Kita definisikan terlebih dahulu masing-masing konsep dan hukum yang diberikan.

(1) Hukum I Newton menyatakan bahwa sebuah benda akan tetap pada keadaan diam atau pun bergerak dengan kecepatan konstan selama resultan gaya yang mengenai benda tersebut bernilai nol.

(2) Hukum II Newton menyatakan bahwa percepatan $a$ berbanding lurus dengan gaya $F$ dan berbanding terbalik dengan massa benda $m.$

(3) Hukum III Newton menyatakan bahwa jika benda A memberikan gaya $F$ kepada benda B maka benda B akan memberikan gaya kepada benda A dengan besar yang sama namun arahnya berlawanan.

(4) Gaya gesek adalah gaya yang terjadi akibat dua permukaan benda bergesekan dan arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda.

(5) Gaya normal adalah gaya tegak lurus benda terhadap permukaan bidang sentuh.

Ulir pada roda sepeda, motor dan mobil dibuat untuk memperbesar gaya gesek yang terjadi pada saat permukaan ban bergesekan dengan permukaan jalan. Dengan begitu pada saat ban harus melewati jalanan yang licin seperti jembatan kayu ataupun jalanan sehabis hujan, maka ban kendaraan tidak tergelincir.

Jadi, konsep yang digunakan pada pernyataan tersebut adalah gaya gesek.

Jawab:

"Jika jumlah gaya yang bekerja pada sebuah benda bernilai nol, maka ...."

Pernyataan tersebut adalah potongan dari bunyi hukum I Newton yang lengkapnya adalah "jika jumlah gaya (resultan) yang bekerja pada sebuah benda bernilai nol, maka benda yang diam akan tetap diam atau benda yang sedang bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan yang konstan (tetap atau sama)".

Jadi, jawaban yang tepat adalah benda pasti bergerak dengan kecepatan yang sama seperti sebelumnya.

Diketahui:

Gambar ikan menggantung.

Massa ikan $m$ = 1,5 kg

Percepatan gravitasi $g$ = 10 m/s²

Ditanya:

Gaya tegang tali senar pancing $T=$?

Dijawab:

Karena ikan menggntung diam dengan senar pancing, maka berlaku hukum I Newton, yaitu sebagai berikut.

$\Sigma F=0$

Mula-mula meninjau gaya-gaya yang bekerja pada ikan melalui diagram bebas berikut.

Berdasarkan diagram bebas di atas, gaya-gaya yang bekerja pada ikan hanya terjadi pada sumbu-Y. Sehingga sesuai dengan hukum I Newton, dapat dihitung besar gaya tegang tali senar adalah sebagai berikut.

$\Sigma F_y=0$

$T-w=0$

$T=w$

Karena $w=mg$, maka persamaannya menjadi:

$T=mg$

$T=\left(1,5\right)\left(10\right)$

$T=15$ N

Jadi, besar gaya tegang tali senar pancing Rudi adalah 15 N.

Diketahui:

Gambar Dudung memutar batu yang diikatkan pada tali.

Massa batu $m$ = 0,3 kg

Panjang tali = jari-jari lingkaran $R$ = 0,5 m

Kecepatan maksimum batu $v_{\text{maks}}$ = 8 m/s²

Ditanya:

Tegangan tali maksimum $T_{\text{maks}}=$?

Dijawab:

Pada kasus ini, gaya tegangan tali yang bekerja pada batu bertindak sebagai gaya sentripetal yang arahnya menuju ke pusat lingkaran. Secara matematis, gaya sentripetal dirumuskan melalui persamaan berikut.

$F_s=\frac{mv^2}{R}$

Karena $F_s=T$, maka persamaan menjadi sebagai berikut.

$T=\frac{mv^2}{R}$

Sehingga tegangan tali maksimum tali yang mengikat batu adalah sebagai berikut.

