Hukum Newton

Hukum Gerak
Newton telah merumuskan tiga hukum tentang gerak, dimana merupakan dasar
asumsi untuk sebuah sistem dinamis. Ketiga hukum tentang gerak ini dikenal sebagai:
1. Hukum pertama Newton tentang gerak.
2. Hukum kedua Newton tentang gerak.
3. Hukum ketiga Newton tentang gerak.
Hukum Pertama Newton
Menyatakan : Setiap benda akan tetap diam atau bergerak secara teratur dalam
sebuah garis lurus, kecuali ada gaya yang bekerja padanya.
Hukum Kedua Newton
menyatakan: Laju perubahan momentum secara langsung berbanding lurus
dengan gaya yang bekerja dan terjadi pada arah yang sama dengan arah gaya yang
bekerja.
Misalkan sebuah gaya bekerja pada sebuah benda yang membuat benda itu
bergerak. Katakan:
m = massa benda
F = gaya yang bekerja
u = kecepatan awal benda
v = kecepatan akhir benda
t = waktu benda tersebut merubah kecepatannya dari u ke v dalam detik.
Menurut hukum kedua Newton tentang gerak:

t
uvm
t
mumv
F
)( −
∝ −
∝
F ma kma dimana a =percepatan= (v-u)/t
Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
1Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
2
k adalah konstanta.
Massa dan Berat
a. Massa
Adalah jumlah materi yang terkandung pada suatu benda, dan tidak berubah karena
perubahan posisinya di permukaan bumi. Massa benda diukur dengan perbandingan
langsung dengan massa standar dengan menggunakan timbangan.
b. Berat
Adalah jumlah tarikan, dari bumi terhadap suatu benda. Karena besar tarikan berubah
karena perbedaan jarak benda terhadap pusat bumi, maka berat benda juga akan
berubah karena perubahan posisinya di permukaan bumi. Jadi jelas bahwa berat
adalah sebuah gaya.
Besar tarikan bumi dalam satuan Metriks, pada level permukaan laut dan lintang
450
, telah diambil sebagai satu satuan gaya dan disebut satu kilogram gaya.
Sayangnya satuannya sama dengan satuan massa.
Berat benda diukur dengan menggunakan timbangan pegas, yang akan
menunjukkan variasi tarikan pegas jika benda dipindahkan dari satu tempat ke tempat
lain.
Pada satuan CGS, satuan gaya adalah dyne. Satu dyne didefinisikan sebagai
gaya, ketika bekerja pada massa satu gram, akan menghasilkan percepatan sebesar 1
cm/sec2
pada arah gaya yang bekerja tersebut.
Demikian pula dalam satuan MKS atau SI, satuan gaya disebut Newton
(disingkat N). Satu Newton didefinisikan sebagai gaya, ketika bekerja pada massa
satu kilogram, akan menghasilkan percepatan 1 m/sec2
pada arah gaya yang bekerja
tersebut.
Satuan Absolut dan Gravitasi dari Gaya
Dari penjelasan diatas, jika sebuah benda bergerak dengan percepatan 9,81 m/sec2
,
gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah 9,81 N. Tetapi kita tahu bahwa massa 1
kg yang mengalami tarikan bumi dengan percepatan 9,81 m/sec2
adalah 1 kg-berat.
Sehingga:
1 kg-berat = 9,81 N
dengan cara yang sama: Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
3
1 gm-berat = 981 dyne
Satuan gaya diatas yaitu kg-berat dan gm-berat (untuk kemudahan biasanya ditulis
hanya kg dan gm) disebut gravitasi atau satuan ahli teknik tentang gaya, sedangkan
Newton dan dyne disebut satuan absolut atau satuan saintific gaya.
Untuk membedakan satuan massa dengan berat, diperkenalkan massa benda dalam
satuan yang baru yaitu Khurmi, dimana 1 Khurmi adalah massa benda dalam kg dibagi
dengan percepatan gravitasi (g=9,81).
Hukum Newton Ketiga Tentang Gerak
Menyatakan bahwa “setiap aksi, selalu ada reaksi yang sama besarnya dan
berlawanan arah”.
Kerja
Jika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda dan benda mengalami perpindahan,
dikatakan bahwa telah dilakukan kerja. Contohnya, jika sebuah gaya F bekerja pada
sebuah benda sehingga menghasilkan perpindahan x pada arah gaya, kemudian kerja
yang dilakukan oleh gaya:
W = F . x
Satuan kerja bergantung pada satuan gaya dan perpindahan. Pada sistem MKS, satuan
kerja adalah kilogram-meter (kg-m). Dalam sistem SI, satuan kerja adalah Newton-
meter (N-m).
Daya
Adalah laju kerja atau kerja per satuan waktu. Daya adalah pengukuran kinerja
suatu mesin, misalnya: sebuah mesin melakukan sejumlah kerja dalam satu detik akan
dua kali lebih bertenaga dari pada mesin yang mengerjakan kerja yang sama dalam dua
detik. Secara matematik Daya:
Daya = Kerja yang dilakukan
Waktu yang digunakan
Dalam sistem Metrik, satuan daya adalah daya kuda yang sama dengan 4500 kg-m per
menit atau 75 kg-m per detik. Dalam sistem SI, satuan daya adalah Watt, yaitu sama Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
4
dengan 1 N-m/s atau 1 J/s. Umumnya satuan daya yang lebih besar digunakan kilowatt
(kW) yaitu sama dengan 1000 W.
Energi
Energi didefinisikan sebagai kapasitas untuk melakukan kerja. Energi dijumpai dalam
berbagai bentuk, yaitu: mekanik, listrik, kimia, panas, cahaya dsb. Energi mekanik terdiri
dari:
1. Energi potensial.
2. Energi kinetik.
Energi potensial dipunyai oleh benda untuk melakukan kerja karena letaknya,
sedangkan energi kinetik ada karena massa dan kecepatan.
Hukum Kekekalan Energi
Menyatakan bahwa “energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan, namun bisa dirubah
dari satu bentuk ke bentuk lainnya”.
Tekanan
Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Satuan tekanan bergantung
pada satuan gaya dan luas. Pada sistem MKS, satuan tekanan yang digunakan adalah
kg/cm2
dan kg/m2
. Kadang-kadang tekanan digunakan dengan satuan atmosfir dan
ditulis dengan ata. Dimana 1 ata = 1 kg/cm2
.
Pada sistem SI, satuan tekanan yang digunakan adalah N/mm2
, N/m2
, kN/m2
,
MN/m2
dsb. Tetapi kadang-kadang satuan tekanan yang lebih besar (bar) digunakan
dimana:
1 bar = 1 X 105
N/m2
Kadang-kadang tekanan dinyatakan dengan satuan lain yang disebut Pa (Pascal)
dan kPa, dimana
1 Pa = 1 N/m2
dan 1 kPa = 1 kN/m2

Tekanan Gauge dan Tekanan Mutlak
Semua pengukur tekanan (pressure gauge) akan membaca perbedaan antara Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
5
tekanan aktual pada suatu sistem dengan tekanan atmosfir. Bacaan yang diperoleh dari
pengukur tekanan dikenal sebagai tekanan gauge, sedangkan tekanan aktual disebut
tekanan absolut. Secara matematik:
Tekanan absolut = Tekanan gauge + Tekanan atmosfir.
Harga tekanan atmosfir diambil 1,033 kg/cm2
atau 1,01 bar absolut pada
permukaan laut.
Temperatur
Temperatur adalah istilah yang penting dan didefinisikan sebagai derjat panas atau
tingkat intensitas panas suatu benda. Benda yang panas disebut mempunyai temperatur
yang lebih tinggi, sedangkan benda dingin mempunyai temperatur yang lebih rendah.
Pengukuran Temperatur
Temperatur suatu benda diukur dengan termometer. Berikut ini adalah dua skala
yang umum digunakan dalam mengukur temperatur suatu benda yaitu:
1. Skala Centigrade atau Celsius; dan
2. Skala Fahrenheit.
Masing-masing skala ini didasarkan atas dua titik tetap yang dikenal dengan titik
beku air atau titik es, dan titik didih air atau titik uap.
1. Skala Centigrade
Skala ini umumnya digunakan oleh ahli teknik dan ilmuwan. Titik beku air pada
skala ini ditandai dengan nol, dan titik didih air ditandai dengan 100. Jarak antara
titik ini dibagi dengan 100 sehingga tiap satu jarak/garis skala adalah satu derjat
centigrade (ditulis dengan
0
C).
2. Skala Fahrenheit
Pada skala ini, titik beku air ditandai dengan 32 dan titik didih ditandai dengan
212. Jarak antaranya dibagi 180 dan setiap jarak/garis skala mewakili satu derjat
Fahrenheit (ditulis dengan
0
F).
Hubungan antara skala Centigrade dengan Fahrenheit diberikan oleh rumus: C
100
F 32
180
Temperatur Absolut
Jika harga temperatur digunakan dalam persamaan yang berhubungan dengan
hukum-hukum fundamental, maka harga temperatur yang digunakan sebagai rujukan
adalah nol sebenarnya atau nol mutlak.
Temperatur nol mutlak/absolut diambil pada harga -273
0
C atau -460
0
F.
