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:

Gambar gagang pintu diberi gaya $F$.

Gaya dorong $F$ = 30 N

Percepatan gravitasi $g$ = 10 m/s²

Ditanya:

Gaya normal $N=$?

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.

Untuk menentukan besar gaya normal yang bekerja pada gagang pintu, mula-mula gaya-gaya yang bekerja pada gagang pintu diuraikan melalui diagram bebas sebagai berikut.

Berdasarkan gambar, terlihat bahwa gaya yang bekerja pada sumbu-X adalah gaya dorong $F$ dan gaya normal, sedangkan pada sumbu-Y yang bekerja hanya gaya berat dari gagang pintu. Karena sistem gagang pintu beradadala keadaan seimbang, maka resultan gaya yang bekerja pada gagang pintu adalah nol, sehingga dapat peroleh hasil sebagai berikut.

$\Sigma F_x=0$

$N-F=0$

$N=F$

$N=30$ N

Jadi, besar gaya normal yang bekerja pada gagang pintu adalah sebesar 30 N.

Diketahui:

Massa helm $m$ = 0,4 kg

Koefisien gesek statis $\mu_s$ = 0,7

Koefisien gesek kinetis $\mu_k$ = 0,5

Percepatan $a$ = 1,5 m/s²

Percepetan gravitasi $g$ = 10m/s²

Ditanya:

Gaya yang diberikan $F=$?

Dijawab:

Berikut merupakan gambar diagram bebas yang bekerja pada helm berdasarkan informasi pada soal.

Berdasarkan gambar di atas, apabila dianggap helm didorong atau ditarik dengan gaya ke kanan sehingga helm bergerak ke kanan, maka gerak helm dipengaruhi oleh resultan gaya pada sumbu-X. Pada sumbu-X berlaku hukum II Newton, sedangkan pada sumbu-Y berlaku hukum I Newton, seperti berikut

$\Sigma F_x=ma\ \ \text{dan}\ \ \Sigma F_y=0$

Melalui persamaan pada sumbu-Y tersebut dapat diperoleh nilai gaya normal yang bekerja pada helm adalah sebagai berikut.

$\Sigma F_y=0$

$N-w=0$

$N=w$

Karena $w=mg$, maka persamaannya menjadi sebagai berikut.

$N=mg$

$N=\left(0,4\right)\left(10\right)$

$N=4$ N

Dengan demikian, melalui persamaan hukum II Newton dapat dihitung besar gaya yang harus diberikan pada helm adalah sebagai berikut.

$\Sigma F_x=ma$

$F-f_{gk}=ma$

$F=ma+f_{gk}$ ........(1)

Karena helm bergerak dengan percepatan tertentu, maka berlaku gaya gesek kinetis antara helm dengan permukaan lantai. Gaya gesek kinetis dirumuskan melalui persamaan berikut.

$f_{gk}=\mu_kN$

Dengan demikian, persamaan (1) dapat diubah menjadi sebagai berikut.

$F=ma+\mu_kN$

$F=\left(0,4\right)\left(1,5\right)+\left(0,5\right)\left(4\right)$

$F=0,6+2$

$F=2,6$ N

Jadi, besar gaya yang harus diberikan Sari agar helm bergerak dengan percepatan 1,5 m/s² adalah sebesar 2,6 N.

Diketahui:

Gambar dua kondisi buku.

Pada kondisi 1:

Massa buku $m_1$ = 2 kg

Sudut kemiringan bidang miring $\theta=30^{\circ}$

Pada kondisi 2:

Massa buku $m_2$ = 2 kg

Gaya $F$ = 40 N

Sudut gaya terhadap garis vertikal $\theta=30^{\circ}$

Kondisi 1 dan 2 dalam keadaan seimbang

Percepatan gravitasi $g$ = 10 m/s²

$\sin30^{\circ}=\frac{1}{2};\cos30^{\circ}=\frac{1}{2}\sqrt{3}$

Ditanya:

Perbandingan besar gaya normal bidang terhadap buku pada kondisi 1 dan kondisi 2 $N_1:N_2=$?

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.

