Soal dan Pembahasan Fisika kelas XI tentang Dinamika Partikel
Hukum Newton I
“Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol maka benda yang mula-mula diam akan terus diam, sedangkan benda yang mula-mula bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan tetap”.
Sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaan geraknya (diam atau bergerak) inilah yang disebut sebagai kelembaman atau inersia (kemalasan). Oleh karena itu hukum I Newton disebut juga dengan hukum kelembaman atau hukum inersia.
Hukum Newton II
“Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya, searah dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda.”
Satuan SI untuk gaya adalah newton (N), untuk massa dalam kg dan percepatan dalam m/s2.
Hukum Newton III
“Jika A mengerjakan gaya pada B, maka B akan mengerjakan gaya pada A, yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.”
atau
“Untuk setiap aksi, ada suatu reaksi yang sama besar tetapi berlawanan arah”
Beberapa Jenis Gaya
Gaya Berat (Berat)
Berat (w) adalah gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda (sering disebut dengan gaya tarik bumi).
w = mg
Vektor berat suatu benda di bumi selalu digambarkan berarah tegak lurus ke bawah, dimana pun posisi benda diletakkan, baik pada bidang horizontal, pada bidang miring, atau pada bidang tegak.
Berdasarkan gambar di atas menunjukkan bahwa arah vektor berat selalu tegak lurus ke bawah.
Gaya Normal
Gaya normal (N) didefinisikan sebagar gaya yang bekerja pada benda, dan berasal dari bidang tumpu. Arahnya selalu tegak lurus pada bidang tumpu.
Berdasarkan gambar di atas, menunjukkan bahwa arah gaya normal selalu tegak lurus bidang tumpu.
Gaya Gesekan
Gaya gesekan (f) termasuk gaya sentuh yang muncul jika permukaan dua benda bersentuhan langsung secara fisik. Arah gaya berlawanan dengan kecenderungan arah gerak.
Ketika mendorong sebuah benda dan benda tidak bergerak, maka gaya gesekan pada benda adalah gaya gesekan statis (fs =us.N) Tetapi jika bergerak, maka gaya gesekannya adalah gaya gesekan kinetis (fs). Gaya gesekan statis mulai dari nol dan membesar sesuai dengan gaya dorong yang diberikan sampai mencapai suatu nilai maksimum (fs maks). Sedangkan, gaya gesekan kinetis (fk = uk.N) selalu lebih kecil daripada gaya gesekan statis maksimum.
Gaya Tegangan Tali
Tegangan tali (T) adalah gaya tegang yang bekerja pada ujung-ujung tali karena tali tersebut tegang.
Gaya Sentripetal
Gaya sentripetal (Fs) adalah gayayang bekerja pada benda yang bergerak melingkar. Arahnya menuju pusat lingkaran.
ax = percepatan sentripetal
CONTOH SOAL HUKUM NEWTON TENTANG GERAK
1. Balok mengalami gaya tarik F1 = 15 N ke kanan dan gaya F2 ke kiri. Jika benda tetap diam berapa besar F2?
Jawaban
Karena benda tetap diam, sesuai dengan Hukum I Newton
ΣF = 0
F1 – F2 = 0
F2 = F1
= 15 N
2. Balok meluncur ke kanan dengan kecepatan tetap 4 ms-1. Jika F1 = 10 N; F2 = 20 N, berapa besar F3?
Jawaban
Sesuai dengan Hukum I Newton, gaya yang bergerak lurus beraturan (kecepatan tetap) adalah nol.
ΣF = 0
F1 + F3– F2 = 0
F3 = F2 – F1
F3 = 20 – 10
F3 = 10 N
3. Balok B massanya 2 kg ditarik dengan gaya F yang besarnya 6 Newton. Berapa percepatan yang dialami beban?
Jawaban
Berdasarkan Hukum II Newton
F = m.a (dengan F = 6 N dan m = 2 kg)
6 = 2a
a = 2 / 6 → a = 3 ms-2
4. Balok B dengan massa 2 kg mengalami dua gaya masing-masing F1 = 25 N dan F2 = 20 N seperti ditunjukkan pada gambar. Berapa percepatan balok B?
Jawaban
Dari Hukum II Newton
ΣF = m.a
F1 – F2Cos 60 = m.a
25 – 20. 0,5 = 2.a
a = 7,5 ms-2
5. Jika balok B yang massanya 2 kg mengalami percepatan 5 ms-2ke kanan, berapa besar F3?
Jawaban
Karena ΣF = m.a
F1 + F2– F3 = m.a
10 + 40 – F3= 2,5
F3 = 40 N
6. Berapakah berat benda yang memiiki massa 2 kg dan g = 9,8 ms-2 ?
Jawaban
w = m g
w = 2. 9,8
w = 19,6 Newton.
7. Sebuah balok yang massanya 6 kg meluncur ke bawah pada sebuah papan licin yang dimiringkan 30° dari lantai. Jika jarak lantai dengan balok 10 m dan besarnya gaya gravitasi ditempat itu 10 ms-2, maka tentukan percepatan dan waktu yang diperlukan balok untuk sampai di lantai!
Jawaban
Gaya berat balok diuraikan pada sumbu X (bidang miring) dan sumbu Y (garis tegak lurus bidang miring). Benda meluncur dengan gaya F = w sin 30°.
Menurut hukum II Newton
F = m × a
w sin 30° = m × a
m × g sin 30° = m × a
6 × 10 × 0,5 = 6 a → a = 5 ms-2
8. Beban m yang mengalami 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms-2 terletak di atas bidang miring dengan sudut kemiringan 370 (Sin 37 = 0,6). Beban mengakhiri gaya F mendatar sebesar 20 N Tentukan berapa percepatan m!
Jawaban
Uraikan dahulu gaya pada beban m sehingga tampak gaya-gaya mana saja yang mempengaruhi gerakan m turun.
Setelah menguraikan gaya pada beban m maka tampak gaya-gaya yang mempengaruhi gerakan m adalah gaya mg Sin 370 dan F Cos 370. Sesuai dengan Hukum II Newton:
ΣF = Σ m.a
m.g Sin 370 – Cos 370 = m.a
5.10.0,6 – 20.0,8 = 5.a
5 a = 30 – 16
a = 2,8 ms-2
9. Sebuah balok 10 kg diam di atas lantai datar. Koefisien gesekan statis μs= 0,4 dan koefisien gesekan kinetis μk= 0,3. Tentukanlah gaya gesekan yang bekerja pada balok jika gaya luar F diberikan dalam arah horizontal sebesar
a. 0 N,
b. 20 N, dan
c. 42 N.
Jawaban
Gaya-gaya yang bekerja pada benda seperti diperlihatkan pada gambar. Karena pada sumbu vertikal tidak ada gerak, berlaku
ΣFy = 0
N – w = 0
N = w = mg = (10 kg)(10 m/s) = 100 N
a. Oleh karena F = 0 maka Fgesek = 0,
b. Gaya gesekan statik fs= μs N = (0,4)(100 N) = 40 N.
Karena F = 10 N < fs maka benda masih diam (F = 20 N tidak cukup untuk menggerakkan benda).
Oleh karena itu,
ΣFx = F – Fgesek = 0
sehingga diperoleh Fgesek = F = 20 N
c. F = 42 N > fs = 40 N maka benda bergerak. Jadi, pada benda bekerja gaya gesekan kinetik sebesar
Fgesek = Fk = μkN
= (0,3)(100 N) = 30 N.
10. Suatu balok bermassa 200 gram berada di bidang miring dengan kemiringan 30° terhadap bidang datar.
Jika koefisien gesek statis dan kinetis antara balok dan bidang miring 0,25 dan 0,1, serta nilai
percepatan gravitasi 10 m/s2, maka tentukan gaya gesek yang bekerja pada balok!
Jawaban
Langkah 1 :
Gambarkan peruraian gayanya
Langkah 2 :
Tentukan gaya gesek statis maksimumnya :
fsmak = μs . N
fsmak = μs . w cos 30°
fsmak = μs . m . g . cos 30°
fsmak = 0,433 N
Langkah 3 :
Tentukan gaya penggeraknya :
Fmiring = w sin 30°
Fmiring = m . g. sin 30°
Fmiring = 0,2 . 10 . 0,5
Fmiring = 1 N
Langkah 4 :
Membandingkan gaya penggerak terhadap gaya gesek statis maksimumnya. Ternyata gaya penggeraknya lebih besar dibanding gaya gesek statis maksimumnya, sehingga benda bergerak. Gaya gesek yang digunakan adalah gaya gesek kinetis.
fk = μk . N
fk = μk . w cos 30°
fk = μk . m . g . cos 30°
fk = 0,173 N
11. Dua buah benda digantungkan dengan seutas tali pada katrol silinder yang licin tanpa gesekan seperti pada gambar. Massa m1dan m2 masing- masing 5 kg dan 3 kg. Tentukan:
a. Percepatan beban
b. Tegangan tali
Jawaban
Benda m1 karena massanya lebih besar turun, sedangkan benda m2 naik. Gaya tegangan tali di mana-mana sama karena katrol licin tanpa gesekan.
a. Tinjau benda m1
Σ F = m1 . a
w1 – T = m1 . a
5 . 10 – T = 5 . a
T = 50 – 5a
Tinjau benda m2:
Σ F = m2 . a
T – W2 = m2 . a
T – 3.10 = 3 . a
T = 30 + 3a
Disubstitusikan harga T sama.
T = T
50 – 5a = 30 + 3a
8 a = 20
a = 2,5 m/s2
b. Untuk mencari besar T pilihlah salah satu persamaan.
T = 30 + 3a
T = 30 + 3 x 2,5
T = 30 + 7,5
T = 37,5 N
12. Pesawat Atwood seperti pada gambar, terdiri dari katrol silinder yang licin tanpa gesekan. Jika m1 = 50 kg , m2 = 200kg dan g = 10 m/det2 antara balok m1 dan bidang datar ada gaya gesek dengan μ = 0,1. massa katrol 10 kg. hitunglah:
a. percepatan sistem
b. gaya tegang tali
Jawaban
a. Tinjau m1:
Σ F = m . a
T – fk = m . a
T – μk . N = m1 . a
T – 0,1 . m1 . g = m1 . a
T – 0,1 50 . 10 = 50 . a
T = 50 + 50a
Tinjau m2 (dan substitusikan nilai T):
Σ F = m . a
w2 – T = m2 . a
m2 . g – T = m2 . a
200 . 10 – (50 + 50a) = 200 . a
2000 – 50 – 50a = 200 . a
1950 = 250 . a
a = 7,8 m/s2.
b. Hitunglah nilai T
T = 50 + 50a
T = 50 + 50 x 7,8
T = 50 + 390
T = 440 N
13. Bidang miring dengan sudut kemiringan q = 30º, koefisien gesek 0,2. Ujung bidang miring dilengkapi katrol tanpa gesekan. Ujung tali diatas bidang miring diberi beban 4 kg. Ujung tali yang tergantung vertikal diberi beban dengan massa 10 kg. Tentukanlah percepatan dan tegangan tali sistem tersebut!
Jawaban
Tinjau m1 : Σ F1 = m1 . a
T – fk – w1 sin 30 = m1 . a
T – μk . N – m1 g sin 30 = m1. a
T – μk . m1 . g . cos 30 – m1. g sin 30 = m1 . a
T – 0,2 . 4 . 10 . ½ 3 - 4 . 10 . ½ = 4 . a
T – 4 3 - 20 = 4a
T = 26,928 + 4a
Tinjau m2 :
Σ F = m2 . a
w2 – T = m2 . a
w2 . g – T = m2 . a
10 .10 – T = 10 .a
T = 100 – 10a
Substitusi: T = T
26,928 + 4a = 100 – 10a
14 a = 73,072
a = 5,148 m/s2.
Jadi gaya tegangan tali sebesar:
T = 100 – 10 . 5,148
= 48,52 N
14 Seseorang yang bermassa 30 kg berdiri di dalam sebuah lift yang bergerak dengan percepatan 3 m/s2. Jika gravitasi bumi 10 ms-2, maka tentukan berat orang tersebut saat lift bergerak ke atas dipercepat dan bergerak ke bawah dipercepat!
Jawaban
a. Lift bergerak ke atas
w = N = mg + m × a
= 30 × 10 + 30 ×3
= 300 + 90
= 390 N
Jadi, berat orang tersebut saat lift bergerak ke atas dipercepat adalah 390 N.
b. Lift bergerak ke bawah
w = N = mg – m × a
= 30 × 10 – 30 × 3
= 300 – 90
= 210 N
Jadi, berat orang tersebut saat lift bergerak ke bawah dipercepat adalah 210 N.
Demikianlah Artikel Soal dan Pembahasan Fisika kelas XI tentang Dinamika Partikel
Sekianlah artikel Kumpulan Soal Fisika tentang Dinamika Partikel kelas XI kali ini, mudah-mudahan bisa memberi manfaat untuk anda semua. baiklah, sampai jumpa di postingan artikel lainnya.
Tag : soal uas fisika kelas 11 semester 2, soal fisika kelas xi semester 2 beserta jawaban doc, contoh soal fisika kelas xi semester 2 beserta pembahasannya, soal uas fisika kelas xi semester 2 dan pembahasannya, soal fisika kelas xi semester 1 kurikulum 2013, soal dan pembahasan fisika kelas xi semester 2 kurikulum 2013, soal fisika kelas xi semester 1 dan pembahasannya pdf, soal fisika kelas 11 smk