sedikit share

beberapa postingan saya ada yang gambarnya tidak muncul, mohon maaf nanti saya edit lagi... trims banyak untuk beberapa guru fisika yang tulisannya saya share lagi di blog ini untuk kepentingan dunia fisika *hemm

:D
salam

GLB dan GLBB materi

1.Pengertian Gerak Lurus Beraturan

Gerak lurus beraturan didefinisikan sebagai gerak suatu benda dengan kecepatan tetap.

Kecepatan tetap artinya baik besar maupun arahnya tetap. Kecepatan tetap yaitu benda menempuh jarak yang sama untuk selang waktu yang sama. Misalnya sebuah mobil bergerak dengan kecepatan tetap 75 km/jsm atau 1,25 km/menit, berarti setiap menit mobil itu menempuh jarak 1,25 km. Karena kecepatan benda tetap, maka kata kecepatan pada gerak lurus beraturan dapat diganti dengan kata kelajuan. Dengan demikian, dapat juga kita definisikan, gerak lurus beraturan sebagai gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan kelajuan tetap.

Grafik perpindahan terhadap waktu (s-t) pada

GLB

Grafik perpindahan terhadap waktu pada GLB ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Tampak pada gambar bahwa grafik jarak/perpindahan (s) terhadap waktu (t) berbentuk garis lurus miring ke atas melalui titik asal koordinat O (0,0). Apabila ditinjau dari kemiringan grafik, maka tan α = v

Dengan demikian jika grafik jarak terhadap waktu (s-t) dari dua benda yang bergerak beraturan berbeda kemiringannya, maka grafik dengan sudut kemiringan besar menunjukkan kecepatan lebih besar.

Grafik Kecepatan terhadap Waktu (v-t) pada

GLB

Grafik kecepatan terhadap waktu pada GLB ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Tampak pada gambar bahwa grafik v-t berbentuk garis lurus mendatar. Bentuk ini menunjukkan bahwa pada GLB, kecepatan suatu benda selalu tetap untuk selang waktu kapanpun.

Hubungan jarak, kecepatan, dan selang waktu pada GLB

Pada gerak lurus beraturan kecepatan suatu benda selalu tetap. Jika diperhatikan kembali grafik v-t pada GLB, maka jarak/perpindahan (s) merupakan luas daerah yang dibatasi oleh v dan t.

Pada gambar di bawah ini tampak bahwa jarak/perpindahan sama dengan luas persegipanjang dengan panjang t dan lebar v.

Secara matematis : s = v. t

Contoh Soal Untuk memahami konsep gerak lurus beraturan :

Dua sepeda motor bergerak saling mendekati pada lintasan lurus dengan arah berlawanan. Sepeda motor A bergerak ke barat dengan kecepatan tetap 30 km/jam, sedangkan sepeda motor B bergerak ke timur dengan kecepatan 45 km/jam. Sebelum bergerak, kedua sepeda motor terpisah sejauh 150 km.

(a). kapan dan dimana kedua sepeda motor berpapasan?

(b). gambarkan grafik hubungan v-t untuk kedua sepeda motor itu?

(c). tentukan jarak tempuh kedua sepeda motor saat berpapasan menggunakan grafik v-t tersebut.

Pembahasan :

(a). Misalkan kedua sepeda motor berpapasan di titik O. dari gambar di atas diperoleh AO + BO = 150 km atau 150 km = 30km/jam.t + 45km/jam.t, sehingga diperoleh t = 150 km/75 km/jam = 2 jam.

Jadi AO = 30 km/jam.2 jam = 60 km, sedangkan BO = 45 km/jam.2 jam=90 km.

Kesimpulan, kedua sepeda motor berpapasan setelah bergerak selama 2 jam. Tempat berpapasan adalah setelah sepeda motor A bergerak ke arah barat sejah 60 km atau setelah sepeda motor B bergerak ke arah timur sejauh 90 km.

(b). Grarik v-t untuk kedua sepeda motor

(c). Jarak tempuh sepeda motor A = luas bangun A = panjang X lebar = 2 jam X 30 km/Jam = 60 km.  Jarak tempuh sepeda motor B = luas bangun B = panjang X lebar = 2 jam X 45 km/jam = 90 km.

GERAK LURUS BERUBAH BERATURAN

(GLBB)

Setelah mempelajari materi pembelajaran ini diharapkan  dapat menyimpulkan karakteristik gerak lurus berubah beraturan (GLBB) melalui percobaan dan pengukuran besaran-besaran terkait, serta menerapkan besaran-besaran fisika pada gerak lurus berubah beraturan dalam bentuk persamaan dan menggunakannya dalam pemecahan masalah.

Pengertian Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

GLBB didefinisikan sebagai gerak suatu benda pada lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. Maksud dari percepatan tetap yaitu percepatan percepatan yang besar dan arahnya tetap.

Grafik Percepatan Terhadap Waktu

Benda yang melakukan GLBB memiliki percepatan yang tetap, sehingga grafik percepatan terhadap waktu (a-t) berbentuk garis mendatar sejajar sumbu waktu t.

Grafik Kecepatan Terhadap Waktu pada GLBB yang dipercepat

Pada GLBB yang dipercepat kecepatan benda semakin lama semakin bertambah besar. Sehingga grafik kecepatan terhadap waktu (v-t) pada GLBB yang dipercepat berbentuk garis lurus condong ke atas dengan gradien yang tetap. Jika benda melakukan GLBB yang dipercepat dari keadaaan diam (kecepatan awal =Vo = 0), maka grafik v-t condong ke atas melalui O(0,0), seperti gambar di bawah ini :

Jika benda melakukan GLBB dipercepat dari keadaan bergerak (kecepatan awal = Vo ≠ 0 ), maka grafik v-t condong ke atas melalui titik potong pada sumbu v, yaitu (0,Vo), seperti gambar di bawah ini :

Jika anda melempar batu vertikal ke atas, maka batu itu akan mengalami pengurangan kecepatan yang sama dalam selang waktu sama. Jadi batu itu dikatakan mengalami perlambatan atau percepatan negatif. Jadi pada GLBB diperlambat, benda mengawali gerakan dengan kecepatan tertentu dan selanjutnya selalu mengalami pengurangan kecepatan. Grafik kecepatan terhadap waktu untuk GLBB diperlambat akan berbentuk garis lurus condong ke bawah, seperti gambar di bawah ini.

Kecepatan pada suatu saat dari benda yang melakukan gerak lurus berubah beraturan dirumuskan sebagai berikut :

sedangkan untuk menghitung besar perpindahan yang dialami benda yang bergerak lurus berubah beraturan

Gerak Jatuh Bebas

Pengantar

Contoh gerak dengan percepatan (hampir) konstan yang sering dijumpai adalah gerak benda yang jatuh ke bumi. Bila tidak ada gesekan udara, ternyata semua benda yang jatuh pada tempat yang sama dipermukaan bumi mengalami percepatan yang sama, tidak bergantung kepada ukuran, berat maupun susunan benda, dan jika jarak yang ditempuh selama jatuh tidak terlalu besar, maka percepatannya dapat dianggap konstan selama jatuh. Gerak ideal ini, yang mengabaikan gesekan udara dan perubahan kecil percepatan terhadap ketinggian, disebut gerak “jatuh bebas”.

Percepatan yang dialami benda jatuh bebas disebut percepatan yang disebabkan oleh gravitasi dan diberi simbol g. Di dekat permukaan bumi, besarnya kira-kira 9,8 m/s^2, dan berarah ke bawah menuju pusat bumi.

Persamaan Gerak Jatuh Bebas

Kita pilih kerangka acuan yang diam terhadap bumi, dengan sumbu y positip diambil vertikal ke atas. Dengan pilihan ini percepatan gravitasi g dinyatakan dengan sebuah vektor yang berarah vertikal ke bawah dalam arah sumbu y negatip. Persamaan gerak dengan percepatan tetap dapat diterapkan di sini, tinggal menggantikan x dengan y dan mengambil yo = 0.Persamaan gerak jatuh bebas adalah sebagai berikut:

contoh soal GJB dan Gerak Vertikal

1.    Bola dilempar vertikal ke bawah dari sebuah bangunan bertingkat dengan kelajuan awal 10 m/s dan tiba di tanah setelah 2 sekon. Berapa kelajuan bola ketika menyentuh tanah ? g = 10 m/s²

2.       Batu dilempar ke dalam sumur dengan kelajuan awal 5 m/s dan menyentuh permukaan air sumur setelah 2 sekon. Berapa kedalaman sumur ?

Pembahasan
Diketahui :
v_o = 5 m/s
t = 2 sekon
g = 10 m/s²
Ditanya :
Kedalaman sumur (h) ?
Jawab :
Diketahui v_o, t dan g, ditanya h, karenanya gunakan rumus kedua.

3.       Dari sebuah bangunan setinggi 80 meter, sebuah bungkusan dilemparkan vertikal ke bawah dengan kelajuan 10 m/s. Tentukan (a) selang waktu bungkusan mencapai tanah (b) Laju bungkusan saat menyentuh tanah

Batu bermassa 200 gram dilempar lurus ke atas dengan kecepatan awal 50 m/s.

Jika percepatan gravitasi ditempat tersebut adalah 10 m/s2, dan gesekan udara diabaikan, tentukan :

a) Tinggi maksimum yang bisa dicapai batu

b) Waktu yang diperlukan batu untuk mencapai ketinggian maksimum

c) Lama batu berada diudara sebelum kemudian jatuh ke tanah

Pembahasan

a) Saat batu berada di titik tertinggi, kecepatan batu adalah nol dan percepatan yang digunakan adalah percepatan gravitasi.  Dengan rumus GLBB:



b) Waktu yang diperlukan batu untuk mencapai titik tertinggi:



c) Lama batu berada di udara adalah dua kali lama waktu yang diperlukan untuk mencapai titik tertinggi.

t = (2)(5) = 10 sekon

Rangkuman soal soal Gerak Melingkar dari berbagai sumber

Soal No. 1

Nyatakan dalam satuan radian :
a) 90^o
b) 270^o

Pembahasan
360^o = 2π radian

a) 90^o



b) 270^o

 

Soal No. 2
Konversikan ke dalam satuan rad/s :
a) 120 rpm
b) 60 rpm

Pembahasan
1 rpm = 1 putaran per menit
1 putaran adalah 2π radian atau
1 putaran adalah 360^o
1 menit adalah 60 sekon
a) 120 rpm



b) 60 rpm



Soal No. 3
Sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 50π rad/s. Tentukan frekuensi putaran gerak benda!

Pembahasan


Soal No. 4
Kecepatan sudut sebuah benda yang bergerak melingkar adalah 12 rad/s. Jika jari-jari putarannya adalah 2 meter, tentukan besar kecepatan benda tersebut!

Pembahasan


Soal No. 5
Sebuah benda bermassa 1 kg berputar dengan kecepatan sudut 120 rpm. Jika jari-jari putaran benda adalah 2 meter tentukan percepatan sentripetal gerak benda tersebut !

Pembahasan
Data :
ω = 120 rpm = 4π rad/s
r = 2 meter
m = 1 kg
a_sp = ...?

a_sp = ^V2/_r = ω² r
a_sp = (4π)² (2) = 32π² m/s²

Soal No. 6
Gaya sentripetal yang bekerja pada sebuah benda bermassa 1 kg yang sedang bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari lintasan sebesar 2 m dan kecepatan 3 m/s adalah....?

Pembahasan
Data :
m = 1 kg
r = 2 meter
V = 3 m/s
F_sp = ....?

F_sp = m ( ^V2/_r )
F_sp = (1)( ³²/₂ ) = 4,5 N

Soal No. 7
Dua buah roda berputar dihubungkan seperti gambar berikut!



Jika jari jari roda pertama adalah 20 cm, jari-jari roda kedua adalah 10 cm dan kecepatan sudut roda pertama adalah 50 rad/s, tentukan kecepatan sudut roda kedua!

Pembahasan
Data :
r₁ = 20 cm
r₂ = 10 cm
ω₁ = 50 rad/s
ω₂ = ...?

Dua roda dengan hubungan seperti soal diatas akan memiliki kecepatan (v) yang sama :



Soal No. 8
Dua buah roda berputar dihubungkan seperti gambar berikut!



Jika kecepatan roda pertama adalah 20 m/s jari-jari roda pertama dan kedua masing-masing 20 cm dan 10 cm, tentukan kecepatan roda kedua!

Pembahasan
Kecepatan sudut untuk hubungan dua roda seperti soal adalah sama:



Soal No. 9
Tiga buah roda berputar dihubungkan seperti gambar berikut!



Data ketiga roda :
r₁ = 20 cm
r₂ = 10 cm
r₃ = 5 cm
Jika kecepatan sudut roda pertama adalah 100 rad/s, tentukan kecepatan sudut roda ketiga!

Pembahasan


Soal No. 10 
Sebuah partikel bergerak melingkar dengan kecepatan sudut sebesar 4 rad/s selama 5 sekon. Tentukan besar sudut yang ditempuh partikel!

Pembahasan
Soal di atas tentang Gerak Melingkar Beraturan. Untuk mencari sudut tempuh gunakan rumus :
θ = ωt
θ = (4)(5) = 20 radian.

Soal No. 11 
Sebuah benda bergerak melingkar dengan percepatan sudut 2 rad/s². Jika mula-mula benda diam, tentukan :
a) Kecepatan sudut benda setelah 5 sekon
b) Sudut tempuh setelah 5 sekon

Pembahasan
Data :
α = 2 rad/s²
ω_o = 0
t = 5 sekon
Soal tentang Gerak Melingkar Berubah Beraturan

a) ω_t = ω_o + αt
ω_t = (0) + (2)(5) = 10 rad/s

b) θ = ω_ot + ¹/₂ αt²
θ = (0)(5) + ¹/₂ (2)(5)²

Soal No. 12
Sebuah mobil dengan massa 2 ton bergerak dengan kecepatan 20 m/s menempuh lintasan dengan jari-jari 100 m.



Jika kecepatan gerak mobil 20 m/s tentukan gaya Normal yang dialami badan mobil saat berada di puncak lintasan!

Pembahasan
Gaya-gaya saat mobil di puncak lintasan :



Hukum Newton Gerak Melingkar :



Soal No. 13
Sebuah benda bergerak melingkar dengan jari-jari lintasan 50 cm seperti gambar berikut.

Jika massa benda 200 gram dan percepatan gravitasi 10 m/s², tentukan besar tegangan tali ketika benda berada di titik titik tertinggi!

Pembahasan

Untuk benda yang bergerak melingkar berlaku

Uraikan gaya-gaya yang bekerja pada benda saat berada di titik tertinggi (aturan : gaya yang ke arah pusat adalah positif, gaya yang  berarah menjauhi pusat adalah negatif)

Sehingga didapat persamaan :



Soal No. 14
Dari soal no. 13 tentukan tegangan tali saat benda berada pada titik terendah!

Pembahasan
Saat benda berada pada titik terendah, tegangan Tali berarah menuju pusat(+) sedang berat benda menjauhi pusat(−) sehingga persamaan menjadi:



Soal No. 15
Berdasarkan gambar berikut, tentukan kecepatan sudut roda kedua!



Pembahasan

Fisikastudycenter - Kumpulan Soal

1) Diantara pernyataan-pernyataan berikut ini:
(1) kecepatan sudut tetap, kecepatan linier berubah
(2) kecepatan sudut dan kecepatan linier tetap
(3) kecepatan sudut dan kecepatan linier berubah beraturan
yang berlaku pada gerak melingkar beraturan adalah....
A. 1 saja
B. 1 dan 2
C. 2 saja
D. 2 dan 3
E. 3 saja

2) Amir memutar sebuah bola logam yang diikat dengan tali dengan lintasan horizontal di atas kepalanya. Jika bola berputar 90 putaran tiap menitnya, maka besar frekuensinya adalah.....Hz
A. 0,5
B. 1,5
C. 2
D. 2,5
E. 3

3) Kecepatan linier suatu titik yang terletak di pinggir roda adalah 0,5 π m.s⁻¹, jika roda tersebut berputar dengan frekuensi 0,5 Hz, maka diameter roda tersebut adalah.....
A. 0,5 m
B. 1,0 m
C. 1,5 m
D. 2 m
E. 2,5 m

4) Dengan menggunakan alat sentripetal benda yang massanya m diputar melingkar beraturan dengan laju anguler = ω. Apabila panjang tali alat sentripetal diperkecil menjadi 1/4 kali, maka dengan beban yang tetap, kelajuan angulernya menjadi.....ω
A. 4
B. 2
C. 1
D. 0,5
E. 0,25

5) Sebuah benda bergerak dengan lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari 50 cm menempuh 120 putaran tiap menit.
(1) kecepatan sudutnya 2π rad.s⁻¹
(2) frekuensinya 2 Hz
(3) kecepatan liniernya 20 m.s⁻¹
(4) periodenya 0,5 s
Pernyataan yang benar terkait gerak benda tersebut adalah...
A. 1, 2 dan 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 4
E. 1, 2, 3 dan 4

6) Sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 50π rad/s. Frekuensi gerak benda adalah....
A. 5 Hz
B. 15 Hz
C. 20 Hz
D. 25 Hz
E. 30 Hz

7) Sebuah benda bermassa 1 kg berputar dengan kecepatan sudut 4 π rad.s⁻¹. Jika jari-jari putaran benda adalah 2 meter. Percepatan sentripetal gerak benda tersebut adalah....
A. 64 π m.s⁻²
B. 32 π m.s⁻²
C. 16 π m.s⁻²
D. 8 π m.s⁻²
E. 4 π m.s⁻²

8) Sebuah benda bermassa 500 g bergerak melingkar dengan percepatan sudut 2 rad.s⁻². Benda mula-mula dalam keadaan diam. Sudut tempuh setelah 5 sekon adalah....
A. 25 rad
B. 50 rad
C. 75 rad
D. 100 rad
E. 125 rad

9) Sebuah benda memiliki massa 100 g bergerak melingkar beraturan dengan kelajuan 3 m.s⁻¹. Jika jari-jari lintasan benda adalah 40 cm maka gaya sentripetal yang dialami benda tersebut sebesar....
A. 1,25 N
B. 2,25 N
C. 3,25 N
D. 4,25 N
E. 5,25 N

10) Pernyataan berikut terkait dengan percepatan sentripetal pada gerak melingkar.
(1) percepatan sentripetal di setiap titik pada lintasannya selalu menuju pusat lingkaran
(2) percepatan sentripetal mengubah arah kecepatan linier sehingga lintasannya berupa lingkaran
(3) besar percepatan sentripetal pada setiap lintasan tergantung kecepatan anguler dan jari-jari lintasan
(4) arah vektor percepatan sentripetal searah dengan vektor kecepatan liniernya.
Pernyataan yang benar adalah....
A. 1 dan 2
B. 2 dan 3
C. 3 dan 4
D. 1, 2 dan 3
E. 1, 2, 3 dan 4

11) Empat buah roda terhubung seperti diperlihatkan gambar berikut ini.