Kondisi 1

Berdasarkan diagram gaya pada kondisi 1 di atas, gaya-gaya yang segaris dengan gaya normal dapat dituliskan sebagai berikut.

$\Sigma F_y=0$

$N_1-w_1\cos\theta=0$

Sehingga diperoleh persamaan untuk gaya normal pad kondisi 1 adalah sebagai berikut.

$N_1=w_1\cos\theta$

Dengan $w$ adalah gaya berat dan persamaannya adalah sebagai berikut.

$w=mg$

Maka, persamaannya menjadi:

$N_1=m_1g\cos\theta$

Kondisi 2

Berdasarkan diagram gaya pada kondisi 2 di atas, gaya-gaya pada sumbu-X dapat dituliskan sebagai berikut.

$\Sigma F_x=0$

$N_2-F\sin\theta=0$

Sehingga diperoleh persamaan untuk gaya normal pada kondisi 2 adalah sebagai berikut.

$N_2=F\sin\theta$

Berdasarkan persamaan gaya normal pada kondisi 1 dan 2, dapat dihitung perbandingan gaya normal kondisi 1 dan 2 adalah sebagai berikut.

$\frac{N_1}{N_2}=\frac{m_1g\cos\theta}{F\sin\theta}$

$\frac{N_1}{N_2}=\frac{\left(2\right)\left(10\right)\cos30^{\circ}}{\left(40\right)\sin30^{\circ}}$

$\frac{N_1}{N_2}=\frac{\left(20\right)\cos30^{\circ}}{\left(40\right)\sin30^{\circ}}$

$\frac{N_1}{N_2}=\frac{\left(20\right)\left(\frac{1}{2}\sqrt{3}\right)}{\left(40\right)\left(\frac{1}{2}\right)}$

$\frac{N_1}{N_2}=\frac{10\sqrt{3}}{20}$

$\frac{N_1}{N_2}=\frac{\sqrt{3}}{2}$

Jadi, perbandingan besar gaya normal bidang terhadap buku pada kondisi 1 dan kondisi 2 adalah $\sqrt{3}:\ 2$ .

Diketahui:

Massa benda$$ $m$ = 5 kg

Gaya ke bawah $F$ = 10 N

Ditanya:

Gaya normal$\ N$= ?

Jawab:

Uraikanlah gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut. Karena benda dikenai gaya pada sumbu vertikal saja, maka hitung gaya-gaya pada sumbu-Y. Asumsikan gaya-gaya yang mengarah ke atas bernilai positif dan gaya-gaya yang mengarah ke bawah bernilai negatif.

Terdapat tiga gaya yang bekerja pada benda yaitu gaya berat, gaya normal dan gaya $F$ yang mengarah ke bawah. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi dan arahnya slelau menuju ke pusat bumi. Gaya normal adalah gaya tegak lurus antara benda dengan permukaan bidang.

Gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma$ untuk menyelesaikan soal ini. Karena benda beralaskan bidang atau lantai dan ditekan dengan gaya ke bawah, maka tidak terjadi pergerakan pada benda sehingga pada sumbu-Y tidak terjadi percepatan ($ΣF_y=0$).

$ΣF_y=Σma$

$ΣF_y=0$

$N-w-F=0$

$N-mg-F=0$

$N-\left(5\right)\left(10\right)-10=0$

$N-\left(50\right)-\left(10\right)=0$

$N-60=0$

$N=60$ N

Jadi, besar gaya normal benda adalah 60 N.

Diketahui:

Massa Rani $m$ = 45 kg

Percepatan lift $a$ = 3 m/s²

Ditanya:

Gaya desakan kaki terhadap lantai lift $N$ = ?

Jawab:

Pertama, uraikan gaya-gaya yang bekerja terhadap sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut ini. Karena lift hanya bergerak arah vertikal, maka kita tinjau gaya-gaya pada sumbu-$Y$ saja.

Terdapat dua gaya yang bekerja pada sistem yaitu gaya berat dan gaya normal. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi sehingga selalu mengarah ke pusat bumi. Gaya normal adalah gaya tegak lurus benda terhadap bidang sentuh permukaan.

Untuk menyelesaikan soal ini gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma$. Karena sistem bergerak secara vertikal, maka $ΣF_x=0$ dan sebab lift bergerak ke bawah maka percepatan $a$ bertanda negatif.

$ΣF_y=ma$

$N-w=-ma$

$N-mg=-ma$

$N=-ma+mg$

$=-45\left(3\right)+\left(45\right)\left(10\right)$

$=-135+450$

$=315$ N

Jadi, gaya desakan kaki Rani terhadap lift sebesar 315 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.

Diketahui:

Massa balok A $m_A$ = 30 kg

Massa balok B $m_B$ = 20 kg

Gaya dorong ke atas $F$ = 240 N

Sudut kemiringan θ = $53°$

Ditanya:

Gaya kontak kedua balok $F_{\text{kontak}}$ = ?

Jawab:

Terdapat tiga jenis gaya yang bekerja pada sistem di antaranya adalah gaya berat, gaya dorong dan gaya kontak. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi gravitasi bumi dan arahnya selalu menuju ke pusat bumi. Gaya dorong adalah jenis gaya yang diakibatkan karena adanya dorongan. Dan gaya kontak adalah gaya yang terjadi akibat dua permukaan saling bersentuhan.

Untuk menyelesaikan soal ini gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma$. Uraikan gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut. Anggap arah ke kanan bidang miring sebagai sumbu-X positif, arah kiri bidang miring sebagai sumbu-X negatif, arah atas bidang miring sebagai sumbu-Y positif dan arah bawah bidang miring sebagai sumbu-Y negatif.

Pertama, untuk mencari gaya kontak carilah percepatan sistem terlebih dahulu. Karena benda bergerak secara horizontal, maka tinjau $ΣF_x=Σma$ dengan menganggap balok A dan balok B sebagai satu kesatuan $\left(m_{\text{total}}=m_A+m_B\right)$.

$ΣF_x=Σma$

$F-w\sinθ=Σma$

$F-\left(m_A+m_B\right)g\ \sin\ θ=\left(m_A+m_B\right)a$

$240-\left(30+20\right)\left(10\right)\left(0,8\right)=\left(30+20\right)a$

$240-40=50a$

$200=50a$

$a=\frac{200}{5}=4$ m/s

Setelah itu, cari gaya kontak kedua benda dengan mensubstitusikan nilai percepatan yang telah didapat dan meninjau salah satu benda saja. Bisa balok A atau pun balok B. Berikut kita gunakan dengan meninjau balok B.

$ΣF_x=Σma$

$F_{\text{kontak}}-w_B\ \sinθ=m_Ba$

$F_{\text{kontak}}-m_Bg\ \sinθ=m_Ba$

$F_{\text{kontak}}=m_Ba-m_Bg\ \sinθ$

$=\left(20\right)\left(4\right)-\left(20\right)\left(10\right)\left(0,8\right)$

$=80+160$

$=240$ N

Jadi, gaya kontak kedua benda sebesar 240 N.

Diketahui:

Berat orang $w$ = 150 N

Percepatan lift $a$ = 4 m/s²

Ditanya:

Gaya desakan kaki terhadap lantai $N$= ?

Jawab:

Uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut. Anggap arah kanan sebagai sumbu-X positif, sebaliknya arah kiri sebagai sumbu-X negatif. Serta 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 permukaan bidang sentuh.

Untuk menyelesaikan kasus ini, gunakan hukum II Newton $ΣF=Σma.$ Karena lift bergerak ke bawah maka $ΣF_x=0$ dan percepatan bernilai negatif $\left(m\left(-a\right)=-ma\right)$.

$ΣF_y=Σma$

$N-w=-ma$

$N=w-ma$

$N=150-m\left(4\right)$ ... (1)

Untuk mencari nilai $m$, maka uraikan terlebih dahulu dari gaya berat yang ada.

$w=mg$

$m=\frac{w}{g}$

$=\frac{150}{10}$

$=15$ kg

Substitusikan massa yang telah didapat ke persamaan (1)

$N=150-m\left(4\right)$

$=150-\left(15\right)\left(4\right)$

$=150-60$

$=90$ N

Jadi, besar gaya desakan kaki terhadap lantai adalah 90 N.