Fenomena Fisika: Newton's Apple

Fenomena: Newton's Apple (versi batang tertusuk & dipukul)

Video menunjukkan: ujung batang menancap vertikal pada apel (pada ketinggian tertentu). Gagang batang ditekan/dipegang oleh tangan kiri (tidak berpindah signifikan). Gagang dipukul dengan palu sehingga apel bergerak ke atas. Materi berikut menjelaskan fenomena itu dengan benar berdasarkan Hukum Newton dan impuls.

Konsep: Inersia, Impuls, Hukum III Newton, perambatan gaya dalam batang

Pre-Test (cek pemahaman awal)

1. Pada video, setelah gagang dipukul dengan palu sementara tangan kiri menahan gagang, apel bergerak ke atas. Pernyataan mana yang paling tepat?

Apel didorong ke atas oleh gaya magnet. Impuls dari pukulan merambat melalui batang sehingga ujung batang memberikan gaya ke atas pada apel → apel menerima impuls ke atas. Batang menembus apel lebih dalam sehingga apel terdorong ke atas.

2. Pasangan aksi-reaksi yang relevan saat ujung batang menekan apel adalah…

Apel menarik batang ke atas & batang menarik apel ke bawah (salah arah). Batang memberikan gaya pada apel (aksi), apel memberikan gaya balik pada batang (reaksi). Tangan dan palu adalah pasangan aksi-reaksi utama pada saat ujung batang menekan apel.

Materi Terperinci (analisis fisika yang benar)

Kondisi eksperimen: Ujung batang menancap vertikal pada apel, gagang dipegang tangan kiri (nyaris diam), gagang dipukul dengan palu. Hasil: apel melesat ke atas.

1) Mekanisme singkat (ringkas)

Pukul pada gagang menghasilkan impuls singkat. Karena tangan menahan gagang, gagang tidak bergeser jauh, tetapi impuls diteruskan dalam batang sebagai gelombang tegangan (gaya internal). Ujung batang memberikan gaya kontak impulsif pada apel (ke atas) selama interval waktu kecil → apel menerima impuls ke atas → apel memperoleh momentum ke atas → bergerak ke atas.

2) Hubungan dengan Hukum Newton

• Hukum I (inersia): Apel cenderung mempertahankan keadaan awal (diam). Untuk mengubah keadaan diperlukan impuls/gaya neto.
• Hukum II (impuls & momentum): Perubahan momentum apel Δp = ∫F dt (impuls). Selama pukulan singkat, gaya impulsif pada apel menyebabkan Δp ke atas.
• Hukum III (aksi-reaksi): Saat batang memberikan gaya ke apel (aksi), apel memberikan gaya yang sama besar dan berlawanan pada batang (reaksi). Akan tetapi batang terhubung ke gagang dan tangan serta menerima gaya dari palu — distribusi gaya inilah yang menentukan bagian tubuh mana yang bergerak.

3) Catatan tentang peran tangan

Tangan yang memegang gagang memberikan gaya reaktif pada batang sehingga sebagian besar gerak translasi batang dihambat. Karena itu efek gerak nyata tampak pada apel (yang lebih kecil massa/terpengaruh impuls) daripada pada gagang yang ditahan.

4) Persamaan sederhana (intuisi kuantitatif)

Jika impuls pada apel I = ∫F dt > 0 (ke atas), maka perubahan kecepatan apel Δv = I / m_apel. Makin besar gaya singkatnya dan makin kecil massa apel → Δv lebih besar → pelepasan lebih mudah terlihat.

Post-Test (evaluasi pemahaman)

1. Pernyataan mana yang menjelaskan mengapa apel bergerak ke atas setelah gagang dipukul sementara tangan menahan gagang?

Pukul membuat apel kehilangan massa sehingga naik. Impuls/gaya internal dari batang diteruskan ke ujung sehingga ujung mendorong apel ke atas (apel menerima impuls ke atas). Apel bergerak ke atas karena gaya udara dari palu.

2. Saat batang mendorong apel ke atas (selama impuls), gaya reaksi dari apel bekerja pada batang. Mengapa batang tidak tampak bergerak ke arah berlawanan secara signifikan?

Karena gaya reaksi tidak ada. Karena gagang dipegang tangan (dan palu + tangan menyediakan gaya eksternal) sehingga batang terikat ke sistem yang lebih besar sehingga translasi kecil. Karena apel menahan diri sendiri.

Ringkasan & Tindak Lanjut

Inti: apel bergerak ke atas karena menerima impuls ke atas dari ujung batang ketika palu memindahkan energi/impuls ke sistem batang—bukan karena batang 'menggerakkan' gagang ke bawah atau karena apel didorong dari bawah oleh gaya misterius. Gunakan diagram gaya & percobaan berulang untuk memperkuat pemahaman siswa.