Hukum Newton 2: Bunyi, Rumus, dan Contoh Soal Gaya Gesek

Hukum Newton 2 berbunyi: percepatan sebuah benda sebanding dengan resultan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Rumusnya $\Sigma F = m\,a$, dengan $\Sigma F$ resultan gaya (N), $m$ massa (kg), dan $a$ percepatan (m/s²). Arah percepatan selalu sama dengan arah resultan gaya.

Bunyi Hukum Newton 2 dan Artinya

Bunyi hukum Newton 2 memuat dua hubungan:

• Sebanding dengan resultan gaya. Jika resultan gaya dijadikan dua kali dan massa tetap, percepatan menjadi dua kali.
• Berbanding terbalik dengan massa. Jika massa dijadikan dua kali dan resultan gaya tetap, percepatan menjadi setengahnya.

Inilah sebabnya truk bermuatan penuh lebih sulit dipercepat dan diperlambat daripada truk kosong, walaupun gaya mesin dan remnya sama.

Kata kuncinya adalah resultan, yaitu jumlah vektor semua gaya luar pada benda. Resultan gaya menentukan percepatan, bukan kecepatan. Benda bisa bergerak cepat dengan resultan gaya nol, asalkan kecepatannya tetap.

Hukum	Bunyi singkat	Rumus
Newton 1 (kelembaman)	Jika resultan gaya nol, benda diam tetap diam dan benda bergerak tetap bergerak lurus beraturan	$\Sigma F = 0$
Newton 2	Percepatan sebanding dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan massa	$\Sigma F = m\,a$
Newton 3 (aksi–reaksi)	Gaya aksi dan reaksi sama besar, berlawanan arah, dan bekerja pada dua benda berbeda	$F_{\text{aksi}} = -F_{\text{reaksi}}$

Langkah Mengerjakan Soal Hukum Newton 2

1. Pilih benda yang akan dianalisis.
2. Gambar diagram gaya (diagram benda bebas): gaya berat $w = m\,g$ ke bawah, gaya normal $N$ tegak lurus permukaan, gaya tarik atau dorong $F$, dan gaya gesek $f$.
3. Tentukan arah positif, biasanya searah gerak.
4. Tulis $\Sigma F = m\,a$ untuk tiap sumbu. Untuk benda di lantai datar yang ditarik mendatar, tidak ada percepatan tegak, sehingga $N - m\,g = 0$ dan $N = m\,g$.
5. Hitung, lalu cek satuan dan arah jawabanmu.

Huruf $N$ untuk gaya normal berbeda dengan satuan newton (N). Perhatikan juga bahwa $N = m\,g$ tidak berlaku untuk tarikan miring, bidang miring, atau lift yang dipercepat.

Rumus Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Gaya gesek muncul antara dua permukaan yang bersentuhan dan selalu melawan gerak atau kecenderungan gerak.

• Gaya gesek statis bekerja saat benda masih diam. Besarnya menyesuaikan gaya tarik sampai batas maksimum: $f_s \le \mu_s N$, dengan $f_{s,\text{maks}} = \mu_s N$.
• Gaya gesek kinetis bekerja saat benda sudah bergerak: $f_k = \mu_k N$.

Koefisien gesek $\mu_s$ dan $\mu_k$ tidak bersatuan, dan biasanya $\mu_k < \mu_s$. Cara memilih rumus:

1. Hitung batas $f_{s,\text{maks}} = \mu_s N$.
2. Jika gaya tarik $\le f_{s,\text{maks}}$, benda tetap diam, $a = 0$, dan gaya gesek sama besar dengan gaya tarik.
3. Jika gaya tarik $> f_{s,\text{maks}}$, benda bergerak; gunakan $f_k = \mu_k N$.

Contoh Soal Hukum Newton 2 dan Pembahasan

Contoh 1: mencari percepatan tanpa gesekan

Balok 10 kg di lantai licin ditarik mendatar dengan gaya 50 N. Berapa percepatannya?

Pembahasan: tidak ada gesekan, jadi $\Sigma F = 50$ N. Percepatan $a = 50 : 10 = 5$ m/s² searah tarikan.

Contoh 2: balok meluncur dengan gaya gesek kinetis

Balok 5 kg sedang meluncur ke kanan dan ditarik mendatar 30 N ke kanan. Koefisien gesek kinetis 0,2. Berapa percepatannya?

Pembahasan: $N = m\,g = 5 \times 10 = 50$ N. Gaya gesek $f_k = 0{,}2 \times 50 = 10$ N ke kiri. Resultan $\Sigma F = 30 - 10 = 20$ N, sehingga $a = 20 : 5 = 4$ m/s² ke kanan. Cek: $m\,a = 5 \times 4 = 20$ N.

Contoh 3: gaya tarik belum mengalahkan gesekan statis

Balok 4 kg diam di lantai dengan $\mu_s = 0{,}5$, lalu ditarik mendatar 12 N. Apakah balok bergerak?

Pembahasan: $N = 4 \times 10 = 40$ N, sehingga $f_{s,\text{maks}} = 0{,}5 \times 40 = 20$ N. Karena 12 N < 20 N, balok tetap diam dan gaya gesek statisnya 12 N berlawanan arah tarikan. Menulis gaya gesek 20 N adalah keliru, karena akan menghasilkan percepatan 2 m/s² ke arah berlawanan pada balok yang diam.

Contoh 4: mencari massa benda

Gaya mendatar 24 N bekerja pada benda di lantai licin sehingga benda dipercepat 3 m/s². Berapa massanya?

Pembahasan: $m = \Sigma F / a = 24 : 3 = 8$ kg. Cek: $8 \times 3 = 24$ N.

Hukum Newton 2 dalam Kehidupan Sehari-hari

• Mendorong troli kosong lebih mudah daripada troli penuh belanjaan. Dengan dorongan yang sama, massa yang lebih besar menghasilkan percepatan yang lebih kecil.
• Bola yang ditendang lebih keras melaju lebih cepat karena gaya yang lebih besar menghasilkan percepatan yang lebih besar.
• Sabuk pengaman dan kantong udara memperpanjang waktu perlambatan tubuh, sehingga perlambatan dan gaya yang dialami penumpang menjadi lebih kecil.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Ringkasan

• Hukum Newton 2: $\Sigma F = m\,a$; percepatan searah resultan gaya.
• Selalu mulai dari diagram gaya dan tentukan arah positif.
• Gesek statis: $f_s \le \mu_s N$; gesek kinetis: $f_k = \mu_k N$.
• Untuk benda diam, bandingkan gaya tarik dengan $f_{s,\text{maks}}$ sebelum menghitung percepatan.

Materi Terkait

• GLB dan GLBB: rumus gerak setelah percepatan diketahui.
• Gerak Parabola: penerapan percepatan gravitasi pada dua arah.
• Macam-Macam Gaya: dasar konsep gaya di SD.
• Momen Inersia: versi rotasi hukum Newton 2, $\tau = I\alpha$.
• Lihat semua materi di halaman mapel Fisika.

Sumber belajar

• OpenStax College Physics 2e — Newton’s Second Law of Motion
• OpenStax College Physics 2e — Friction

Penjelasan dan contoh disusun ulang untuk materi ini; sumber dapat dibuka untuk belajar lebih lanjut.