10+ Rujukan Soal Gaya Berat, Normal, Gesek, Tegangan Tali, Sentripetal, Kontak Dan Pembahasan Bab 1

Dalam bahan mekanika khusunya dinamika, baik dinamika gerak melingkar maupun dinamika gerak lurus terdapat 6 jenis gaya yang sangat penting untuk dipahami konsepnya terutama dalam menyelesaiakan soal-soal fisika yang berafiliasi dengan dinamika gerak. Keenam jenis gaya tersebut yakni:

■ Gaya Berat: gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda bermassa. Jika benda tersebut berada di bumi, maka gaya gravitasi yang bekerja ialah gaya tarik bumi. Lambang gaya berat ialah w, akronim dari weight. Satuan berat ialah Newton (N).

■ Gaya Normal: gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Lambang gaya normal ialah N dan satuan Sistem Internasionalnya ialah kgm/s2 atau Newton.

■ Gaya Gesek: gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan atau bersinggungan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f dan satuannya ialah Newton.

■ Gaya Tegangan Tali: gaya pada tali saat tali tersebut dalam keadaan tegang. Gaya tegangan tali dilambangkan dengan karakter T kapital dan satuannya ialah Newton. Arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau benda yang ditinjau.

■ Gaya Sentripetal: gaya yang bekerja pada benda yang bergerak melingkar dengan arah selalu menuju sentra lingkaran. Gaya sentripetal berfungsi untuk mengubah arah gerak benda tanpa mengubah besar kecepatan linearnya. Tanpa adanya gaya sentripetal, maka suatu benda tidak akan sanggup bergerak melingkar.

■ Gaya Kontak: disebut juga gaya aksi-reaksi ialah pasangan gaya berdasarkan Hukum III Newton yang bekerja pada dua benda yang saling diberinteraksi, mempunyai besar yang sama tetapi dengan arah yang berlawanan.

Nah, pada peluang kali ini kita akan mengulas wacana kumpulan pola soal dan jawabanan wacana gaya berat, gaya normal, gaya gesek, gaya tegangan tali, gaya sentripetal dan gaya kontak. Untuk itu silahkan kalian simak baik-baik uraian diberikut ini. Selamat berguru dan biar sanggup paham.

1. misal Soal Gaya Berat

1. Sebuah kelapa mempunyai massa 2 kg. Berapakah berat kelapa, jikalau percepatan gravitasi di kawasan itu 9,8 m/s2?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 2 kg

g = 9,8 m/s2

Ditanyakan: w = …?

Jawab:

Untuk mencari berat benda, gunakan persamaan:

w = mg

w = 2 kg × 9,8 m/s2

w = 19,6 N

Jadi, berat kelapa tersebut ialah 19,6 N.

2. Seorang astronout saat ditimbang di bumi beratnya  588 N. Berapakah berat astronot tersebut jikalau ditimbang di bulan yang mempunyai percepatan gravitasi 1/6 kali gravitasi bumi?

Penyelesaian:

Diketahui:

wbumi = 588 kg

gbulan = (1/6) × gbumi

Ditanyakan: wbulan = …?

Jawab:

Perlu diketahui bahwa massa benda dimanapun selalu sama, jadi:

mbumi = mbulan

wbumi/gbumi = wbulan/gbulan

wbulan = (wbumi × gbulan)/gbumi

wbulan = (558 × 1/6 × gbumi)/gbumi

wbulan = 98 N

Jadi, berat astronot di bulan ialah 98 N.

2. misal Soal Gaya Normal

1. Dua buah balok bermassa m1 = 1 kg dan m2 = 2 kg ditumpuk dalam keadaan diam. Apabila percepatan gravitasi bumi ialah 10 m/s2, tentukan besar dan arah gaya normal yang bekerja pada masing-masing balok.

Penyelesaian:

Diketahui:

g = 10 m/s2

m1 = 1 kg

m2 = 2 kg

Diagram gaya yang bekerja pada kedua balok diperlihatkan ibarat pada gambar di bawah ini.

Ditanyakan: N1 dan N2

Jawab:

Karena balok dalam keadaan diam, maka berlaku Hukum II Newton.

Untuk balok 1:

ΣF = 0

N1 – w1 = 0

N1 = W1

N1 = m1g

N1 = 1 kg × 10 m/s2

N1 = 10 N

Jadi besar N1 adalah 10 N yang arahnya tegak lurus ke atas.

Untuk balok 2:

ΣF = 0

N2 – w2 = 0

N2 = W2

N2 = m2g

N2 = 2 kg × 10 m/s2

N2 = 20 N

Jadi besar N2 adalah 20 N yang arahnya tegak lurus ke atas.

2. Sebuah balok bermassa 5 kg. jikalau g = 10 m/s2 maka tentukan gaya normal yang bekerja pada balok jikalau membisu di atas bidang miring yang membentuk sudut 300 terhadap horisontal.

Penyelesaian:

Perhatikan gambar di atas. gaya-gaya pada balok sanggup dilihat pada gambar tersebut. Balok dalam keadaan membisu pada arah tegak lurus bidang berarti berlaku persamaan diberikut.

ΣFY = 0

N – w cos α = 0

N – w cos 30o = 0

N – 50 × ½ √3 = 0

N = 25 √3 N

Jadi, gaya normal yang bekerja pada balok tersebut adalah25 √3 N.

3. misal Soal Gaya Gesek

1. Sebuah peti bermassa 50 kg, mula-mula membisu di atas lantai horizontal bernafsu (μk = 0,1; μs = 0,5). Kemudian peti itu didorong dengan gaya F = 100 N yang arahnya membentuk sudut θ terhadap arah horizontal. Jika sin θ = 0,6 dan cos θ = 0,8. Gaya gesek yang dialaminya sebesar…

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 50 kg

μk = 0,1

μs = 0,5

F = 100 N

sin θ = 0,6

cos θ = 0,8

g = 10 m/s2

Ditanyakan: f?

Jawab:

Diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut diperlihatkan ibarat pada gambar di bawah ini.

Dalam arah vertikal tidak terjadi gerak (diam) sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai diberikut.

ΣFY = 0

N – F sin θ – w = 0

N = F sin θ + w

N = F sin θ + mg

Gaya gesek statis benda ialah sebagai diberikut.

fs = μsN

fs = μs(F sin θ + mg)

fs = (0,5)[(100)(0,6) + (50)(10)]

fs = (0,5)(60 + 500)

fs = (0,5)(560)

fs = 280 N

Karena F < fs maka benda membisu sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = 0

F cos θ – f = 0

f = F cos θ

f = (100)(0,8)

f = 80 N

melaluiataubersamaini demikian, gaya gesek yang dialami peti tersebut sebesar 80 N.

2. Sebuah benda yang beratnya w meluncur ke bawah dengan kecepatan tetap pada suatu bidang miring yang kasar. Bidang miring tersebut membentuk sudut 37o dengan arah horizontal. Hitung koefisien goresan antara benda dengan bidang tersebut.

Penyelesaian:

Pertama kita gambarkan diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut, ibarat yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Benda bergerak dengan kecepatan tetap, hal ini berarti benda melaksanakan gerak lurus beraturan (GLB) sehingga percepatannya ialah nol (a = 0).

■ Pada sumbu-Y, berlaku Hukum I Newton, yaitu sebagai diberikut.

ΣFY = 0

N – w cos θ = 0

N = w cos θ

N = mg cos θ

■ Pada sumbu-X, berlaku Hukum II Newton, yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

w sin θ – f = m(0)

mg sin θ – μkN= 0

mg sin θ – μkmg cos θ = 0

μkmg cos θ = mg sin θ

μk cos θ = sin θ

μk = sin θ/cos θ

μk = tan θ

μk = tan 37o

μk = 0,75

Jadi, koefisien goresan antara benda dengan bidang ialah 0,75.

4. misal Soal Gaya Tegangan Tali

1. Sebuah balok bermassa 25 kg digantungkan pada dua tali yang masing-masing membentuk sudut 37o dan 53o. Jika sistem setimbang, hitunglah gaya tegangan tali T1 dan T2!

Jawab

Diagram gaya yang bekerja pada sistem diperlihatkan ibarat gambar diberikut ini.

Dari gambar diagram gaya di atas, resultan gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y berdasarkan Hukum I Newton ialah sebagai diberikut.

Resultan Gaya Pada Sumbu-X

ΣFX = 0

T2 cos 53o – T1 cos 37o = 0

T2 (0,6) – T1 (0,8) = 0

0,6 T2 – 0,8 T1 = 0

0,6 T2 = 0,8 T1

T1 = ¾ T2 .......... Pers. (1)

Resultan Gaya Pada Sumbu-Y

ΣFY = 0

T1 sin 37o + T2 sin 53o – w = 0

T1 sin 37o + T2 sin 53o – mg = 0 .......... Pers. (2)

Subtitusikan persamaan (1) ke persamaan (2)

¾ T2 sin 37o + T2 sin 53o – mg = 0

¾ T2(0,6) + T2(0,8) – (25 kg)(10 m/s2) = 0

¾ T2(0,6) + T2(0,8) – (25 kg)(10 m/s2) = 0

0,45 T2 + 0,8 T2 – 250 N = 0

1,25 T2 = 250 N

T2 = 200 N

melaluiataubersamaini memasukkan nilai T2 ke dalam persamaan (1) kita peroleh nilai T1 sebagai diberikut.

T1 = ¾ T2

T1 = ¾(200 N)

T1 = 150 N

Jadi, besarnya gaya tegangan tali T1 dan T2 berturut-turut ialah 150 N dan 200 N.

2. Dua buah balok dihubungkan dengan seutas tali dan membisu di atas lantai datar licin ibarat pada gambar di bawah ini. Balok pertama bermassa 6 kg dan balok kedua bermassa 4 kg. Apabila gaya horizontal sebesar 40 N dikerjakan pada balok kedua, maka tentukan percepatan tiap balok dan gaya tegangan tali penghubungnya.

Jawab

Diketahui:

m1 = 6 kg

m2 = 4 kg

F = 40 N

g = 10 m/s2

Ditanyakan: Percepatan (a) dan tegangan tali (T)

Langkah pertama, kita gambarkan terlebih lampau diagram gaya yang bekerja pada sistem ibarat yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar di atas mengatakan gaya-gaya yang bekerja pada tiap balok. Pehatikan bahwa gaya tegangan tali pada m1 arahnya ke kanan sedangkan gaya tegangan tali pada m2arahnya ke kiri. Karena kedua balok bergerak bersama maka percepatan kedua balok sama. Untuk memilih besar percepatan dan gaya tegangan tali, kita tinjau gerak masing-masing balok dengan memakai Hukum II Newton sebagai diberikut.

∎ Tinjau balok 1 (m1)

ΣFX = ma

T = m1a ……………..… Pers. (1)

∎ Tinjau balok 2 (m2)

ΣFX = ma

F – T = m2a …………… Pers. (2)

Kemudian subtitusikan persamaan (1) ke persamaan (2)

F – m1a = m2a

F = m1a + m2a

F = (m1 + m2)a

a = F/(m1 + m2) …………… Pers. (3)

melaluiataubersamaini memasukkan nilai yang diketahui dari soal ke persamaan (3), maka kita peroleh besar percepatan tiap-tiap balok sebagai diberikut.

a = 40/(6 + 4)

a = 40/10

a = 4 m/s2

Jadi besar percepatan kedua balok tersebut ialah 4 m/s2. Untuk memilih besar gaya tegangan tali, kita sanggup mensubtitusikan nilai percepatan ini ke dalam persamaan (1) sebagai diberikut.

T = m1a

T = (6)(4)

T = 24 N

Jadi besar gaya tegangan tali penghubungnya ialah 24 N.

Lanjut Bagian 2

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :