Tiga hukum Newton

Mobil bermassa 1200 kg memerlukan resultan gaya 3600 N untuk memperoleh percepatan 3 m/s².

Hukum pertama: benda mempertahankan keadaan geraknya

Geser buku di atas meja, lalu buku itu berhenti. Dahulu, orang menyimpulkan bahwa benda bergerak secara alami akan berhenti, dan bahwa dorongan terus-menerus diperlukan agar benda tetap bergerak. Galileo melihatnya secara berbeda. Dalam Two New Sciences (1638), ia membayangkan bola yang menggelinding pada bidang datar yang licin sempurna dan tak berujung. Menurutnya, bola itu akan terus bergerak selamanya. Buku berhenti karena ada gesekan, bukan karena berhenti adalah sifat alaminya.

Isaac Newton menjadikan gagasan ini hukum pertama dari tiga hukum dalam Principia tahun 1687. Menurut rumusan OpenStax: benda yang diam tetap diam, sedangkan benda yang bergerak tetap bergerak dengan kecepatan konstan, kecuali ada resultan gaya luar yang bekerja padanya. Kecenderungan mempertahankan keadaan ini disebut inersia atau kelembaman, dan ukurannya adalah massa. Troli belanja penuh lebih sulit digerakkan dan dihentikan daripada troli kosong karena inersianya lebih besar. Sabuk pengaman diperlukan karena hukum pertama: saat mobil berhenti mendadak, tubuhmu terus bergerak maju sampai ada gaya yang menahannya.

Hukum kedua: F = m a

Hukum kedua menjelaskan besar percepatan benda ketika gaya-gaya padanya tidak seimbang. Percepatan searah dengan resultan gaya, sebanding dengan besarnya, dan berbanding terbalik dengan massa: a = F_net ÷ m, yang lebih sering ditulis F_net = m a. Dorong troli bermassa 2 kg dengan resultan gaya 10 N, maka percepatannya 5 m/s². Agar mobil bermassa 1200 kg memperoleh percepatan 3 m/s², diperlukan gaya 3600 N. Yang menentukan adalah resultan gaya: jika kotak bermassa 5 kg didorong dengan gaya 50 N sementara gesekan melawannya dengan gaya 20 N, resultannya 30 N dan percepatan kotak 6 m/s².

Hukum kedua juga menjelaskan mengapa semua benda jatuh dengan percepatan yang sama. Benda yang lebih berat mengalami gaya gravitasi lebih besar, tetapi massanya yang harus dipercepat juga lebih besar. Kedua pengaruh itu tepat saling mengimbangi: a = m g ÷ m = g.

Hukum ketiga: gaya selalu berpasangan

Setiap kali suatu benda mendorong atau menarik benda kedua, benda kedua mendorong atau menarik kembali benda pertama dengan gaya sama besar dan berlawanan arah. Perenang mendorong air ke belakang, lalu air mendorong perenang ke depan. Roket menyemburkan gas panas melalui noselnya, lalu gas mendorong roket ke atas; roket tidak memerlukan udara sebagai tumpuan dorongan, sehingga dapat bekerja di ruang angkasa. Saat berjalan, kakimu mendorong tanah ke belakang dan tanah mendorongmu ke depan.

Kedua gaya dalam pasangan bekerja pada benda yang berbeda, sehingga tidak pernah saling meniadakan. Inilah kekeliruan yang sering terjadi. Ketika kuda menarik kereta, kereta menarik kuda kembali dengan gaya sama besar. Namun, keduanya tetap bergerak karena percepatan kuda ditentukan oleh semua gaya yang bekerja pada kuda, termasuk dorongan tanah pada kukunya.

Ketiga hukum ini terlihat dalam satu tendangan bola. Sebelum ditendang, bola diam karena resultan gaya padanya nol (hukum pertama). Selama sentuhan singkat, kaki mendorong bola; makin kuat dorongannya, makin besar percepatan bola (hukum kedua). Pada saat yang sama, bola mendorong kaki dengan gaya sama besar, yang terasa sebagai benturan pada jari kaki (hukum ketiga). Setelah lepas dari kaki, hanya gravitasi dan udara yang bekerja pada bola. Lintasannya mengikuti gerak parabola yang dibahas dalam kursus Gerak.