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:

Massa lampu $m$ = 250 g = 0,25 kg

Ditanya:

Gaya normal$\ N$ = ?

Jawab:

Terdapat dua gaya yang bekerja pada lampu yaitu gaya normal dan gaya berat. Gaya normal adalah gaya tegak lurus benda terhadap permukaan bidang. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi gravitasi bumi dan arahnya selalu menuju ke pusat bumi.

Gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma$ untuk menyelesaikan soal ini. Uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut ini. Anggap arah ke bawah sebagai sumbu-Y negatif dan arah ke atas sebagai sumbu-Y positif.

Karena lampu menempel di langit-langit, maka kedua gaya bekerja pada sumbu-Y tanpa ada percepatan. Sehingga $ΣF_y=0$ dan $ΣF_x=0$.

$ΣF_y=Σma$

$ΣF_y=0$

$-N-w=0$

$N=-w$

$N=-mg$

$N=-\left(0,25\right)\left(10\right)$

$N=-2,5$ N

Tanda negatif menyatakan gaya normal mengarah ke sumbu-Y negatif.

Jadi, gaya normal lampu adalah 2,5 N dengan diagram bebas seperti gambar berikut.

Diketahui:

Massa benda $m$ = 4 kg

Gaya tarik ke atas $F_1$= 7 N

Gaya dorong ke bawah $F_2$ = 6 N

Ditanya:

Gaya normal $N$ = ?

Jawab:

Uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada benda. Asumsikan gaya yang mengarah ke atas sebagai sumbu-Y positif dan gaya yang mengarah ke bawah sebagai sumbu-Y negatif.

Terdapat empat gaya yang bekerja pada benda yaitu gaya berat, gaya tarik, gaya dorong dan gaya normal. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi dan arahnya selalu menuju ke pusat bumi. Gaya tarik adalah gaya yang terjadi akibat adanya tarikan. Gaya dorong adalah gaya yang disebabkan akibat adanya dorongan. Gaya normal adalah gaya tegak lurus benda terhadap permukaan bidang sentuh.

Untuk menyelesaikan soal ini, gunakan hukum II Newton  $ΣF=Σma$. Karena benda dianggap tidak bergerak vertikal maupun horizontal dan gaya-gaya yang bekerja hanya pada sumbu-Y sehingga $ΣF_x=0$.

$ΣF_y=0$

$F_1+N-F_2-w=0$

$N=F_2-F_1+w$

$=F_2-F_1+mg$

$=6-7+\left(4\right)\left(10\right)$

$=39$ N

Jadi, besar gaya normal benda adalah 39 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:

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 balok $m$ = 20 kg

Sudut kemiringan gaya terhadap horizontal $θ$ = 37°

Gaya tarik $F$ = 10 N

Ditanya:

Gaya normal $N$=?

Jawab:

Pada kasus ini terdapat tiga gaya yang bekerja pada sistem yaitu gaya berat, gaya normal dan gaya tarik. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi dan arahnya selalu menuju ke pusat bumi. Gaya normal adalah gaya tegak lurusbenda terhadap permukaan bidang sentuh. Gaya tarik adalah gaya yang disebabkan oleh tarikan pada benda.

Untuk menyelesaikan soal ini gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma$. Terlebih dahulu uraikan gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut. Anggaplah arah ke kanan sebagai sumbu-X positif dan arak ke kiri sebagai sumbu-X negatif. Serta arah atas sebagai sumbu-Y positif dan arah bawah sebagai sumbu-Y negatif.

Karena benda hanya bergerak di sumbu-X, maka $ΣF_y=0.$

$ΣF_y=Σma$

$N-w+Fsinθ=0$

$N=w-Fsinθ$

$=mg-Fsinθ$

$=\left(20\right)\left(10\right)-\left(10\right)\left(0,6\right)$

$=200-6$

$=194$ N

Jadi, besar gaya normal benda adalah 194 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.

Diketahui:

Massa orang $m$ = 30 N

Percepatan lift $a$ = 3 m/s²

Ditanya:

Gaya normal $N$ = ?

Jawaban:

Uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut. Anggap arah atas sebagai sumbu-Y positif dan arah bawah sebagai sumbu-Y negatif.

Terdapat dua gaya yang bekerja pada sistem yaitu gaya berat dan gaya normal. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi dan arahnya selalu menuju ke pusat bumi. Gaya normal adalah gaya yang tegak lurus dengan permukaan bidang sentuh.

Untuk menyelesaikan kasus ini, gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma.$ Karena lift bergerak ke atas maka $ΣF_x=0.$

$ΣF_y=Σma$

$N-w=ma$

$N=w+ma$

$=mg+ma$

$=\left(30\right)\left(10\right)+\left(30\right)\left(3\right)$

$=300+90$

$=390$ N

Jadi, gaya normal yang dialami sebesar 390 N.