Contoh Soal Gerak Benda Yang Bersentuhan Dan Pembahasannya

Artikel ini menyajikan kumpulan soal dan pembahasan ihwal gerak benda-benda yang bersentuhan, baik di bidang datar maupun dalam sumbu vertikal. Konsep gerak benda yang bersentuhan berkaitan dekat dengan konsep Hukum III Newton, yaitu apabila dua benda saling diberinteraksi maka pada dua benda tersebut akan timbul gaya aksi-reaksi atau gaya kontak yang sama besar dan berlawanan arah.

Selain berkaitan dengan Hukum III Newton, untuk benda-benda yang bersentuhan di bidang datar, tentunya kita memperhitungkan keadaan permukaan bidang. Apabila bidang licin maka gaya gesek tidak mensugesti gerak benda. Namun, kalau bidang agresif maka gaya gesek mensugesti gerak benda. Untuk itu, sebelum masuk ke pembahasan soal kita bahas lampau konsep Hukum Newton dan gaya gesek 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 ihwal 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, kalau kalian sudah paham terkena konsep Hukum Newton dan gaya gesek, sekarang saatnya kita bahas beberapa soal ihwal gerak benda benda-benda yang bersentuhan. Simak baik-baik uraian diberikut ini.

misal Soal #1

Dua balok (m1 dan m2) yang bersentuhan mula-mula membisu di atas lantai licin ibarat yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. 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 tersebut. Dan perlu kalian ketahui bahwa keadaan benda 1 dan 2 saling bersentuhan sehingga akan timbul gaya kontak atau gaya agresi reaksi menurut Hukum III Newton. Supaya lebih jelas, perhatikan gambar diberikut ini.

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.

Rumus cepat menghitung percepatan dan gaya kontak untuk sistem ibarat teladan soal 1 sanggup kalian temukan dalam artikel perihal: Hukum Newton pada Gerak 2 Benda yang bersentuhan di Bidang Datar.

misal Soal #2

Benda bermassa m1 = 20 kg diletakkan di atas benda yang bermassa m2 = 50 kg. Kemudian kedua benda tersebut didorong vertikal ke atas dengan gaya sebesar 210 N. Jika besar percepatan gravitasi g = 10 m/s2 maka tentukan besar percepatan kedua benda dan juga gaya aksi-reaksi (gaya kontak) antara benda m1 dan m2.

Jawab

Diketahui:

m1 = 20 kg

m2 = 50 kg

F = 210 N

g = 10 m/s2

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak

Langkah pertama yaitu menggambarkan keadaan objek ibarat yang dideskripsikan dalam soal beserta diagram gaya yang bekerja pada sistem ibarat yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Konsep penyelesaian soal 2 ini sama dengan penyelesaian pada soal 1 spesialuntuk saja untuk soal 2, resultan gaya yang perlu kita uraikan yaitu resultan gaya pada sumbu-Y. Dalam menentuka besar percepatan dan gaya kontak, kita gunakan Hukum II Newton pada masing-masing benda.

■ Tinjau Benda 1

ΣFY = ma

F – w1 – F21 = m1a

F – m1g – F21 = m1a ............... Pers. (4)

■ Tinjau Benda 2

ΣFY = ma

F12 – w2 = m2a

F12 = m2a + w2

F12 = m2a + m2g ............... Pers. (5)

F12 dan F21 ialah pasangan gaya aksi-reaksi sehingga besarnya sama. melaluiataubersamaini demikian kita sanggup mensubtitusikan persamaan (5) ke dalam persamaan (4) sebagai diberikut.

F – m1g – (m2a + m2g) = m1a

F – m1g – m2a – m2g = m1a

F – m1g – m2g = m1a + m2a

F – g(m1 + m2) = (m1 + m2)a

a = [F – g(m1 + m2)]/(m1 + m2)

a = [F/(m1 + m2)] – g ............... Pers. (6)

kemudian kita subtitusikan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (6) untuk memilih besar percepatan.

a = [210/(20 + 50)] – 10

a = (210/70) – 10

a = 3 – 10

a = –7 m/s2

Jadi besar percepatan kedua benda tersebut adalah –7 m/s2. Tanda minus menyatakan bahwa benda melaksanakan gerak vertikal ke atas (GVA) sehingga arah percepatan (a) berlawanan arah dengan percepatan gravitasi bumi (g). Besar gaya kontak sanggup kita hitung dengan memasukkan nilai percepatan ke persamaan (5).

F12 = m2a + m2g

F12 = (50)(–7) + (50)(10)

F12 = –350 + 500

F12 = 150 N

Jadi besar gaya aksi-reaksi atau gaya kontak antara benda m1 dan m2 adalah 150 N.

Demikianlah artikel ihwal teladan soal dan pembahasan ihwal gerak benda yang bersentuhan beserta gambar ilustrasi dan garis-garis gayanya. Semoga sanggup bermanfaa untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, aksara maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel diberikutnya.

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :