Contoh Soal Gerak Benda Di Bidang Datar Dan Pembahasannya

Pada peluang kali ini, kita akan mengulas wacana kumpulan soal dan pembahasan wacana gerak benda di bidang datar. Berbicara terkena gerak, tentu selalu ada kaitannya dengan penyebab terjadinya gerak tersebut. Suatu benda yang mula-mula membisu kemudian menjadi bergerak atau mula-mula bergerak menjadi membisu itu disebabkan oleh imbas gaya.

Konsep dan kaitan antara gaya dan gerak benda pertama kali dijelaskan oleh Sir Isaac Newton dalam 3 hukumnya yang terkenal. Selain itu, gerak benda di bidang datar terutama untuk bidang bergairah juga selalu berkaitan dengan gaya gesek. Oleh lantaran itu, sebelum kita mengulas soal, kita bahas terlebih lampau konsep wacana Hukum Newton dan gaya gesek yaitu sebagai diberikut.

Konsep Hukum Newton

Hukum I Newton	Hukum II Newton	Hukum III Newton
ΣF = 0	ΣF = ma	Faksi = −Freaksi
Keadaan benda: ■ diam (v = 0  m/s) ■ bergerak lurus beraturan atau GLB (v = konstan)	Keadaan benda: ■ benda bergerak lurus berubah beraturan atau GLBB (v ≠ konstan)	Sifat gaya agresi reaksi: ■ sama besar ■ berlawanan arah ■ terjadi pada 2 objek tidak sama

Penjelasan lengkap terkena Hukum Newton, baca artikel perihal: Bunyi dan Rumus Hukum Newton I, II, dan III Beserta misalnya.

Konsep Gaya Gesek

Gaya Gesek Statis	Gaya Gesek Kinetis
fs = μs N	fk = μk N
Bekerja pada benda: ■ diam (v = 0  m/s) ■ tepat akan bergerak (fs maksimum)	Bekerja pada benda: ■ bergerak (baik GLB maupun GLBB)

Penjelasan lengkap terkena gaya gesek, baca artikel perihal: Definisi, Sifat, Jenis, Rumus dan misal Soal wacana Gaya Gesek.

Hubungan Gaya Gesek dan Gerak Benda

Besar Gaya Luar	Keadaan Benda
Jika F < fs maksimum	Diam, berlaku Hukum I Newton
Jika F > fs maksimum	Bergerak, berlaku Hukum II Newton dan bekerja gaya gesek kinetik (fk)

Oke, jikalau kalian sudah paham terkena konsep Hukum Newton dan gaya gesek, sekarang saatnya kita bahas beberapa soal wacana gerak benda di bidang datar. Simak baik-baik uraian diberikut ini.

misal Soal #1

Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s di atas bidang datar licin, kemudian benda tersebut didiberi gaya tetap searah dengan gerak benda. Sesudah menempuh jarak 4 m, kecepatan benda menjadi 7 m/s. Tentukan besar gaya tersebut.

Jawab

Diketahui:

v0 = 5 m/s

vt = 7 m/s

m = 2 kg

s = 4 m

Ditanyakan: Gaya (F)

Untuk lebih terang dalam memahami soal di atas, kita gambarkan terlebih lampau ilustrasi gerak benda sebagai diberikut.

Karena kecepatan berubah atau tidak konstan (v ≠ konstan), maka benda bergerak lurus berubah beraturan. Sehingga kita gunakan rumus kecepatan pada GLBB untuk memilih besar percepatan.

vt2 = v02 + 2as

2as = vt2 – v02

a = (vt2 – v02)/2s

a = (72 – 52)/2(4)

a = (49 – 25)/8

a = 24/8

a = 3 m/s2

Sesudah besar percepatan kita dapatkan, langkah selanjutnya yaitu memilih besar gaya dengan memakai Hukum II Newton sebagai diberikut.

F = ma

F = (2)(3)

F = 6 N

melaluiataubersamaini demikian, gaya yang bekerja pada benda yaitu 6 N

Penjelasan rinci terkena rumus GLBB, silahkan baca artikel perihal: Definisi, Ciri, Jenis, Rumus, Grafik dan misal Soal wacana Gerak Lurus Berubah Beraturan.

misal Soal #2

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?

Jawab

Diketahui:

mA = 4 kg

mB = 6 kg

a1 = 1,8 m/s2

Ditanyakan: Percepatan (a)

Pada kasus ini ada dua kondisi gerak benda, yaitu kondisi pertama di mana balok A dan balok B bergerak secara tolong-menolong dan kondisi kedua di mana balok B bergerak sendirian (karna balok A terjatuh). Oleh lantaran itu, kita bahas satu-satu kondisi tersebut.

Kondisi pertama

Karena kedua balok bergerak secara bersama-sama, maka besar gaya dipengaruhi oleh adonan massa kedua benda. Kita gunakan Hukum II Newton yaitu sebagai diberikut.

F = ma

F = (ma + mB)a1

F = (4 + 6)(1,8)

F = 18 N

Kondisi kedua

Besarnya gaya F pada kondisi pertama juga masih berlaku untuk kondisi kedua, namun lantaran tidak balok A terjatuh, maka gaya F spesialuntuk bekerja pada balok B saja.

F = mBa2

18 = 6a2

a2 = 18/6

a2 = 3 m/s2

Jadi, percepatan yang dialami balok B yaitu sebesar 3 m/s2.

misal Soal #3

Sebuah balok es yang mempunyai massa 25 kg didorong Zeni dengan sudut 30°. Jika balok es bergerak dengan percepatan konstan sebesar 1/4√3 m/s2, maka tentukan besar gaya dorongan Zeni tersebut.