Roda A digerakkan oleh sebuah motor hingga roda B, C dan D ikut bergerak.
(1) kecepatan linier roda A sama dengan kecepatan linier roda B
(2) kecepatan linier roda A sama dengan kecepatan linier roda C
(3) kecepatan sudut roda A sama dengan kecepatan sudut roda B
(4) kecepatan sudut roda A sama dengan kecepatan sudut roda D
Hubungan roda-roda yang benar adalah...
A. 1 dan 3
B. 1 dan 4
C. 2 dan 3
D. 2 dan 4
E. 2 saja

12) Dua buah roda gigi terhubung seperti gambar berikut ini. Roda A memiliki 12 gigi dan roda B memiliki 24 gigi.



Jika roda A berputar dengan kecepatan sudut 120 rpm, maka kecepatan sudut roda B adalah.....
A. 60 rpm
B. 120 rpm
C. 180 rpm
D. 240 rpm
E. 480 rpm

Dinamika dan Soal

Hukum Newton I
Σ F = 0
→ benda diam atau
→ benda bergerak dengan kecepatan konstan / tetap atau
→ percepatan gerak benda nol atau
→ benda bergerak lurus beraturan (GLB)

Hukum Newton II
Σ F = ma
→ benda bergerak dengan percepatan tetap
→ benda bergerak lurus berubah beraturan (GLBB)
→ kecepatan gerak benda berubah

Gaya Gesek
Gaya Gesek Statis → f_s = μ_s N
Gaya Gesek Kinetis → f_k = μ_k N
dengan N = gaya normal, μ_s = koefisien gesek statis, μ_k = koefisien gesek kinetis

Gaya Berat
W = mg

Contoh Soal dan Pembahasan                

Soal No. 1
Perhatikan gambar berikut!



Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 12 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda

Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal
Σ F_y = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
f_smaks = μ_s N
f_smaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya gesek statis maksimum masih lebih besar dari gaya yang menarik benda (F) sehingga benda masih berada dalam keadaan diam. Sesuai dengan hukum Newton untuk benda diam :
Σ F_x = 0
F − f_ges = 0
12 − f_ges = 0
f_ges = 12 N

c) Percepatan gerak benda
Benda dalam keadaan diam, percepatan benda NOL

Soal No. 2
Perhatikan gambar berikut, benda mula-mula dalam kondisi rehat!



Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 25 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda
d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon

Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal
Σ F_y = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
f_smaks = μ_s N
f_smaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya yang gesek statis maksimum (20 N) lebih kecil dari gaya yang menarik benda (25 N), Sehingga benda bergerak. Untuk benda yang bergerak gaya geseknya adalah gaya gesek dengan koefisien gesek kinetis :
f_ges = f_k = μ_k N
f_ges = (0,1)(100) = 10 N

c) Percepatan gerak benda
Hukum Newton II :
Σ F_x = ma
F − f_ges = ma
25 − 10 = 10a
a = ¹⁵/₁₀ = 1,5 m/s²

d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon
S = V_o t + ¹/₂ at²
S = 0 + ¹/₂(1,5)(2²)
S = 3 meter

Soal No. 3
Perhatikan gambar berikut, benda 5 kg mula-mula dalam kondisi tidak bergerak!



Jika sudut yang terbentuk antara gaya F = 25 N dengan garis mendatar adalah 37^o, koefisien gesek kinetis permukaan lantai adalah 0,1 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s² tentukan nilai:
a) Gaya normal
b) Gaya gesek
c) Percepatan gerak benda
(sin 37^o = 0,6 dan cos 37^o = 0,8)

Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal
Σ F_y = 0
N + F sin θ − W = 0
N = W − F sin θ = (5)(10) − (25)(0,6) = 35 N

b) Gaya gesek
Jika dalam soal hanya diketahui koefisien gesek kinetis, maka dipastikan benda bisa bergerak, sehingga f_ges = f_k :
f_ges = μ_k N
f_ges = (0,1)(35) = 3,5 N

c) Percepatan gerak benda
Σ F_x = ma
F cos θ − f_ges = ma
(25)(0,8) − 3,5 = 5a
5a = 16,5
a = 3,3 m/s²

Soal No. 4
Perhatikan gambar berikut, balok 100 kg diluncurkan dari sebuah bukit!



Anggap lereng bukit rata dan memiliki koefisien gesek 0,125. Percepatan gravitasi bumi 10 m/s² dan sin 53^o = 0,8, cos 53^o = 0,6. Tentukan nilai dari :
a) Gaya normal pada balok
b) Gaya gesek antara lereng dan balok
c) Percepatan gerak balok

Pembahasan
Gaya-gaya pada balok diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal pada balok
Σ F_y = 0
N − W cos θ = 0
N − mg cos 53^o = 0
N − (100)(10)(0,6) = 0
N = 600 Newton

b) Gaya gesek antara lereng dan balok
f_ges = μ_k N
f_ges = (0,125)(600) = 75 newton

c) Percepatan gerak balok
Σ F_x = ma
W sin θ − f_ges = ma
mg sin 53^o − f_ges = ma
(100)(10)(0,8) − 75 = 100a
a = ⁷²⁵/₁₀₀ = 7,25 m/s²

Soal No. 5
Balok A massa 40 kg dan balok B massa 20 kg berada di atas permukaan licin didorong oleh gaya F sebesar 120 N seperti diperlihatkan gambar berikut!



Tentukan :
a) Percepatan gerak kedua balok
b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B

Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok
Tinjau sistem :
Σ F = ma
120 = (40 + 20) a
a = ¹²⁰/₆₀ m/s²

b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B
Cara pertama, Tinjau benda A :



Σ F = ma
F − F_kontak = m_A a
120 − F_kontak = 40(2)
F_kontak = 120 − 80 = 40 Newton

Cara kedua, Tinjau benda B :



Σ F = ma
F_kontak = m_B a
F_kontak = 20(2) = 40 Newton

Soal No. 6
Balok A dan B terletak pada permukaan bidang miring licin didorong oleh gaya F sebesar 480 N seperti terlihat pada gambar berikut!


Tentukan :
a) Percepatan gerak kedua balok
b) Gaya kontak antara balok A dan B

Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok
Tinjau Sistem :
Gaya-gaya pada kedua benda (disatukan A dan B) terlihat pada gambar berikut:


Σ F = ma
F − W sin 37^o = ma
480 − (40 + 20)(10)(0,6) = (40 + 20) a
a = ¹²⁰/₆₀ = 2 m/s²

b) Gaya kontak antara balok A dan B

Cara pertama, tinjau balok A
Gaya-gaya pada balok A terlihat pada gambar berikut :



Σ F = ma
F − W_A sin 37^o − F_kontak = m_A a
480 − (40)(10) (0,6) − F_kontak = (40)(2)
480 − 240 − 80 = F_kontak
F_kontak = 160 Newton

Cara kedua, tinjau benda B



Σ F = ma
F_kontak − W_B sin 37^o = m_B a
F_kontak − (20)(10)(0,6) =(20)(2)
F_kontak = 40 + 120 = 160 Newton

Soal No. 7



Balok A beratnya 100 N diikat dengan tali mendatar di C (lihat gambar). Balok B beratnya 500 N. Koefisien gesekan antara A dan B = 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai = 0,5. Besarnya gaya F minimal untuk menggeser balok B adalah....newton
A. 950
B. 750
C. 600
D. 320
E. 100
(Sumber Soal : UMPTN 1993)

Pembahasan
f_AB → gaya gesek antara balok A dan B
f_BL → gaya gesek antara balok B dan lantai

f_AB = μ_AB N
f_AB = (0,2)(100) = 20 N

f_BL = μ_BL N
f_BL = (0,5)(100 + 500) = 300 N

Tinjau benda B



Σ F_x = 0
F − f_AB − f_BL = 0
F − 20 − 300 = 0
F = 320 Newton

Soal No. 8
Benda pertama dengan massa m₁ = 6 kg dan benda kedua dengan massa m₂ = 4 kg dihubungkan dengan katrol licin terlihat pada gambar berikut !



Jika lantai licin dan m₂ ditarik gaya ke kanan F = 42 Newton, tentukan :
a) Percepatan benda pertama
b) Percepatan benda kedua
c) Tegangan tali T

Pembahasan
a) Percepatan benda pertama
Hubungan antara percepatan benda pertama (a₁) dan percepatan benda kedua (a₂) adalah:
a₁ = 2a₂
atau
a₂ = ¹/₂a₁

Tinjau m₂



F − 2T = m₂a₂
42 − 2T = 4a₂
42 − 2T = 4(¹/₂)a₁
42 − 2T = 2a₁     (Pers. 1)

Tinjau m₁



T = m₁a₁
T = 6 a₁    (Pers. 2)

Gabung Pers. 1 dan Pers. 2
42 − 2T = 2a₁
42 − 2(6a₁) = 2a₁
42 = 14 a₁
a₁ = ⁴²/₁₄ = 3 m/s²

b) Percepatan benda kedua
a₂ = ¹/₂a₁
a₂ = ¹/₂(3) = 1,5 m/s²

c) Tegangan tali T
T = 6a₁ = 6(3) = 18 Newton

Soal No. 9
Massa A = 4 kg, massa B = 6 kg dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F = 40 N ke kanan dengan sudut 37^o terhadap arah horizontal!



Jika koefisien gesekan kinetis kedua massa dengan lantai adalah 0,1 tentukan:
a) Percepatan gerak kedua massa
b) Tegangan tali penghubung antara kedua massa

Pembahasan
Tinjauan massa B :



Nilai gaya normal N :
Σ F_y = 0
N + F sin 37^o = W
N + (40)(0,6) = (6)(10)
N = 60 − 24 = 36 N

Besar gaya gesek :
f_gesB = μ_k N
f_gesB = (0,1)(36) = 3,6 N

Hukum Newton II:
Σ F_x = ma
F cos 37^o − f_gesB − T = ma
(40)(0,8) − 3,6 − T = 6 a
28,4 − T = 6 a → (persamaan 1)

Tinjauan gaya-gaya pada massa A



Σ F_x = ma
T − f_gesA = ma
T − μ_k N = ma
T − μ_k mg = ma
T − (0,1)(4)(10) = 4 a
T = 4a + 4 → Persamaan 2

Gabung 1 dan 2
28,4 − T = 6 a
28,4 − ( 4a + 4) = 6 a
24,4 = 10a
a = 2,44 m/s²

b) Tegangan tali penghubung antara kedua massa
T = 4a + 4
T = 4(2,44) + 4
T = 13,76 Newton

Soal No. 10
Diberikan gambar sebagai berikut!



Jika massa katrol diabaikan, tentukan:
a) Percepatan gerak kedua benda
b) Tegangan tali penghubung kedua benda

Pembahasan
Tinjau A



Σ F_x = ma
T − W_A sin 37^o = m_A a
T − (5)(10)(0,6) = 5 a
T − 30 = 5a → (Persamaan 1)

Tinjau B



Σ F_x = ma
W_B sin 53^o − T = m_B a
(10)(0,8) − T = 10 a
T = 80 − 10 a → (Persamaan 2)

Gabung 1 dan 2
T − 30 = 5a
(80 − 10 a) − 30 = 5 a
15 a = 50
a = ⁵⁰/₁₅ = ¹⁰/₃ m/s²

b) Tegangan tali penghubung kedua benda
T − 30 = 5a
T − 30 = 5( ¹⁰/₃)
T = 46,67 Newton

Soal No. 11
Diberikan gambar sebagai berikut:



Massa balok A = 6 kg, massa balok B = 4 kg. Koefisien gesekan kinetis antara balok A dengan B adalah 0,1 dan koefisien gesekan antara balok A dengan lantai adalah 0,2. Tentukan besar gaya F agar balok A bergerak lurus beraturan ke arah kanan, abaikan massa katrol!

Pembahasan
Tinjau B



Benda bergerak lurus beraturan → a =0
Σ F_x = 0
T − f_BA =0
T = f_BA = μ_BA N = μ_BA mg= (0,1)(4)(10) = 4 N

Tinjau A



Σ F_x = 0
F − T − f_AB − f_AL = 0
dengan f_AL = μ_AL N = (0,2)(10)(10) = 20 N
(Gaya normal pada A adalah jumlah berat A ditambah berat B, karena ditumpuk)
Sehingga :
F − 4 − 4 − 20 = 0
F = 28 Newton

Soal No. 12
Sebuah elevator bermassa 400 kg bergerak vertikal ke atas dari keadaan diam dengan percepatan tetap 2 m/s². Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s² , maka tegangan tali penarik elevator adalah....
A. 400 newton
B. 800 newton
C. 3120 newton
D. 3920 newton
E. 4720 newton
(Sumber Soal : Proyek Perintis I 1981)

Pembahasan



Σ F_y = ma
T − W = ma
T − (400)(9,8) =(400)(2)
T = 800 + 3920 = 4720 Newton

Soal No. 13
Dari soal nomor 12, tentukan tegangan tali penarik elevator jika gerakan elevator adalah ke bawah!

Pembahasan
Elevator bergerak ke bawah :
Σ F_y = ma
W − T = ma
(400)(9,8) − T = (400)(2)
T = 3920 − 800 = 3120 Newton

Soal No. 14
Perhatikan susunan dua buah benda berikut ini:



Koefisien gesekan kinetis antara massa pertama dengan lantai adalah 0,1 , massa benda pertama = 4 kg dan massa benda kedua 6 kg. Tentukan :
a) Percepatan gerak benda pertama
b) Percepatan gerak benda kedua

Pembahasan
a) Percepatan gerak benda pertama
Hubungan percepatan benda pertama dan benda kedua adalah :
a₁ =2a₂
atau
a₂ = ¹/₂a₁

Tinjau benda pertama



Σ F_x = m₁a₁
T − f = 4 a₁
T − μ_k N = 4a₁
T − (0,1)(4)(10) = 4 a₁
T = 4a₁ + 4 → Persamaan 1

Tinjau benda kedua



Σ F_y = m₂a₂
W − 2T = (6)(¹/₂ a₁)
60 − 2T = 3a₁ → Persamaan 2

Gabung Persamaan 2 dan Persamaan 1
60 − 2T = 3 a₁
60 − 2(4a₁ + 4) = 3a₁
60 − 8a₁ − 8 = 3a₁
52 = 11a₁
a₁ = ⁵²/₁₁ m/s²

b) Percepatan gerak benda kedua
a₂ = ¹/₂ a₁
a₂ = ¹/₂ ( ⁵²/₁₁ ) = ²⁶/₁₁ m/s²

Soal No. 15
Balok m bermassa 10 kg menempel pada dinding kasar dengan koefisien gesekan kinetis 0,1. Balok mendapat gaya horizontal F₂ = 50 N dan gaya vertikal F₁ .



Tentukan besar gaya vertikal F₁ agar balok bergerak vertikal ke atas dengan percepatan 2 m/s² !

Pembahasan
Tinjauan gaya yang bekerja pada m :



Σ F_x = 0
N − F₂ = 0
N − 50 = 0
N = 50 Newton

Σ F_y = ma
F₁ − W − f = ma
F₁ − mg − μ_k N = ma
F₁ − (10)(10) − (0,1)(50) = 10(2)
F₁ = 20 + 100 + 5 = 125 Newton

Soal Latihan

Soal Latihan No.1
Benda bermassa 4 kg diberi kecepatan awal 10 m/s dari ujung bawah bidang miring seperti gambar.



Benda mengalami gaya gesek dari bidang sebesar 16 N dan sinα =0,85. Benda berhenti setelah menempuh jarak
(A) 3 m
(B) 4 m
(C) 5 m
(D) 6 m
(E) 8 m
(Sumber Soal : UM UGM 2009)

Soal Latihan No. 2
Lima buah benda (sebutlah balok), masing-masing bermassa 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg dan 6 kg, dihubungkan dengan tali-tali tanpa massa (halus), lalu ditarik mendatar di atas lantai dengan gaya sebesar 40 N seperti gambar di bawah.



Koefisien gesek antara masing-masing benda dan lantai 0,1, percepatan gravitasi 10 m/s². Tentukan besar tegangan tali penghubung benda :
a) 2 kg dan 3 kg
b) 4 kg dan 5 kg
(Sumber gambar : UM UGM 2008) 

Soal dinamika UN

(1) UN Fisika 2008 P4 No. 7
Sebuah benda diam ditarik oleh 3 gaya seperti gambar .

Berdasar gambar diatas , diketahui:
(1) percepatan benda nol
(2) benda bergerak lurus beraturan
(3) benda dalam keadaan diam
(4) benda akan bergerak jika berat benda lebih kecil dari gaya tariknya
Pernyataan yang benar adalah....
A. (1) dan (2) saja
B. (1) dan (3) saja
C. (1) dan (4)
D. (1), (2) dan (3) saja
E. (1), (2), (3) dan (4)

 (2) UN Fisika 2009 P04 No. 5
Perhatikan gambar disamping.



Jika koefisien gesek kinetik antara balok A dan meja 0,1 dan percepatan gravitasi 10 ms⁻² maka gaya yang harus diberikan pada A agar sistem bergerak ke kiri dengan percepatan 2 ms⁻² adalah....
A. 70 N
B. 90 N
C. 150 N
D. 250 N
E. 330 N

(3) UN Fisika 2009 P45 No. 7
Sebuah balok massa 5 kg dilepas pada bidang miring licin seperti pada gambar! (g =10 m.s ⁻² dan tg 37 ^o = 3/4)



Percepatan balok adalah ...
A. 4,5 m.s⁻²
B. 6,0 m.s⁻²
C. 7,5 m.s⁻²
D. 8,0 m.s⁻²
E. 10,0 m.s⁻²

(4) UN Fisika 2010 P37 No. 11
Perhatikan gambar di samping! Gesekan tali dan katrol diabaikan. Jika massa m₁ = 5 kg, g = 10 m.s⁻² dan m₁ bergerak ke bawah dengan percepatan 2,5 m.s⁻², maka berapakah massa m₂?



A.  0,5 kg
B.  1 kg
C.  1,5 kg
D.  2 kg
E.  3 kg

(5) UN Fisika 2010 P04 No. 4
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 ms^-2 maka percepatan benda B adalah….



A. 8,0 ms⁻²
B. 7,5 ms⁻²
C. 6,0 ms⁻²
D. 5,0 ms⁻²
E. 4,0 ms⁻²

(6) UN Fisika 2011 P12 No. 8
Dua benda bermassa 2 kg dan 3 kg diikat tali kemudian ditautkan pada katrol yang massanya diabaikan seperti gambar. Bila besar percepatan gravitasi 10 m.s⁻², gaya tegangan tali yang dialami sistem adalah....


A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N

(7) UN Fisika 2012 A86 No. 5
Jika permukaan meja licin dan massa katrol diabaikan, maka sistem benda akan bergerak dengan percepatan sebesar....



A. 5 ms⁻²
B. 10 ms⁻²
C. 16 ms⁻²
D. 25 ms⁻²
E. 40 ms⁻²

(8) UN Fisika 2012 A86 No. 6
Berapakah besar gaya normal yang dialami oleh balok bermassa 3 kg (g = 10 m/s²) pada gambar di samping ini?



A. 44 N
B. 42 N
C. 30 N
D. 16 N
E. 14 N

(9) UN Fisika 2013 - No. 8 Hukum Newton Tegangan Tali
Balok A dan B dihubungkan dengan tali melalui katrol (massa katrol diabaikan) di bidang datar licin seperti gambar.



Tegangan tali (T) dapat dirumuskan sebagai….

A.
B.
C.
D.
E.

Read more: http://fisikastudycenter.com/bank-soal-un/174-un-fisika-dinamika-gerak-lurus#ixzz2h379aCW2