Soal dan Pembahasan Fisika tentang Dinamika Partikel Sistem Katrol Kompleks

 

Ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasional fisika ini meliputi hukum-hukum Newton dan penerapannya, gaya berat, gaya normal, gaya tegangan tali dan gaya gesekan. Disini dibahas tentang bagaimana menghitung percepatan benda yang bergerak pada bidang datar, percepatan benda yang bergerak pada bidang miring. Kemudian dibahas pula tentang percepatan dua benda yang dihubungkan dengan katrol dan percepatan benda yang salah satunya menggantung. Tidak ketinggalan, ada perhitungan percepatan didalam lift. Bahasan ini dilengkapi dengan soal-soal latihan untuk mengukur tingkat pemahaman. Jadi pas buat menghadapi ujian nasional, ulangan harian dan ulangan lainnya.

 

Hukum 1 Newton

Berarti jika resultan gaya pada benda nol, maka:1) Jika awalnya diam, benda akan tetap diam.
2) Jika awalnya bergerak, benda akan terus bergerak dengan kecepatan yang konstan (Gerak berupa gerak lurus beraturan).

Hukum II Newton

Berarti jika resultan gaya pada benda tidak nol maka benda bergerak dengan kecepatan yang tidak konstan/mengalami percepatan (gerak berupa gerak lurus berubah beraturan).

Hukum III Newton

Berarti gaya yang bekerja pada benda terjadinya selalu berpasangan. Arah gaya reaksi berlawanan dengan arah gaya aksi.

JENIS-JENIS GAYA

Gaya berat

Gaya berat adalah gaya tarik bumi yang bekerja pada sebuah benda. Gaya berat merupakan besaran vektor yang arahnya selalu menuju pusat bumi (ke bawah).

Gambar diatas adalah penggambaran arah gaya berat benda yang diletakkan pada bidang datar dan bidang miring.


Keterangan:
w = gaya berat (N)
m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

Gaya Normal

Gaya normal adalah gaya yang timbul akibat adanya interaksi antar partikel-partikel. Gaya normal umumnya terjadi pada dua benda yang bersentuhan dan memiliki arah yang tegak lurus bidang sentuh.

Gambar di atas adalah penggambaran arah gaya normal benda yang diletakkan pada bidang datar dan bidang miring.

Gaya gesekan

Gaya gesekan adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan gerak benda. 

Gaya gesek ada 2 macam:
Gaya gesek statis yaitu gaya gesekan antaran dua benda yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya.



Fs = gaya gesek statis (N)

µs = koefisien gesek statis.
Gaya gesek kinetis yaitu gaya gesek yang terjadi pada dua benda yang bergerak relatif satu sama lainnya.



Fk = gaya gesek kinetis (N)

µk= koefisien gesek kinetis

PENERAPAN HUKUM-HUKUM NEWTON

Benda yang diletakkan pada bidang datar yang ditarik dengan sebuah gaya.

Keterangan:
F = gaya tarik (N)
fg = gaya gesekan (N)
m = massa benda (kg)

a = percepatan (m/s²)

Dua Benda yang diletakkan pada bidang datar yang ditarik dengan sebuah gaya.

Dari hukum II Newton:

Keterangan:
F = gaya tarik (N)

f_g1 = gaya gesekan benda 1 (N)

f_g2 = gaya gesekan benda 2 (N)

m₁ = massa benda 1 (kg)

m₂ = massa benda 2 (kg)

a = percepatan (m/s²)

Dua Benda yang salah satunya menggantung.

Dari hukum II Newton:



Keterangan:

w₂ = berat benda 2 (N).

f_g = gaya gesekan benda 1 (N).

m₁ = massa benda 1 (kg).

m₂ = massa benda 2 (kg).

a = percepatan (m/s²).

Dua benda yang dihubungkan dengan katrol.

Jika m2 lebih besar dari m1, maka dari hukum II Newton:



Keterangan:

w₂ = berat benda 2 (N)

w₁ = berat benda 1 (N)

m₁ = massa benda 1 (kg)

m₂ = massa benda 2 (kg)

a = percepatan (m/s²)

Benda yang diletakkan pada bidang miring.

Dari hukum II Newton:


Keterangan:
w = berat benda (N).

θ = sudut kemiringan bidang.

f_g = gaya gesekan (N).

m = massa benda (kg).

a = percepatan benda (m/s²).

Gerak dalam lift

Jika lift diam atau bergerak dengan kecepatan konstan maka berlaku hukum I Newton:



Jika lift bergerak ke atas dengan percepatan a maka berlaku hukum II Newton:



N positif karena searah dengan gerak lift yaitu ke atas dan w negatif karena berlawanan dengan gerak lift.
Jika lift bergerak ke bawah dengan percepatan a maka:

w positif karena searah dengan gerak lift dan N negatif karena berlawanan dengan gerak lift. Ini kebalikan dari gerak lift yang ke atas.

CONTOH SOAL DINAMIKA GERAK DAN PEMBAHASAN

Nomor 1 (UN 2012)
Agar gaya normal yang bekerja pada balok sebesar 20 N, maka besar dan arah gaya luar yang bekerja pada balok adalah....

A. 50 N ke bawahB. 30 N ke atas
C. 30 N ke bawah
D. 20 N ke atas
E. 20 N ke bawah

Pembahasan:
ƩF = 0
N - w + F = 0
20 N - 50 N + F = 0
- 30 N + F = 0
F = 30 N (karena positif berarti arah ke atas)
Jawaban: B

Nomor 2 (UN 2012)
Dua balok masing-masing bermassa 2 kg dihubungkan dengan tali dan katrol seperti gambar.

Bidang permukaan dan katrol licin. Jika balok B ditarik mendatar dengan gaya 40 N, percepatan balok adalah...(g = 10 m/s2)A. 5 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 10 m/s2
D. 12,5 m/s2
E. 15 m/s2

Pembahasan:
Gunakan rumus:
 
Jawaban: A

Nomor 3 (UN 2013)
Sebuah balok dengan massa 20 kg diletakkan pada bidang miring kasar, ditarik dengan gaya sebesar F dan percepatannya 3 m/s2. 

Jika koefisien gesekan ɥ = 1/3 dan g = 10 m/s2, besar gaya F tersebut adalah...(sin 53 = 0,8)A. 260 N
B. 220 N
C. 160 N
D. 80 N
E. 60 N

Pembahasan:
Dari hukum II Newton:
F - w sin 53 - fg = m . a
F - 20 kg . 10 m/s2 . 0,8 - 1/3 . w cos 53 = 20 kg . 3 m/s2
F - 160 N - 1/3 . 20 kg . 10 m/s2 . 0,6 = 60 N
F - 160 N - 40 N = 60 N
F - 200 N = 60 N
F = 260 N
Jawaban: A

Nomor 4
Berikut adalah gambar yang menunjukkan lima buah benda yang diberikan gaya berbeda-beda.





Percepatan benda yang paling besar ditunjukkan oleh gambar nomor...
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
E. (5)

Pembahasan
Untuk menentukan percepatan benda yang paling besar gunakan hukum II Newton
A. a = F/m = 120 N / 20 N = 6 m/s2
B. a = F/m = 100 N / 10 kg = 10 m/s2
C. a = F/m = 150 N / 50 kg = 3 m/s2
D. a = F /m = 240 N / 80 kg = 3 m/s2
E. a = F/m = 200 N / 100 kg = 2 m/s2
Jawaban: B

Nomor 5

Sebuah benda bermassa 1 kg mula-mula bergerak mendatar dengan kecepatan 10 m/s. Kemudian diberi gaya konstan 2 N selama 10 s searah dengan arah gerak benda. Besar kecepatan benda setelah 10 s adalah...
A. 15 m/s
B. 20 m/s
C. 25 m/s
D. 30 m/s
E. 35 m/s

Pembahasan

Terlebih dahulu hitung percepatan dengan menggunakan hukum II Newton
a = F / m = 2 N / 1 kg = 2 m/s2
Menghitung kecepatan dengan menggunakan persamaan glbb
v = v0 + a . t = 10 m/s + 2 m/s2 . 10 s = 10 m/s + 20 m/s = 30 m/s
Jawaban: D

Nomor 6
Dua buah balok dihubungkan dengan seutas tali ringan di tarik secara horizontal dengan gaya F = 60 N.

Massa benda m₁ = 20 kg dan m₂ = 10 kg. Jika g = 10 m/s² dan koefisien gesekan kinetis antara balok dan permukaan lantai 0,1, maka besar percepatan kedua balok adalah...

A.   1 m/s²

B.       2 m/s²

C.       3 m/s²

D.       4 m/s²

E.        5 m/s²

Pembahasan
Menghitung percepatan 2 benda yang terletak pada bidang miring:

Jawaban: A

Nomor 7
Jika permukaan meja licin dan massa katrol diabaikan, maka sistem benda akan bergerak dengan percepatan sebesar...

A. 5 m/s2
B. 10 m/s2
C. 16 m/s2
D. 25 m/s2
E. 40 m/s2

Pembahasan
Untuk menentukan percepatan kedua benda gunakan hukum II Newton seperti nomor 3

Jawaban: B

Nomor 8

Perhatikan gambar berikut!


Balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B 1 kg. Balok B mula-mula diam dan kemudian bergerak ke bawah. Bila g = 10 m/s2 maka tegangan tali yang menghubungkan kedua benda adalah...
A. 20,0 N
B. 10,0 N
C. 6,7 N
D. 3,3 N
E. 1,7 N

Pembahasan
Terlebih dahulu hitung percepatan kedua benda

Menghitung tegangan tali
T = WB - mB . a
T = 10 N - 1 kg . 10/3 m/s2 = 6,7 N
Jawaban: C

Nomor 9
Perhatikan gambar!

Benda A bermassa 8 kg terletak pada bidang datar dan dihubungkan dengan benda B bermassa 2 kg melalui katrol. Benda B turun dengan kecepatan tidak tetap. Besar tegangan tali jika percepatan g = 10 m/s2 adalah...
A. 32 N
B. 20 N
C. 16 N
D. 10 N
E. 8 N

Pembahasan
Terlebih dahulu hitung percepatan kedua benda

Menghitung tegangan tali
T = WB - mB . a
T = 20 N - 2 kg . 2 m/s2 = 16 N
Jawaban: C

Nomor 10
Dua benda A dan B masing-masing bermassa 2 kg dan 6 kg diikat dengan tali melalui sebuah katrol yang licin seperti gambar.

Mula-mula benda B ditahan kemudian dilepaskan. Jika g = 10 m/s2 maka tegangan tali yang menghubungkan kedua benda adalah...
A. 5 N
B. 6 N
C. 10 N
D. 30 N
E. 60 N

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu percepatan kedua benda

Menghitung tegangan tali
T = wB - mB . a = 60 N - 6 kg . 5 m/s2 = 30 N
Jawaban: D

Nomor 11
Sebuah balok ditahan dipuncak bidang miring.

Ketika dilepas balok meluncur tanpa gesekan sepanajang bidang miring. Kecepatan balok ketika mencapai dasar bidang miring adalah..
A. 6 m/s
B. 8 m/s
C. 10 m/s
D. 12 m/s
E. 16 m/s

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu percepatan
a = g sin 30^o = 10 m/s2 . 1/2 = 5 m/s
Menghitung kecepatan menggunakan persamaan glbb

Jawaban: C

Nomor 12
Perhatikan gambar!

Sebuah balok kayu berada pada bidang miring kasar ditarik dengan gaya F = 200 N. Jika massa balok 18 kg dan percepatan 3 m/s2 maka gaya gesekan yang dialami balok terhadap bidang miring adalah...
A. 180 N
B. 126 N
C. 90 N
D. 56 N
E. 54 N

Pembahasan
Untuk benda pada bidang mirin berlaku persamaan
F - w sin 30^o - fg = m . a
200 N - 180 N . 1/2 - fg = 18 kg . 3 m/s2
110 N - fg = 54 N
fg = 56 N
Jawaban: D

Nomor 13
Sewaktu berada didalam lift yang diam, berat sandi adalah 500 N. Sewaktu lift dipercepat keatas tegangan tali menjadi 750 N. Jika g = 10 m/s2 maka percepatan lift adalah...
A. 5,0 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 10,5 m/s2
D. 12,5 m/s2
E. 15,0 m/s2

Pembahasan

Untuk lift yang bergerak ke atas berlakuT - w = m . a
750 N - 500 N = 50 kg . a
250 N = 50 kg . a
a = 250 N / 50 kg = 5 m/s2
Jawaban: A

Soal latihan dinamika gerak

Nomor 1 
Sebuah benda bermassa 0,25 kg jatuh dengan percepatan 9,2 m/s2. Apabila dianggap gaya gesekan udara konstan, maka gaya ini adalah...
A. 0,2 N
B. 0,5 N
C. 1,2 N
D. 1,5 N
E. 1,6 N

Nomor 2
Seorang pemadam kebakaran yang beratnya 650 N meluncur turun sepanjang tiang vertikal dengan percepatan rata-rata 3 m/s2. Gaya vertikal rata-rata yang dilakukan orang pada tiang adalah...
A. 650 N
B. 515 N
C. 455 N
D. 425 N
E. 325 N

Nomor 3
Sebuah helikopter bermassa 300 kg bergerak vertikal ke atas dengan percepatan 2 m/s2. Seorang tentara bermassa 60 kg memanjat tali yang menjulur dari helikopter dengan percepatan tetap 1 m/s2 relatif terhadap helikopter. Gaya tegangan tali ini adalah...
A. 600 N
B. 660 N
C. 720 N
D. 780 N
E. 3600 N

Nomor 4
Sebuah bandul yang digantungkan pada atap sebuah gerobak berada dalam keadaan setimbang saat gerobak diam. Suatu saat gerobak ditarik dengan gaya konstan sedemkian hingga kecepatannya 13 m/s saat mencapai jarak 5 m. Dalam keadaan gerobak berjalan tersebut, simpangan bandul terhadap posisi setimbang sekitar..... derajat.
A. 0
B. 15
C. 30
D. 45
E. 60

Demikianlah Artikel Kumpulan Soal dan Pembahasan Dinamika Partikel Sistem Katrol Kompleks (fisika)

Sekianlah artikel Kumpulan Soal dan Pembahasan Dinamika Partikel Sistem Katrol Kompleks (fisika) kali ini, mudah-mudahan bisa memberi manfaat untuk anda semua. baiklah, sampai jumpa di postingan artikel lainnya.

Share this post