Jawab

Diketahui:

m = 25 kg

a = 1/4√3 m/s2

θ = 30°

Ditanyakan: gaya dorong (F)

Langkah pertama yaitu menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada objek. Seperti yang diperlihatkan pada gambar diberikut ini.

Tentu kalian tahu kalau balok es permukaannya licin, sehingga kita sanggup mengabaikan gaya gesek. Oleh lantaran tidak ada gaya gesek, maka kita tidak perlu memilih resultan gaya pada sumbu-Y (vertikal). Berdasarkan Hukum II Newton, maka resultan gaya pada sumbu-X (horizontal) yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

F cos θ = ma

F cos 30° = (25)( 1/4√3)

F(1/2√3) = 25/4√3

F = (25/4√3)/(1/2√3)

F = 25/2

F = 12,5 N

Jadi, Zeni mendorong balok es tersebut dengan gaya sebesar 123,5 N

Konsep gerak benda di bidang datar licin sanggup kalian pelajari seluruhnya dalam artikel perihal: Hukum Newton pada Gerak Benda di Bidang Datar Licin.

misal Soal #4

Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar. Kemudian balok ditarik dengan gaya sebesar F mendatar. Apabila koefisien gesek statis sebesar 0,6, koefisien gesek kinetis sebesar 0,3 dan g = 10 m/s2, maka tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika:

■ F = 100 N

■ F = 140 N

Jawab

Diketahui:

m = 20 kg

μs = 0,6

μk = 0,3

g = 10 m/s2

Ditanyakan: Gaya gesek (f)­­ dan percepatan (a)

Langkah pertama, kita gambarkan terlebih lampau diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda secara lengkap ibarat yang terlihat pada gambar diberikut.

Berdasarkan diagram gaya yang bekerja pada balok di atas, besarnya gaya normal sanggup ditentukan dengan memakai Hukum II Newton sebagai diberikut.

ΣFY = ma

N – w = ma

Karena tidak terjadi gerak dalam arah vertikal, maka a = 0 sehingga

N – w = 0

N – mg = 0

N = mg

N = (20)(10)

N = 200 N

Langkah selanjutnya yaitu memilih imbas gaya F dengan cara menghitung lampau besar gaya gesek statis maksimumnya (fs maks)

fs max = μsN

fs max = (0,6)(200)

fs max = 120 N

■ F = 100 N

F < fs max berati balok membisu (bekerja gaya gesek statis fs) dan berlaku Hukum I Newton sebagai diberikut.

ΣFX = 0

F – fs = 0

100 – fs = 0

fs = 100 N

Jadi, dengan gaya tarik sebesar 100 N, besar gaya gesek yang dirasakan benda yaitu 100 N.

■ F = 140 N

F > fs max berati balok bergerak (bekerja gaya gesek kinetis fk) dan berlaku Hukum II Newton sebagai diberikut.

ΣFX = ma

F – fk = ma

F – μkN = ma

140 – (0,3)(200) = 20a

140 – 60 = 20a

80 = 20a

a = 4 m/s2

Jadi, dengan gaya tarik sebesar 140 N, besar percepatan gerak benda yaitu 4 m/s2.

misal Soal #5

Anis menarikdanunik sebuah balok yang bermassa 10 kg dengan gaya sebesar 100 N dengan arah membentuk sudut 37° terhadap lantai. Koefisien gesek statis dan kinetis benda terhadap lantai yaitu 0,5 dan 0,4. Jika percepatan gravitasi di kawasan itu yaitu 10 m/s2. Maka tentukan bergerak atau tidak benda tersebut. jikalau bergerak tentukan percepatannya.

Jawab

Diketahui:

m = 10 kg

F = 100 N

θ = 37°

μs = 0,5

μk = 0,4

g = 10 m/s2

Ditanyakan: membisu atau bergerak, jikalau bergerak berapa a.

Seperti biasa, langkah pertama yaitu menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut, ibarat yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Langkah kedua yaitu memilih besar gaya normal N dengan memakai Hukum I Newton sebagai diberikut.

ΣFY = 0

N + F sin θ – w = 0

N = w – F sin θ

N = mg – F sin θ

N = (10)(10) – (100)(sin 37°)

N = 100 – (100)(0,6)

N = 100 – 60

N = 40 N

Langkah selanjutnya yaitu menghitung lampau besar gaya gesek statis maksimumnya (fs maks) sebagai diberikut.

fs maks = μsN

fs maks = (0,5)(40)

fs maks = 20 N

Karena F = 100 N > fs maks maka balok yang ditarik Anis sudah bergerak sehingga bekerja gaya gesek kinetik (fk). melaluiataubersamaini memakai Hukum II Newton, maka percepatan gerak balok yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

F cos θ – fk = ma

F cos θ – μkN = ma

(100)(cos 37°) – (0,4)(40) = 10a

(100)(0,8) – 16 = 10a

80 – 16 = 10a

64 = 10a

a = 6,4 m/s2

Jadi, balok tersebut bergerak dengan percepatan sebesar 6,4 m/s2.

Konsep gerak benda di bidang datar bergairah sanggup kalian pelajari seluruhnya dalam artikel perihal: Hukum Newton pada Gerak Benda di Bidang Datar Kasar.

Demikianlah artikel wacana kumpulan pola soal dan pembahasan wacana gerak benda di bidang datar beserta gambar. Semoga sanggup bermanfaa untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, abjad maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel diberikutnya.

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :