permukaan beku dapat dianggap gesekan yang sangat rendah. Sumber: Pixabay.
Penjelasan Hukum I Newton
Inersia dan massa
Massa adalah besaran fisika yang menunjukkan jumlah materi yang dikandung oleh suatu benda atau benda.
Massa, kemudian, adalah sifat intrinsik materi. Tetapi materi terdiri dari atom-atom yang memiliki massa. Massa atom terkonsentrasi di inti. Proton dan neutron dalam nukleuslah yang secara praktis menentukan massa atom dan materi.
Massa umumnya diukur dalam kilogram (kg), itu adalah unit dasar Sistem Internasional Satuan (SI).
Prototipe atau referensi kg adalah silinder platinum dan iridium yang disimpan di Kantor Internasional Berat dan Ukuran di Sèvres di Prancis, meskipun pada tahun 2018 dikaitkan dengan konstanta Planck dan definisi baru mulai berlaku pada 20 Mei 2019.
Nah, kebetulan kelembaman dan massa terkait. Semakin besar massa, semakin besar inersia suatu benda. Jauh lebih sulit atau mahal dalam hal energi untuk mengubah keadaan gerak benda yang lebih masif daripada yang kurang masif.
Contoh
Misalnya, dibutuhkan lebih banyak kekuatan dan lebih banyak pekerjaan untuk mengangkat kotak satu ton (1000 kg) dari keadaan diam daripada kotak satu kilogram (1 kg). Itulah mengapa sering dikatakan bahwa yang pertama memiliki lebih banyak inersia daripada yang kedua.
Karena hubungan antara inersia dan massa, Newton menyadari bahwa kecepatan saja tidak mewakili keadaan gerak. Oleh karena itu ia didefinisikan sebagai jumlah yang diketahui dari momentum atau momentum dilambangkan dengan huruf p dan merupakan produk dari massa m dengan kecepatan v :
p = m v
Huruf tebal pada p dan v menunjukkan bahwa besaran-besaran tersebut merupakan besaran-besaran fisis vektor, yaitu besaran-besaran dengan besaran, arah, dan pengertian.
Di sisi lain, massa m adalah besaran skalar, di mana angka yang ditetapkan dapat lebih besar dari atau sama dengan nol, tetapi tidak pernah negatif. Sejauh ini tidak ada objek bermassa negatif yang ditemukan di alam semesta yang diketahui.
Newton membawa imajinasi dan abstraksinya secara ekstrem, mendefinisikan apa yang disebut partikel bebas . Sebuah partikel adalah titik material. Artinya, itu seperti titik matematika tetapi dengan massa:
Partikel bebas adalah partikel yang sangat terisolasi, begitu jauh dari objek lain di alam semesta sehingga tidak ada yang dapat memberikan interaksi atau gaya apa pun padanya.
Kemudian Newton melanjutkan untuk mendefinisikan sistem referensi inersia, yang akan menjadi sistem di mana ketiga hukum geraknya berlaku. Berikut adalah definisi menurut konsep-konsep tersebut:
Sistem referensi inersia
Setiap sistem koordinat yang melekat pada partikel bebas, atau yang bergerak dengan kecepatan konstan terhadap partikel bebas, akan menjadi sistem referensi inersia.
Hukum I Newton (Hukum Inersia)
Jika sebuah partikel bebas, maka ia memiliki momentum konstan terhadap kerangka acuan inersia.
Hukum pertama Newton dan momentum. Sumber: buatan sendiri.
Latihan yang diselesaikan
Latihan 1
Sebuah keping hoki seberat 160 gram berjalan di gelanggang es dengan kecepatan 3 km / jam. Temukan momentumnya.
Larutan
Massa piringan dalam kilogram adalah: m = 0,160 kg.
Kecepatan dalam meter per detik: v = (3 / 3,6) m / s = 0,8333 m / s
Momentum p dihitung sebagai berikut: p = m * v = 0,1333 kg * m / s,
Latihan 2
Gesekan di cakram anterior dianggap nol, jadi momentum dipertahankan selama tidak ada yang mengubah arah lurus cakram. Namun, diketahui bahwa dua gaya bekerja pada piringan: berat piringan dan kontak atau gaya normal yang diberikan lantai padanya.
Hitung nilai gaya normal dalam newton dan arahnya.
Larutan
Karena momentum kekal, gaya resultan pada keping hoki harus nol. Bobot menunjuk secara vertikal ke bawah dan valid: P = m * g = 0,16 kg * 9,81 m / s²
Gaya normal harus melawan berat, sehingga harus mengarah vertikal ke atas dan besarnya 1,57 N.
Referensi
- Alonso M., Finn E. Fisika volume I: Mekanika. 1970. Fondo Educativo Interamericano SA
- Hewitt, P. Ilmu Fisika Konseptual . Edisi kelima . Pearson. 67-74.
- Muda, Hu. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. Edisi 14. Pearson. 105-107.