Hukum Newton Pada Gerak Benda Di Bidang Miring Licin

Pada peluang kali ini, penulis akan mengulas secara detail terkena penerapan aturan Newton pada bidang miring khususnya bidang miring licin dimana tidak ada tabrakan antara permukaan benda dengan permukaan bidang. Penerapan aturan Newton pada bidang miring licin sedikit tidak sama dengan penerapan hukum Newton pada gerak benda di bidang datar licin alasannya yaitu gaya berat pada bidang miring mempunyai komponen pada sumbu-X dan sumbu-Y.

Sebelum mengulas gerak benda di bidang miring licin, kalian harus tahu lebih lampau mana yang menjadi teladan sumbu-X dan sumbu-Y. Untuk itu, perhatikan gambar diberikut ini.

Dari gambar di atas, yang menjadi patokan sumbu-X yaitu garis yang sejajar bidang miring, sehingga gaya-gaya yang bekerja pada arah ini ialah gaya pada sumbu-X (FX) sedangkan sumbu-Y yaitu garis yang tegak lurus dengan bidang miring sehingga gaya pada arah ini disebut gaya pada sumbu-Y (FY). Kita akan mengulas aplikasi aturan Newton pada gerak benda di bidang miring licin dalam 5 kondisi, yaitu

1.Benda pada bidang miring licin tanpa gaya luar

2.Benda ditarik atau didorong sejajar bidang miring

3.Benda ditekan pada bidang miring licin

4.Benda didorong horizontal

5.Benda ditarik vertikal

Dari lima kondisi tersebut, yang sering muncul dalam soal fisika wacana dinamika adalah kondisi 1 dan 2, akan tetapi spesialuntuk sekedar menambah wawasan kalian saja maka penulis merasa perlu untuk mengulas tiga kondisi lainnya. Untuk itu, silakan kalian simak baik-baik klarifikasi diberikut ini.

#1 Benda pada Bidang Miring Licin Tanpa Gaya Luar

Sebuah benda terletak pada bidang miring licin tanpa gaya luar diperlihatkan pada gambar di atas. Gaya-gaya yang bekerja yaitu gaya normal N dan gaya berat w. Karena bentuk bidang yaitu miring, maka gaya berat w mempunyai komponen pada sumbu-X dan sumbu-Y yaitu w sin α dan w cos α. Dari gambar garis-garis gaya di atas, gaya yang bekerja pada sumbu-X spesialuntuklah w sin α sehingga benda akan bergerak ke bawah. Dalam hal ini berlaku Hukum Newton sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – w cos α = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – w cos α = 0

N = w cos α

melaluiataubersamaini demikian besar gaya normal akan sama dengan komponen gaya berat benda pada sumbu-Y, sehingga persamaannya sanggup kita tuliskan sebagai diberikut.

N = mg cos α

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α = ma

mg sin α = ma

a = g sin α

melaluiataubersamaini demikian, rumus percepatan benda yang bergerak pada bidang miring licin tanpa gaya luar yaitu sebagai diberikut.

a = g sin α

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemienteng bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#2 Benda Ditarik atau Didorong Sejajar Bidang Miring

Ketika sebuah benda yang terletak pada bidang miring didorong atau ditarik sejajar bidang tentu saja mempunyai konsep yang sama yaitu menghasilkan gaya F ke atas menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di atas. Pada keadaan ini, ada tiga kemungkinan gerak benda yaitu benda diam, benda bergerak ke atas atau benda bergerak ke bawah.

Benda diam

Benda membisu spesialuntuk terjadi bila F = w sin α, persamaan aturan Newton pada keadaan ini yaitu sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – w cos α = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – w cos α = 0

N = w cos α

melaluiataubersamaini demikian persamaan gaya normal pada benda yang didorong atau ditarik sejajar bidang miring yaitu sebagai diberikut.

N = mg cos α

Persamaan gaya normal pada kemungkinan pertama ini juga berlaku pada dua kemungkinan yang lain sehingga pada dua kemungkinan tersebut tidak perlu diuraikan lagi.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F – w sin α = ma

Karena benda dalam keadaan diam, maka a = 0 sehingga

F – w sin α = 0

F = w sin α

Sehingga persamaan gerak benda yang membisu setelah didiberi gaya tarik atau dorong sejajar bidang miring licin yaitu sebagai diberikut.

F = mg sin α

Benda bergerak ke atas

Benda bergerak ke atas sanggup terjadi bila F > w sin α. Resultan gaya pada sumbu-X yang bekerja pada benda yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

F – w sin α = ma

F = ma + w sin α

F = ma + mg sin α

F = m(a + g sin α)

melaluiataubersamaini demikian persamaan gerak pada benda yang bergerak ke atas di bidang miring licin setelah menerima gaya tarik atau dorong sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

F = m(a + g sin α)

Benda bergerak ke bawah

Benda bergerak ke bawah sanggup terjadi bila F < w sin α. Resultan gaya pada sumbu-X yang bekerja pada benda yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

w sin α – F = ma

F = w sin α – ma

F = mg sin α – ma

F = m(g sin α – a)

melaluiataubersamaini demikian persamaan gerak pada benda yang bergerak ke bawah di bidang miring licin setelah menerima gaya tarik atau dorong sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

F = m(g sin α – a)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya tarik atau dorong (N)
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemienteng bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#3 Benda Ditekan pada Bidang Miring Licin

Sebuah benda yang terletak pada bidang miring licin ditekan dengan gaya yang tegak lurus dengan bidang menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di atas. Jika kalian perhatikan gambar garis-garis gaya di atas, gaya yang bekerja pada sumbu-X spesialuntuk w sin α sehingga benda tetap akan bergerak ke bawah. Hukum Newton pada keadaan ini yaitu sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – F – w cos α = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – F – w cos α = 0

N = F + w cos α

melaluiataubersamaini demikian besar gaya normal akan sama dengan komponen gaya berat benda pada sumbu-Y ditambah gaya tekan, sehingga persamaannya sanggup kita tuliskan sebagai diberikut.

N = F + mg cos α

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α = ma

mg sin α = ma

a = g sin α

melaluiataubersamaini demikian, rumus percepatan benda yang bergerak pada bidang miring licin yang ditekan dengan gaya F yaitu sebagai diberikut.

a = g sin α

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya tekan
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemienteng bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#4 Benda Didorong Horizontal pada Bidang Miring Licin

Sebuah benda pada bidang miring licin didiberi gaya dorong horizontal menyerupai yang ditampilkan pada gambar di atas. Gaya dorong F tidak sejajar dengan sumbu-X maupun sumbu-Y sehingga gaya F sanggup diuraikan pada sumbu-X dan Y sama menyerupai gaya berat w. komponen gaya F pada sumbu-X dan sumbu-Y yaitu F cos α dan F sin α. Pada kondisi ini ada tiga kemungkinan gerak benda yaitu benda diam, benda bergerak ke atas atau benda bergerak ke bawah.

Benda diam

Benda membisu spesialuntuk terjadi bila F cos α = w sin α, persamaan aturan Newton pada keadaan ini yaitu sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – F sin α – w cos α = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – F sin α – w cos α = 0

N = F sin α + w cos α

melaluiataubersamaini demikian rumus gaya normal pada benda yang didorong horizontal pada bidang miring licin yaitu sebagai diberikut.

N = F sin α + mg cos α

Rumus gaya normal tersebut juga berlaku untuk kemungkinan benda bergerak ke atas maupun bergerak ke bawah.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F cos α – w sin α = ma

Karena benda dalam keadaan diam, maka a = 0 sehingga

F cos α – w sin α = 0

F cos α  = w sin α

F = w sin α/cos α

F = w tan α 

Sehingga persamaan gerak benda yang membisu setelah didiberi gaya dorong horizontal pada bidang miring licin yaitu sebagai diberikut.

F = mg tan α

Benda bergerak ke atas

Benda bergerak ke atas sanggup terjadi bila F cos α > w sin α. Resultan gaya pada sumbu-X yang bekerja pada benda yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

F cos α – w sin α = ma

F cos α  = ma + w sin α

F cos α = ma + mg sin α

F = (ma + mg sin α)/cos α

F = ma sec α + mg tan α

F = m(a sec α + g tan α)

melaluiataubersamaini demikian persamaan gerak pada benda yang bergerak ke atas di bidang miring licin setelah didiberi gaya dorong horizontal yaitu sebagai diberikut.

F = m(a sec α + g tan α)

Benda bergerak ke bawah

Benda bergerak ke bawah sanggup terjadi bila F cos α < w sin α. Resultan gaya pada sumbu-X yang bekerja pada benda yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

w sin α – F cos α  = ma

F cos α  = w sin α – ma

F cos α = mg sin α – ma

F = (mg sin α – ma)/cos α

F = mg tan α – ma sec α

F = m(g tan α – a sec α)

melaluiataubersamaini demikian persamaan gerak pada benda yang bergerak ke bawah di bidang miring licin setelah menerima gaya dorong horizontal yaitu sebagai diberikut.

F = m(g tan α – a sec α)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya dorong horizontal (N)
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemienteng bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#5 Benda Ditarik Vertikal pada Bidang Miring Licin

Sebuah benda yang berada di atas bidang miring licin kemudian ditarik vertikal diperlihatkan pada gambar di atas. Jika kalian perhatikan gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda, gaya F sejajar dengan gaya berat w, sehingga gaya F ini juga mempunyai komponen pada sumbu-X dan sumbu-Y yaitu F sin α dan F cos α. Pada kondisi benda menyerupai ini, ada tiga kemungkinan gerak benda, yaitu benda diam, benda bergerak vertikal ke atas atau benda bergerak ke bawah.

Benda diam

Benda membisu spesialuntuk terjadi bila F = w, persamaan aturan Newton pada keadaan ini yaitu sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N + F cos α – w cos α = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N + F cos α – w cos α = 0

N = w cos α – F cos α

melaluiataubersamaini demikian persamaan gaya normal pada benda yang ditarik vertikal pada bidang miring licin yaitu sebagai diberikut.

N = mg cos α – F cos α

Rumus gaya normal tersebut juga berlaku untuk kemungkinan benda bergerak ke bawah.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F sin α – w sin α = ma

Karena benda diam, maka a = 0 sehingga

F sin α – w sin α = 0

F sin α  = w sin α

F = w

F = mg 

Sehingga persamaan gerak benda yang membisu setelah didiberi gaya tarik vertikal pada bidang miring licin yaitu sebagai diberikut.

F = mg

Benda bergerak vertikal ke atas

Benda bergerak vertikal ke atas sanggup terjadi bila F > w. Karena benda bergerak vertikal ke atas, maka benda tidak lagi menyentuh bidang miring sehingga gaya normal akan hilang dengan kata lain gaya yang bekerja pada benda spesialuntuk gaya tarik F dan gaya berat w. Oleh alasannya yaitu benda tidak menyentuh bidang, maka aturan Newton pada bidang miring tidak berlaku, sehingga kita tidak perlu mengulas kondisi ini lebih jauh lagi.

Benda bergerak ke bawah

Benda bergerak ke bawah sanggup terjadi bila F < w. Resultan gaya pada sumbu-X yang bekerja pada benda yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

w sin α – F sin α  = ma

F sin α  = w sin α – ma

F sin α  = mg sin α – ma

F = (mg sin α – ma)/sin α

F = mg – ma cosec α

F = m(g – a cosec α)

melaluiataubersamaini demikian persamaan gerak pada benda yang bergerak ke bawah di bidang miring licin setelah menerima gaya tarik vertikal yaitu sebagai diberikut.

F = m(g – a cosec α)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya tarik vertikal (N)
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemienteng bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Demikianlah artikel wacana penerapan atau aplikasi Hukum Newton pada gerak benda di bidang miring licin beserta gambar dan penjelasannya. Untuk penerapan Hukum Newton pada bidang miring bernafsu silahkan kalian simak artikel wacana hukum Newton pada gerak benda di bidang miring kasar. Semoga sanggup bermanfaa untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di atikel diberikutnya.

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :