Contoh Soal Dinamika Partikel (Gerak Translasi) Dan Jawabannya Lengkap 1

Dinamika partikel yaitu cabang mekanika yang mempelajari gerak suatu partikel dengan meninjau penyebab geraknya. Gerak dari suatu partikel dipengaruhi oleh sifat-sifat dan susunan benda lain yang ada disekitarnya. Dinamika partikel ialah ilmu yang mengulas wacana gaya-gaya yang menjadikan suatu partikel yang pada mulanya membisu menjadi bergerak, atau yang mempercepat/memperlambat gerak suatu partikel.

Beberapa konsep penting dalam dinamika partikel khusunya dalam meninjau gerak translasi yaitu Hukum Newton dan Gaya. Terdapat 3 Hukum Newton dan beberapa gaya penting dalam dinamika translasi, yakni gaya berat, gaya normal, gaya gesek, gaya gaya tegangan tali, dan gaya kontak.

Nah, pada peluang kali ini penulis akan menyajikan kumpulan rujukan soal dan pembahasan wacana beberapa konsep penting dalam dinamika gerak translasi di atas. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik sajian rujukan soal diberikut ini. Selamat berguru dan semoga bisa paham.

misal Soal Hukum I Newton:

Balok bermassa 20 kg berada di atas bidang miring licin dengan sudut kemienteng 30o. Jika Ucok ingin mendorong ke atas sehingga kecepatannya tetap maka berapakah gaya yang harus didiberikan oleh Ucok?

Penyelesaian:

m = 20 kg

g = 10 m/s2

w = mg = 20 × 10 = 200 N

α = 30o

Diagram gaya yang bekerja pada balok diperlihatkan menyerupai pada gambar diberikut ini.

gaya dorong Ucok F harus sanggup mengimbangi proyeksi gaya berat. Lihat gambar di bawah ini. Balok bergerak ke atas dengan kecepatan tetap berarti masih berlaku aturan I Newton sehingga memenuhi persamaan diberikut.

ΣF = 0

F – w sin 30o = 0

F – (200)(1/2) = 0

F – 100 = 0

F = 100 N

Jadi, gaya yang harus didiberikan pada balok supaya balok bergerak dengan kecepatan tetap yaitu sebesar 100 N.

misal Soal Hukum II Newton:

Balok A bermassa 4 kg diletakkan di atas balok B yang bermassa 6 kg. Kemudian balok B ditarik dengan gaya F di atas lantai mendatar licin sehingga adonan balok itu mengalami percepatan 1,8 m/s2. Jika tiba-tiba balok A terjatuh maka berapakah percepatan yang dialami oleh balok B saja?

Penyelesaian:

Diketahui:

mA = 4 kg

mB = 6 kg

a1 = 1,8 m/s2

Ditanyakan: a2 = …?

Jawab:

Keadaan balok pertama (tergantung) dan kedua (A jatuh) sanggup di gambarkan menyerupai pada gambar di bawah ini.

Pada kedua insiden berlaku aturan II Newton sebagai diberikut.

F = ma

F = (mA + mB)a1

F = (4 + 6)1,8

F = 18 N

Gaya F juga bekerja pada keadaan kedua sehingga diperoleh:

F = mBa2

18 = 6a2

berarti a2 = 3 m/s2

misal Soal Hukum III Newton:

Sebuah pesawat antariksa diluncurkan dengan memakai roket. Roket ini mempunyai tiga tabung gas. Setiap tabung dalam 1 sekon bisa menyemburkan 5 kg gas dengan kecepatan 400 m/s. Jika massa total roket dan pesawat ulang-alik 2 ton, berapakah percepatan roket 1 sekon setelah peluncuran?

Penyelesaian:

mgas = 5 kg × 3 = 15 kg

vt gas = 400 m/s

v0 gas = 0 m/s (dalam keadaan diam)

t = 1 s

agas	=	vt – v0	=	400 – 0	=	400 m/s2
		t		1

mroket + pesawat = 2 ton = 2000 kg

g = 10 m/s2

wroket + pesawat = mg = 2000 × 10 = 20.000 N

Dalam hal ini terdapat tiga gaya yang bekerja pada roket, yaitu gaya agresi semburan gas, gaya reaksi terhadap semburan gas, dan gaya berat menyerupai yang diilustrasikan pada gambar diberikut ini.

Faksi = mgas × agas

Faksi = 15 kg × 400 m/s2

Faksi = 6000 N

Freaksi = -Faksi

Freaksi = -6000 N

Resultan gaya yang bekerja pada roket adalah:

ΣF = gaya berat + gaya reaksi

ΣF = w + Freaksi

ΣF = 20.000 N + (-6000 N)

ΣF = 14.000 N

Dari aturan II Newton ΣF = ma, maka percepatan roket tersebut adalah:

aroket	=	ΣF	=	14.000	=	7 m/s2
		m		2000

Jadi, percepatan roket tersebut setelah 1 detik yaitu 7 m/s2.

misal Soal Gaya Berat:

Sebuah kelapa mempunyai massa 2 kg. Berapakah berat kelapa, jikalau percepatan gravitasi di daerah 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 yaitu 19,6 N.

misal Soal Gaya Nomal:

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 adalah 25 √3 N.

misal Soal Gaya Gesek:

Sebuah peti bermassa 50 kg, mula-mula membisu di atas lantai horizontal bergairah (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 menyerupai 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 yaitu 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.

misal Soal Gaya Tegangan Tali:

Tiga buah balok yaitu A, B dan C yang terletak di bidang mendatar licin. Jika massa A = 5 kg, massa B = 3 kg dan massa C = 2 kg dan F = 10 N, maka tentukan perbandingan besar tegangan tali antara A dan B dengan besar tegangan tali antara B dan C.

Jawab

Diketahui:

mA = 5 kg

mB = 3 kg

mC = 2 kg

F = 10 N

Ditanyakan: Perbandingan tegangan tali AB (TAB) dengan tegangan tali BC (TBC)

Pertama, menyerupai biasa kita gambarkan terlebih lampau diagram gaya yang bekerja pada sistem menyerupai yang terlihat pada gambar diberikut ini.

Untuk memilih tegangan tali antara A dan B serta tegangan tali antara B dan C, kita harus memilih terlebih lampau besar percepatan ketiga balok. Tekniknya yaitu dengan meninjau gerak masing-masing balok memakai Hukum II Newton sebagai diberikut.

∎ Tinjau balok A

ΣFX = ma

TAB = mAa ……………...… Pers. (4)

∎ Tinjau balok B

ΣFX = ma

TBC – TAB = mBa ……….… Pers. (5)

Subtitusikan persamaan (4) ke dalam persamaan (5)

TBC – mAa = mBa

TBC = mAa + mBa ……..… Pers. (6)

∎ Tinjau balok C

ΣFX = ma

F – TBC = mCa ….……..… Pers. (7)

Subtitusikan persamaan (6) ke dalam persamaan (7)

F – (mAa + mBa) = mCa

F = mAa + mBa + mCa

F = (mA + mB + mC)a

a = F/(mA + mB + mC) ………. Pers. (8)

Kemudian kita memasukkan nilai-nilai yang diketahui dari soal ke persamaan (8), sehingga akan kita peroleh besar percepatan ketiga balok sebagai diberikut.

a = 10/(5 + 3 + 2)

a = 10/10

a = 1 m/s2

Langkah selanjutnya yaitu memilih TAB dan TBC dengan memasukkan nilai percepatan tersebut ke persamaan (4) dan (5) sebagai diberikut.

TAB = mAa

TAB = (5)(1)

TAB = 5 N

TBC – TAB = mBa

TBC – 5= (3)(1)

TBC = 3 + 5

TBC = 8 N

melaluiataubersamaini demikian perbandingan besar tegangan tali antara A dan B dengan besar tegangan tali antara B dan C yaitu sebagai diberikut.

TAB : TBC = 5 : 8

misal Soal Gaya Kontak di Bidang Datar:

Dua balok (m1 dan m2) yang bersentuhan mula-mula membisu di atas lantai licin. Jika m1 = 70 kg, m2 = 30 kg dan pada balok pertama dikerjakan gaya sebesar 200 N, maka tentukanlah percepatan masing-masing balok dan gaya kontak antarbalok tersebut.

Jawab

Diketahui:

m1 = 70 kg

m2 = 30 kg

F = 200 N

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.

Pertama, kita gambarkan terlebih lampau diagram gaya yang bekerja pada kedua benda menyerupai yang diperlihatkan gambar diberikut.

F12 adalah gaya agresi yang didiberikan balok 1 kepada balok 2 (bekerja pada balok 2). Sedangkan F21 adalah gaya reaksi yang didiberikan balok 2 kepada balok 1 (bekerja pada balok 1). Kedua gaya ini mempunyai besar yang sama. Untuk memilih besar percepatan kedua balok dan juga gaya kontak kita tinjau persamaan gerak masing-masing balok memakai Hukum II Newton sebagai diberikut.

∎ Tinjau Balok 1

Karena lantai licin maka tidak ada gaya gesek yang bekerja, sehingga resultan gaya pada sumbu-Y tidak perlu diuraikan.

ΣFX = ma

F – F21 = m1a ............... Pers. (1)

∎ Tinjau Balok 2

ΣFX = ma

F12 = m2a ............... Pers. (2)

Karena F12 = F21, maka kita sanggup mensubtitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1) sebagai diberikut.

F – m2a = m1a

F = m1a + m2a

F = (m1 + m2)a

a = F/(m1 + m2) ............... Pers. (3)

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

a = 200/(70 + 30)

a = 200/100

a = 2 m/s2

Jadi, besar percepatan kedua balok yaitu 2 m/s2. Untuk memilih gaya kontak antara balok 1 dan 2, kita subtitusikan nilai percepatan yang kita peroleh ke dalam persamaan (2) sebagai diberikut.

F12 = m2a

F12 = (30)(2)

F12 = 60 N

melaluiataubersamaini demikian, besar gaya kontak antarbalok yaitu 60 N.

Lanjut ke Bagian 2

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :