Hukum Newton Pada Gerak Benda Di Bidang Miring Kasar

Penerapan aturan Newton pada gerak benda di bidang miring bernafsu intinya sama dengan penerapan hukum Newton pada gerak benda di bidang miring licin yang membedakan spesialuntuklah imbas gaya geseknya saja. Untuk memahami aturan Newton pada gerak benda di bidang miring kasar, ada beberapa catatan penting terkena gaya gesek di antaranya yaitu sebagai diberikut. 

■ Pada benda yang membisu atau sempurna akan bergerak, gaya gesek yang bekerja yaitu gaya gesek statis (fs). Jika benda tidak menerima imbas gaya luar, gaya gesek statis berlawanan arah dengan proyeksi gaya berat terhadap sumbu-Y. Jika benda menerima imbas gaya luar, gaya gesek statis berlawanan arah dengan gaya luar atau proyeksi gaya luar terhadap sumbu-Y.

■ Pada benda yang bergerak, gaya gesek yang bekerja yaitu gaya gesek kinetis (fk). Arah gaya gesek kinetis selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda.

Pada peluang kali ini, kita akan mengulas aplikasi aturan Newton pada gerak benda dibidang miring bernafsu dalam delapan kondisi atau keadaan, yaitu

1.Benda pada bidang miring bernafsu tanpa gaya luar

2.Benda ditarik ke atas sejajar bidang miring

3.Benda didorong ke bawah sejajar bidang miring

4.Benda ditekan pada bidang miring kasar

5.Benda didorong horizontal

6.Benda ditarik horizontal

7.Benda didorong vertikal ke bawah

8.Benda ditarik vertikal ke atas

Dari kedelapan kondisi di atas, biasanya yang sering muncul dalam soal fisika tentang dinamika gerak yaitu kondisi 1, 2 dan 3. Namun spesialuntuk sekedar menambah wawasan kalian saja, penulis merasa perlu untuk mengulas lima kondisi lainnya. Untuk itu, silahkan kalian simak secara seksama klarifikasi diberikut ini.

#1 Benda pada Bidang Miring Kasar Tanpa Gaya Luar

Sebuah benda terletak pada bidang miring bernafsu tanpa gaya luar dengan garis-garis gaya yang bekerja diperlihatkan pada gambar di atas. Karena bidang miring kasar, maka dalam arah sumbu-X bekerja dua gaya yaitu w sin α dan gaya gesek f. Pada kondisi ini, ada dua kemungkinan gerak benda yaitu benda membisu atau benda bergerak ke bawah.

Benda Diam

Benda membisu di bidang miring bernafsu tanpa gaya luar spesialuntuk terjadi jika w sin α = f. Pada keadaan ini, gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis antara permukaan benda dan bidang adalah μs maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton 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 rumus gaya normal pada benda yang membisu di bidang miring bernafsu tanpa gaya luar yaitu sebagai diberikut.

N = mg cos α

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α – fs = ma

w sin α – μsN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fs = μsmg cos α sehingga

w sin α – μsmg cos α = ma

Karena benda diam, maka a = 0

w sin α – μsmg cos α = 0

w sin α = μsmg cos α

mg sin α = μsmg cos α

sin α = μs cos α

μs = sin α/ cos α

μs = tan α

melaluiataubersamaini demikian, rumus koefisien gesek statis pada benda yang membisu di atas bidang miring bernafsu tanpa gaya luar yaitu sebagai diberikut.

μs = tan α

Benda Bergerak ke Bawah

Apabila w sin α > f maka benda akan bergerak ke bawah dan gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yaitu μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

Resultan gaya pada sumbu-Y untuk benda yang bergerak ke bawah pada bidang miring bernafsu tanpa gaya luar akan sama dengan resultan gaya pada sumbu-Y untuk benda yang membisu dimana akan dihasilkan persamaan gaya normal N = mg cos α.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α – fk = ma

w sin α – μkN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fk = μkmg cos α sehingga

w sin α – μkmg cos α = ma

mg sin α – μkmg cos α = ma

g sin α – μkg cos α = a

a = g(sin α – μkcos α)

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

a = g (sin α – μkcos α)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
f	=	Gaya gesek (N)
fs	=	Gaya gesek statis (N)
fk	=	Gaya gesek kinetis (N)
μs	=	Koefisien gesek statis
μk	=	Koefisien gesek kinetis
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemienteng bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#2 Benda Ditarik ke Atas Sejajar Bidang Miring

Sebuah benda terletak pada bidang miring bernafsu ditarik dengan gaya sejajar bidang diperlihatkan pada gambar di atas. Dari gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda, terdapat 3 gaya dalam arah sumbu-X yaitu w sin α, gaya gesek f dan gaya tarik F. Pada kondisi ini, ada 3 kemungkinan gerak benda yaitu benda diam, benda bergerak ke bawah atau benda bergerak ke atas.

Benda Diam

Benda membisu spesialuntuk akan terjadi jikalau F = w sin α + f.  Apabila benda diam, gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis adalah μs maka persamaan gerak benda berdasarkan Hukum Newton 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 rumus gaya normal pada benda yang membisu di bidang miring bernafsu setelah ditarik dengan gaya ke atas sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

N = mg cos α

Persamaan gaya normal di atas juga berlaku untuk dua kemungkinan gerak benda lainnya sehingga tidak perlu diuraikan lagi pada benda yang bergerak ke bawah dan ke atas.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F – w sin α – fs = ma

F – w sin α – μsN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fs = μsmg cos α sehingga

F – w sin α – μsmg cos α = ma

Karena benda diam, maka a = 0

F – w sin α – μsmg cos α = 0

F = w sin α + μsmg cos α

F = mg sin α + μsmg cos α

F = mg (sin α + μs cos α)

melaluiataubersamaini demikian, persamaan gerak pada benda yang membisu di atas bidang miring bernafsu setelah ditarik dengan gaya ke atas sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

F = mg (sin α + μs cos α)

Benda Bergerak ke Bawah

Apabila F < w sin α + f maka benda akan bergerak ke bawah dan gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yaitu μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α – F – fk = ma

w sin α – F – μkN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fk = μkmg cos α sehingga

w sin α – F – μkmg cos α = ma

mg sin α – F – μkmg cos α = ma

mg sin α – μkmg cos α = ma + F

F + ma = mg (sin α – μkcos α)

melaluiataubersamaini demikian, persamaan gerak pada benda yang bergerak ke bawah di bidang miring kasar, setelah ditarik dengan gaya ke atas sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

F + ma = mg (sin α – μkcos α)

Benda Bergerak ke Atas

Apabila F > w sin α + f maka benda akan bergerak ke atas dan gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek kinetis (fk). Persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F – w sin α – fk = ma

F – w sin α – μkN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fk = μkmg cos α sehingga

F – w sin α – μkmg cos α = ma

F – mg sin α – μkmg cos α = ma

F – ma = mg sin α + μkmg cos α

F – ma = mg (sin α + μkcos α)

melaluiataubersamaini demikian, persamaan gerak pada benda yang bergerak ke atas di bidang miring kasar, setelah ditarik dengan gaya ke atas sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

F – ma = mg (sin α + μkcos α)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya luar dalam hal ini gaya tarik (N)
f	=	Gaya gesek (N)
fs	=	Gaya gesek statis (N)
fk	=	Gaya gesek kinetis (N)
μs	=	Koefisien gesek statis
μk	=	Koefisien gesek kinetis
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemienteng bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#3 Benda Didorong ke Bawah Sejajar Bidang Miring

Sebuah benda terletak pada bidang miring bernafsu didorong dengan gaya sejajar bidang diperlihatkan pada gambar di atas. Dari gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda, terdapat 3 gaya dalam arah sumbu-X yaitu w sin α, gaya gesek f dan gaya dorong F. Pada kondisi ini, ada 2 kemungkinan gerak benda yaitu benda membisu atau benda bergerak ke bawah.

Benda Diam

Benda membisu spesialuntuk akan terjadi jikalau F + w sin α = f.  Apabila benda diam, gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis adalah μs maka persamaan gerak benda berdasarkan Hukum Newton 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 rumus gaya normal pada benda yang membisu di bidang miring bernafsu setelah didorong dengan gaya ke bawah sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

N = mg cos α

Persamaan gaya normal di atas juga berlaku untuk benda yang bergerak ke bawah, jadi pada kondisi tersebut, resultan vektor gaya pada sumbu-Y tidak akan diuraikan lagi.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F + w sin α – fs = ma

F + w sin α – μsN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fs = μsmg cos α sehingga

F + w sin α – μsmg cos α = ma

Karena benda diam, maka a = 0

F + w sin α – μsmg cos α = 0

F = μsmg cos α – w sin α

F = μsmg cos α – mg sin α

F = mg (μs cos α  –  sin α)

melaluiataubersamaini demikian, persamaan gerak pada benda yang membisu di atas bidang miring bernafsu setelah ditarik dengan gaya ke bawah sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

F = mg (μs cos α  –  sin α)

Benda Bergerak ke Bawah

Apabila F + w sin α > f maka benda akan bergerak ke bawah dan gaya gesek yang bekerja pada benda yaitu gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yaitu μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yaitu sebagai diberikut.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α + F – fk = ma

w sin α + F – μkN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fk = μkmg cos α sehingga

w sin α + F – μkmg cos α = ma

mg sin α + F – μkmg cos α = ma

F – ma = μkmg cos α – mg sin α

F – ma = mg (μkcos α – sin α)

melaluiataubersamaini demikian, persamaan gerak pada benda yang bergerak ke bawah di bidang miring kasar, setelah didorong dengan gaya ke bawah sejajar bidang yaitu sebagai diberikut.

F – ma = mg (μkcos α – sin α)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya luar dalam hal ini gaya dorong (N)
f	=	Gaya gesek (N)
fs	=	Gaya gesek statis (N)
fk	=	Gaya gesek kinetis (N)
μs	=	Koefisien gesek statis
μk	=	Koefisien gesek kinetis
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemienteng bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Next

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :