Dinamika: Hukum Newton Pertama (Inersia)

Pada pembahasan kinematika, kita telah mengetahui bahwa kinematika adalah cabang dari mekanika klasik yang mendeskripsikan gerak tanpa mempertimbangkan penyebabnya. Kali ini kita akan membahas dinamika, dinamika adalah cabang dari mekanika klasik yang berkaitan dengan studi gaya dan efeknya kepada gerak. ^[1] Dengan kata lain, dinamika mempelajari hubungan dari gaya dan gerak. Hubungan antara gaya dan gerak ini tertuang dalam tiga hukum newton tentang gerak. Kali ini kita akan membahas hukum Newton pertama.

Law I: Every body persists in its state of being at rest or of moving uniformly straight forward, except insofar as it is compelled to change its state by force impressed. ^[2]

Hukum I: Setiap tubuh tetap dalam keadaan diam atau bergerak seragam lurus ke depan, kecuali sejauh itu dipaksa untuk mengubah keadaannya dengan dikenai gaya.

Atau dengan bahasa yang lebih mudah dipahami, "Sebuah benda yang diam akan tetap diam dan sebuah benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kelajuan dan arah yang sama, kecuali mendapatkan gaya yang tidak seimbang (unbalanced force)." ^[3]

Secara matematis hukum Newton pertama dapat dituliskan dengan
\[\Sigma F = 0 \ \Leftrightarrow \ \frac{d\mathbf{v}}{dt} = 0\] Terdapat dua bagian dari pernyataan ini, apabila gaya seimbang (balanced), maka:

• Objek diam akan tetap diam, atau
• Objek bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan yang sama.

*Ingat apabila tidak terjadi perubahan kecepatan gerak maka disebut dengan gerak beraturan.

Hukum Newton I ini disebut juga dengan hukum inersia. Inersia adalah kelembaman atau keengganan suatu objek untuk berubah keadaan, termasuk perubahan kecepatan, arah, dan keadaan diamnya.

Massa dan Inersia

Berdasarkan Hukum Newton I:
\[\Sigma F = 0 \ \Leftrightarrow \ \frac{d\mathbf{v}}{dt} = 0\] Terdapat dua rumus yang menghubungkan massa dan inersia, yaitu
p = mv
p: momentum
m: massa
v: kecepatan

dan

F = ma
F: gaya
m: massa inersia
a: percepatan ^[4]

Kecenderungan suatu objek melawan perubahan keadaan geraknya bervariasi dengan massa. Semakin besar massa, maka semakin besar inersia. Akibatnya, semakin besar gaya yang harus diberikan untuk dapat mengubah keadaan benda. Hubungan F = ma ini akan dibahas lebih jauh pada Hukum Newton II. ^[5]

Mungkin akan sulit untuk memahami pernyataan "objek bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan yang sama," ketika kita mencoba melihat benda yang selalu cenderung melambat dan diam. Misalnya kita berhenti mengayuh sepeda, tentu saja kita akan perlahan lahan melambat. Tetapi ingat bahwa sebenarnya kita akan dapat terus bergerak kalau tidak ada gaya gesek ban dengan jalan, dengan kata lain gaya gesek adalah unbalanced force yang membuat benda yang semula bergerak menjadi diam.

Mari kita coba jawab pertanyaan berikut ini:

1. Mengapa sulit untuk mendorong mobil yang mogok di jalan?
2. Sebutkan dan jelaskan alat pengaman yang menggunakan prinsip hukum Newton pertama?

Ingin tahu percobaan menarik tentang inersia? Coba lihat video ini: