Gaya normal adalah gaya sentuh yang muncul pada suatu benda yang bersentuhan dengan permukaan bidang sentuh benda lainnya. Sama seperti jenis gaya lainnya, gaya normal juga merupakan besaran vektor yang memperhatikan arah gaya tersebut.

Untuk menghitung resultan gaya yang bekerja pada suatu benda baik itu gaya sentuh, gaya berat dan gaya normal maka digunakan Hukum II Newton. Konsep resultan gaya sangat penting mengingat di kehidupan nyata, umumnya gaya yang bekerja pada benda akan lebih daripada satu.

Daftar Isi show

Pengertian Gaya Normal

Gaya normal adalah gaya sentuh tegak lurus yang muncul di permukaan bidang sentuh. Gaya sentuh sendiri terjadi ketika ada dua buah benda saling bersentuhan. Besar gaya berat suatu benda dan gaya normal benda tersebut terhadap permukaan bidang lainnya haruslah sama dan berlawanan arah.

Prinsip dari resultan gaya yang bekerja pada benda dibahas di dalam Hukum I Newton. Gaya normal (N) dan gaya berat (w) bekerja pada benda yang sama dalam keadaan diam. Di bawah ini adalah ilustrasi gaya normal yang bekerja pada suatu benda diam dan gaya berat akibat gravitasi yang dialami benda.

Dari ilustrasi pada gambar di atas terlihat suatu benda dalam kondisi diam diletakkan di atas meja. Benda yang dalam kondisi diam di bumi akan mengalami gaya gravitasi yang menarik benda tersebut ke pusat bumi. Namun, meski dikenai gaya gravitasi, benda di atas meja tersebut tetap diam tidak bergerak.

Artinya, ada gaya lain yang bekerja pada benda tersebut sehingga tetap diam. Menurut Hukum Newton II, benda yang dalam kondisi diam artinya memiliki resultan gaya sama dengan nol. Artinya terdapat gaya lain pada benda tersebut yang membuat benda tetap diam di atas meja.

Gaya tersebut diberikan oleh meja ke atas dan disebut sebagai gaya sentuh, yakni gaya yang timbul ketika dua benda saling bersentuhan. Gaya sentuh yang arahnya tegak lurus permukaan bidang sentuh disebut sebagai gaya normal (N).

Rumus Gaya Normal

Untuk memudahkan menghitung gaya normal, maka dibuat diagram untuk menggambarkan seluruh gaya yang bekerja di benda yang sedang dianalisis gayanya. Diagram yang dibuat ini merupakan diagram gaya yakni ilustrasi garis-garis gaya yang bekerja atau dilakukan oleh suatu benda secara menyeluruh.

Dari diagram gaya ini dapat terlihat komponen gaya yang bekerja pada atau dikerjakan benda terhadap lingkungan. Umumnya, gaya yang bekerja pada benda meliputi gaya normal, gaya gesek, gaya berat dan sebagainya.

Karena gaya merupakan besaran vektor, maka arah gaya mempengaruhi tanda minus atau positif. Rumus gaya normal ditentukan oleh keadaan benda yang saling bersentuhan atau kontak. Untuk menghitung gaya normal digunakan hukum I dan II Newton.

Untuk gaya normal pada benda yang diam di atas permukaan mendatar, maka rumusnya adalah gaya normal sama dengan gaya berat benda.

∑Fy = 0
N – w = 0
N = w
N = m x g

Keterangan:

∑Fy = resultan gaya yang bekerja pada benda untuk arah sumbu Y
N = gaya normal (N)
w = berat benda (N)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (di permukaan bumi digunakan pendekatan g = 10 m/s²)

Patut digaris bawahi bahwa gaya normal arahnya selalu tegak lurus dengan bidang permukaan sentuh sementara gaya berat benda arahnya selalu tegak lurus menuju ke bawah (bumi)

Gaya Normal Pada Permukaan Bidang Miring dan Permukaan Vertikal

Gaya yang bekerja pada benda diam pada permukaan bidang miring ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Gaya w yang tegak lurus permukaan bumi adalah gaya berat benda dan gaya normal selalu tegak lurus dengan bidang tempat.

Untuk menghitung gaya normal di permukaan bidang miring maka dibutuhkan informasi mengenai derajat kemiringan benda (ϴ). Rumus yang digunakan berdasarkan Hukum I Newton sebagai berikut:

∑F = 0
N – w cos ϴ = 0
N = w cos ϴ

dimana:

∑F = resultan gaya yang bekerja pada benda (N)
ϴ = derajat kemiringan permukaan benda

Benda yang terletak di bidang permukaan vertikal maka akan bekerja padanya beberapa gaya yakni gaya berat, gaya normal, gaya gesek dan F (misal gaya tekan benda ke dinding vertikal). Jika permukaan benda licin, maka gaya gesek (fs) bisa diabaikan.

Rumus resultan gaya dibedakan pada sumbu Y dan sumbu X sebagai berikut:

∑Fx = m x a
F – N = m x a (a = 0 karena benda diam tidak bergerak)
F – N = 0
F = N

Sehingga rumus gaya normal (N) pada bidang vertikal sama dengan F.

Pada sumbu Y hanya bekerja gaya berat sehingga tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut.

w = m x g

Contoh Soal Gaya Normal

Soal 1

Suatu benda memiliki massa 8,5 kg diletakkan di suatu bidang datar. Benda tersebut diam tidak bergerak. Tentukan berapakah gaya normal yang bekerja pada benda yang ada di bidang tersebut:

Pembahasan

Jawab:

Pada benda yang diam tidak bergerak di bidang datar maka tidak ada gaya yang bekerja pada sumbu X.

∑Fy = 0
N – w = 0
N = w
N = m x g
N = 8,5 kg x 10 m/s²
N = 85 Newton

Soal 2

Kotak berbentuk balok dibiarkan oleh kurir berada di tengah-tengah papan miring penurun barang dari sebuah truk. Berat kotak tersebut adalah 25 kg dan sudut yang terbentuk antara papan miring dan lantai di bawahnya 60⁰. Tentukan berapakah gaya normal yang bekerja pada kotak balok tersebut?

Pembahasan

Jawab:

Jika benda diam tidak bergerak pada bidang miring, maka tidak ada gaya gesek atau gaya dorong yang menggerakkan benda di sumbu X. Sehingga gaya yang bekerja pada benda hanya pada sumbu Y:

∑Fy = 0
N – wy = 0
N – w cos 60⁰ = 0
N = w cos 60⁰
N = 25 kg x ½
N = 12,5 N

Soal 3

Ayah baru saja membeli kulkas baru yang diletakkan di atas lantai dapur. Kulkas tersebut bermassa 11,8 kg. Apabila g = 10 m/s², tentukan berapakah gaya normal yang bekerja pada kulkas tersebut?

Pembahasan

Jawab:

∑Fy = 0
N – w = 0
N = w
N = m x g
N = 11,8 kg x 10 m/s²
N = 118 N

Gaya normal adalah salah satu jenis gaya yang bekerja pada suatu benda baik benda bergerak atau benda diam. Gaya normal adalah gaya sentuh antara dua permukaan benda secara tegak lurus. Untuk menghitung resultan atau total gaya yang bekerja pada suatu benda digunakan Hukum II Newton.