$T_{\text{maks}}=\frac{mv_{\text{maks}}^2}{R}$

$T_{\text{maks}}=\frac{\left(0,3\right)\left(8\right)^2}{0,5}$

$T_{\text{maks}}=\frac{\left(0,3\right)\left(64\right)}{0,5}$

$T_{\text{maks}}=\frac{19,2}{0,5}$

$T_{\text{maks}}=38,4$ N

Jadi, tegangan maksimum tali sebelum tali putus adalah sebesar 38,4 N.

Diketahui:

Gabar gaya yang bekerja pada balok A, balok B, dan balok C.

Massa balok A $m_{\text{A}}$ = 5 kg

Massa balok B $m_{\text{B}}$ = 5 kg

Massa balok C $m_{\text{C}}$ = 5 kg

Gaya pada balok A, balok B dan Balok C $F=50$ N

Sudut gaya balok A $\theta_{\text{A}}=\ 37^{\circ}$

Sudut gaya balok B $\theta_{\text{B}}=\ 53^{\circ}$

Sudut gaya balok C $\theta_{\text{C}}=\ 60^{\circ}$

Ditanya:

Urutan gaya normal dari yang terkecil ke terbesar?

Dijawab:

Gaya normal merupakan gaya yang bekerja pada bidang sentuh antara dua permukaan yang bersentuhan dan arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh seperti pada gambar berikut.

Karena buku berada dalam keadaan seimbang, maka resultan gaya yang bekerja pada benda adalah sama dengan nol.

$\Sigma F_x=0\ \ \text{dan}\ \ \Sigma F_y=0$

Untuk menentukan besar gaya normal yang bekerja pada benda, mula-mula gaya-gaya yang bekerja pada benda harus diuraikan melalui diagram bebas sebagai berikut.

Perbedaan antara kegiga balok hanya terletak pada sudut kemiringan gaya yang diberikan kepada balok, sehingga persamaan yang digunakan pada ketiga balok adalah sama, yaitu sebagai berikut.

$\Sigma F_y=0$

$N-w-F\sin\theta=0$

$N=w+F\sin\theta$

Dengan $w$ adalah gaya berat dan persamaannya adalah sebagai berikut.

$w=mg$

Sehingga, persamaannya menjadi:

$N=mg+F\sin\theta$

Maka gaya normal pada balok A adalah:

$N_{\text{A}}=m_{\text{A}}g+F\sin\theta$

$N_{\text{A}}=\left(5\right)\left(10\right)+\left(50\right)\sin37^{\circ}$

$N_{\text{A}}=50+\left(50\right)\left(0,6\right)$

$N_{\text{A}}=50+30$

$N_{\text{A}}=80$ N

Gaya normal pada balok B adalah:

$N_{\text{B}}=m_{\text{B}}g+F\sin\theta$

$N_{\text{B}}=\left(5\right)\left(10\right)+\left(50\right)\sin53^{\circ}$

$N_{\text{B}}=50+\left(50\right)\left(0,8\right)$

$N_{\text{B}}=50+40$

$N_{\text{B}}=90$ N

Sedangkan, gaya normal pada balok C adalah:

$N_{\text{C}}=m_{\text{C}}g+F\sin\theta$

$N_{\text{C}}=\left(5\right)\left(10\right)+\left(50\right)\sin60^{\circ}$

$N_{\text{C}}=50+\left(50\right)\left(0,86\right)$

$N_{\text{C}}=50+43$

$N_{\text{C}}=93$ N

Jadi, urutan gaya normal dari yang terkecil ke terbesar adalah ABC.

Diketahui:

Percepatan wahana $a$ = 5 m/s²

Tegangan tali wahana $T$ = 4.500 N

Massa wahana $$$m$ = 500 kg

Ditanya:

Gaya berat $w$ = ?

Jawaban:

Pertama, uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada sistem seperti gambar berikut ini.

Serupa prinsip kerja elevator yang bergerak ke atas, terdapat dua gaya yang bekerja pada wahana yaitu gaya tegangan pada tali dan gaya berat. Gaya tegangan pada tali adalah gaya yang terjadi pada ujung-ujung tali akibat tali berada dalam posisi tegang. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi dan arahnya selalu menuju ke pusat bumi.

Pada kasus ini, kita gunakan hukum II Newton $\sum_{ }^{ }F=\sum_{ }^{ }ma$. Karena benda bergerak vertikal maka $\sum_{ }^{ }F_x=0$.

Penyelesaiannya menjadi:

$\sum_{ }^{ }F_y=ma$

$T-w=ma$

$w=T-ma$

$=4.500-\left(500\right)\left(5\right)$

$=4.500-2.500$

$=2.000$ N

Jadi, gaya berat wahana adalah 2.000 N.

Diketahui:

Gambar tiga balok.

Massa balok A $m_{\text{A}}$ = 6 kg

Massa balok B $m_{\text{B}}$ = 8 kg

Massa balok C $m_{\text{C}}$ = 2 kg

Gaya dorong $F$ = 19,2 N

Ditanya:

Gaya kontak yang diberikan balok B kepada balok C $F_{\text{kontak B-C}}$= ?

Jawab:

Terdapat dua gaya yang bekerja pada sistem yaitu gaya dorong dan gaya kontak. Gaya dorong adalah jenis gaya yang terjadi akibat adanya dorongan. Gaya kontak adalah gaya yang terjadi akibat dua benda saling bersentuhan.

Untuk menyelesaikan kasus ini, gunakan hukum II Newton sebagai berikut.

$\Sigma F=ma$

Mula-mula uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada sistem seperti pada gambar berikut.

Karena sistem bergerak secara horizontal, maka cukup tinjau sumbu-X saja, maka $ΣF_y=0$. Anggap arah kanan sebagai sumbu-X positif, sebaliknya arah kiri sebagai sumbu-X negatif. Kemudian cari besar percepatan ketiga balok terlebih dahulu dengan menganggap balok A, balok B, dan balok C sebagai satu kesatuan $\left(m_{\text{total}}=m_{\text{A}}+m_{\text{B}}+m_{\text{C}}\right)$.

$F_x=Σma$

$F=\left(m_{\text{A}}+m_{\text{B}}+m_{\text{C}}\right)a$

$19,2=\left(6+8+2\right)a$

$a=\frac{19,2}{16}$

$a=1,2$ m/s²

Setelah itu, substitusikan besar percepatan yang sudah diperoleh untuk mencari gaya kontak antara benda B terhadap benda C melalui persamaan sebagai berikut.

$F_{\text{kontak B-C}}=m_{\text{C}}a$

$F_{\text{kontak B-C}}=\left(2\right)\left(1,2\right)$

$F_{\text{kontak B-C}}=2,4$ N

Jadi, besar gaya kontak yang diberikan balok B kepada balok C adalah 2,4 N.

Diketahui:

Massa benda 1 $m_1$ = 5 kg

Massa benda 2 $m_2$ = 7 kg

Gaya dorong $F$ = 120 N

Ditanya:

Percepatan sistem $a$ = ?

Gaya kontak $F_{\text{kontak}}$ = ?

Jawab:

Terdapat dua gaya yang bekerja pada sistem yaitu gaya dorong dan gaya kontak. Gaya dorong adalah jenis gaya yang terjadi akibat adanya dorongan. Gaya kontak adalah gaya yang terjadi akibat dua benda saling bersentuhan.

Untuk menyelesaikan kasus ini, gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma$. Uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada sistem seperti pada gambar berikut. Karena sistem bergerak secara horizontal, maka cukup tinjau sumbu-X saja. Anggap arah kanan sebagai sumbu-X positif, sebaliknya arah kiri sebagai sumbu-X negatif.

Karena sistem bekerja secara horizontal saja maka $ΣF_y=0$. Kemudian cari besar percepatan terlebih dahulu dengan menganggap balok 1 dan balok 2 sebagai satu kesatuan $\left(m_{\text{total}}=m_1+m_2\right)$ .

$ΣF_x=Σma$

$F=\left(m_1+m_2\right)a$

$120=\left(5+7\right)a$

$120=12a$

$a=\frac{120}{12}=10$ m/s²

Setelah itu, substitusikan nilai percepatan yang sudah didapat untuk mencari gaya kontak dengan meninjau salah satu benda saja. Boleh balok 1 atau balok 2. Disini kita akan meninjau balok 1.

$ΣF_x=Σma$

$F_{\text{kontak}}=m_1a$

$=\left(7\right)\left(10\right)$

$=70$ N

Jadi, secara berturut-turut besar percepatan dan gaya kontak adalah 10 m/s² dan 70 N.

Diketahui:

Massa Rani $m$ = 45 kg

Percepatan lift $a$ = 3 m/s²

Ditanya:

Gaya desakan kaki terhadap lantai lift $N$ = ?

Jawab:

Pertama, uraikan gaya-gaya yang bekerja terhadap sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut ini. Karena lift hanya bergerak arah vertikal, maka kita tinjau gaya-gaya pada sumbu-$Y$ saja.

Terdapat dua gaya yang bekerja pada sistem yaitu gaya berat dan gaya normal. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi sehingga selalu mengarah ke pusat bumi. Gaya normal adalah gaya tegak lurus benda terhadap bidang sentuh permukaan.

Untuk menyelesaikan soal ini gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma$. Karena sistem bergerak secara vertikal, maka $ΣF_x=0$ dan sebab lift bergerak ke bawah maka percepatan $a$ bertanda negatif.

$ΣF_y=ma$

$N-w=-ma$

$N-mg=-ma$

$N=-ma+mg$

$=-45\left(3\right)+\left(45\right)\left(10\right)$

$=-135+450$

$=315$ N

Jadi, gaya desakan kaki Rani terhadap lift sebesar 315 N.

Diketahui:

Gambar tiga balok.

Massa balok A $m_{\text{A}}$ = 6 kg

Massa balok B $m_{\text{B}}$ = 8 kg

Massa balok C $m_{\text{C}}$ = 2 kg

Gaya dorong $F$ = 19,2 N

Ditanya:

Gaya kontak yang diberikan balok A kepada balok B $F_{\text{kontak A-B}}$ = ?

Jawab:

Terdapat dua gaya yang bekerja pada sistem yaitu gaya dorong dan gaya kontak. Gaya dorong adalah jenis gaya yang terjadi akibat adanya dorongan. Gaya kontak adalah gaya yang terjadi akibat dua benda saling bersentuhan.

Untuk menyelesaikan kasus ini, gunakan hukum II Newton sebagai berikut.

$\Sigma F=ma$

Mula-mula uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada sistem seperti pada gambar berikut.

Karena sistem bergerak secara horizontal, maka cukup tinjau sumbu-X saja, maka $ΣF_y=0$. Anggap arah kanan sebagai sumbu-X positif, sebaliknya arah kiri sebagai sumbu-X negatif. Kemudian cari besar percepatan ketiga balok terlebih dahulu dengan menganggap balok A, balok B, dan balok C sebagai satu kesatuan $\left(m_{\text{total}}=m_{\text{A}}+m_{\text{B}}+m_{\text{C}}\right)$.

$F_x=Σma$

$F=\left(m_{\text{A}}+m_{\text{B}}+m_{\text{C}}\right)a$

$19,2=\left(6+8+2\right)a$

$a=\frac{19,2}{16}$

$a=1,2$ m/s²

Setelah itu, substitusikan besar percepatan yang sudah diperoleh untuk mencari gaya kontak antara benda A terhadap benda B. Karena balok B masih memiliki gaya kontak dengan balok C, maka massa yang digunakan untuk mencari gaya kontak pada balok B merupakan penjumlahan massa balok B dan balok C, sehingga dapat dihitung melalui persamaan sebagai berikut.

$F_{\text{kontak A-B}}=\left(m_{\text{B}}+m_{\text{C}}\right)a$

$F_{\text{kontak A-B}}=\left(8+2\right)\left(1,2\right)$

$F_{\text{kontak A-B}}=\left(10\right)\left(1,2\right)$

$F_{\text{kontak A-B}}=12$ N

Jadi, besar gaya kontak yang diberikan balok A kepada balok B adalah 12 N.