Temperatur yang diukur dari nol absolut ini disebut dengan temperatur mutlak. Skala
celsius mutlak disebut dengan derjat Kelvin (disingkat dengan
0
K); sehingga
0
K =
0
C +
273. Skala absolut Fahrenheit disebut derjat Rankine (disingkat dengan
0
R); dan
0
R =
0
F
+ 460.
Satuan Kalor
Jumlah panas/kalor diukur berdasarkan kuantitas untuk menaikkan temperatur dari
massa air yang diketahui sebesar temperatur tertentu. Satuan-satuan berikut ini
biasanya digunakan untuk mengukur jumlah kalor:
1. Calori
Adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur satu gram air
sebesar 1
0
C. Satuan yang lebih besar dari calori adalah kilokalori (kcal), yaitu jumlah
kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur satu kilogram air sebesar 1
0
C.
Catatan : 1 kilocalori (kcal) = 1000 calori
2. Satuan kalor centigrade
Secara singkat ditulis C.H U. (Centigrade Heat Unit), adalah jumlah kalor yang
diperlukan untuk menaikkan temperatur satu pound air sebesar 1
0
C. Kita tahu
bahwa:
1 pound = 453,6 gm
sehingga : 1 C.H.U = 453,6 calori

Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
6Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
7
3. British Thermal Unit
Atau disingkat dengan B.Th.U. atau B.T.U., adalah jumlah kalor yang diperlukan
untuk menaikkan temperatur satu pound air sebesar 1
0
F.
Catatan : 1. Satuan calori kadang-kadang disebut gram calori (gm-cal) dan satuan kalor centigrade
disebut pound calori.
2. Pada sistem MKS, satuan kalor digunakan calori atau kilocalori (ditulis cal atau kcal).
Secara matematik, kalor yang diperlukan untuk menaikkan m kg air sebesar T derjat
kelvin jika kalor spesifik adalah c (dalam kcal/kg
0
K):
Q = mcT kcal
3. Pada sistem SI, satuan kalor digunakan joule atau kilojoule (ditulis J atau kJ). Secara
matematik, kalor yang diperlukan untuk menaikkan m kg air sebesar T derjat kelvin
jika kalor spesifik adalah c (dalam kJ/kg
0
K):
Q = mcT kJ
Ekivalen Mekanik dari kalor
Telah dibuktikan oleh Joule bahwa kalor dan energi mekanik bisa saling berpindah.
Ia mendapatkan dari eksperimen bahwa terdapat persamaan numerik antara satuan
kalor dan satuan kerja. Hubungan ini dituliskan dengan J (diambil dari nama Joule) dan
dikenal sebagai ekivalen Joule atau ekivalen mekanik kalor.
Sesuai dengan persamaan ini:
1 kcal = 427 kg-m (dalam satuan MKS)
Pada sistem SI, satuan kerja adalah Joule atau kiloJoule, dan satuan kalor juga
Joule atau kiloJoule, sehingga kita bisa secara langsung mengkonversikan satuan kalor
ke satuan mekanikal dan sebaliknya.
Kalor Spesifik
Kalor spesifik suatu zat secara luas didefinisikan sebagai jumlah kalor yang
diperlukan untuk menaikkan temperatur satu satuan massa suatu zat sebesar 10
.
Biasanya dinotasikan dengan c. Jika m kg suatu zat dengan kalor spesifikc diperlukan Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
8
untuk menaikkan temperatur sebesar t
0
C, maka:
Kalor yang diperlukan = m.c.t kcal
Nilai rata-rata kalor spesifik beberapa zat diberikan oleh tabel 1.
Tabel 1. Harga kalor spesifik beberapa zat.
Padatan Kalor
Spesifik
Cairan Kalors
Spesifik
Gas pada tekanan
atmosfir
Kalor
spesisifik
Baja
Tembaga
Seng
Mercury
Batubara
Arang
0,117
0,097
0,093
0,033
0,241
0,200
Air
Es
Uap
Minyak Bensin
Alkohol
Minyak parafin
1,000
0,594
0,500
0,434
0,600
0,511
Udara
Karbon Dioksida
Nitrogen
Oksigen
0,237
0,198
0,241
0,221
Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor sebuah zat bisa didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk
menaikkan seluruh massa zat sebesar 10
. Secara matematik:
Kapasitas kalor = m.c kalori
dimana, m = massa zat dalam gram
c = kalor spesifik zat
Ekivalensi Air
Ekivalensi air suatu zat bisa didefinisikan sebagai jumlah air, yang memerlukan
jumlah kalor yang sama ketika suatu zat dinaikkan temperaturnya sebesar 10
. Secara
matematik:
Ekivalensi air suatu zat = m.s gram
dimana, m = massa zat
s = kalor spesifik zat S