- Jika Anda menemui soal cerita terkait sebuah benda yang ditarik dan didorong oleh beberapa gaya, maka itu termasuk dalam Hukum Newton Hukum Newton II, yakni "Percepatan yang dialami sebuah benda, sebanding dengan resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut, dan berbanding terbalik dengan massa bendanya." Berikut contoh soal dan pembahasan terkait soal cerita gaya newton berarah. Contoh soal 1 tangkapan layar contoh soal fisika balok diberi gaya yang arah dan besarnya seperti pada gambar di atas. Jika massa balok adalah 25 kg. Maka berapakah percepatan balok? Baca juga Hukum Newton dan Contoh Penerapannya Jawab Diketahui F ke arah kiri 8N + 8N = 16N F ke arah kanan 4N + 4N = 8N Resultan gaya F kiri - F kanan = 8N ke kiri Massa 25 kg Ditanyakan Percepatan a ...? Pembahasan
Sebuahbalok bermassa 4 kg didorong oleh suatu gaya konstan horizontal sebesar 40 N. Balok bergerak di sepanjang lantai mendatar kasar dengan laju sebagai fungsi waktu seperti pada grafik di atas. Jika percepatan gravitasi 10 m/s 2, nilai koefisien gesekan kinetik antara balok dan lantai adalah . A. 0,1 B. 0,2 C. 0,3 D. 0,4 E. 0,5 Rumus gaya gesek di dalam ilmu fisika biasanya digunakan untuk menghitung koefisien gesekan statis atau kinetis. Materi ini dibahas berbarengan dengan cabang materi lainnya seperti Hukum Newton dan sebagainya. Gaya bisa berarti suatu dorongan atau tarikan yang akan menggerakkan benda bebas. Gaya erat kaitannya dengan Hukum Newton. Sebab, pada rumus gaya yang berbunyi “massa dikali percepatan” sama dengan Newton. Newton sendiri adalah satuan SI turunan dengan lambang N. Singkatnya, Newton merupakan satuan dari gaya. Konsep gaya dapat berupa interaksi apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami perubahan gerak. Gaya bisa dibedakan berdasarkan jenisnya. Salah satu jenis gaya yang sering diterapkan pada aktivitas sehari-hari adalah gaya gesek. Definisi Gaya Gesek Secara sederhana konsep gaya gesek adalah dipengaruhi oleh dua permukaan benda yang saling bertemu. Gaya gesek merupakan bentuk gaya yang saling berlawanan dengan suatu gerak benda. Menurut penjelasan yang ada di buku Dunia IPA, disebutkan kalau gaya gesek bisa terjadi karena adanya benda-benda yang saling bersentuhan. Gaya gesek termasuk ke dalam gaya kontak sentuh karena melibatkan pertemuan antara satu objek dengan objek lainnya. Baca Juga Timbulnya gaya gesek pada benda-benda yang bersentuhan tidak sama besar nilainya. Gaya gesek bisa semakin besar kalau permukaan suatu objek sangat kasar. Hal ini pun berlaku sebaliknya apabila permukaan benda tersebut sangat halus. Artinya, besar kecilnya gaya gesek pada sebuah benda sangat dipengaruhi oleh kasar-licinnya permukaan benda yang bergesekan. Advertising Advertising Mengutip dari buku berjudul IPA Terpadu Biologi, Kimia, Fisika, definisi lain dari gaya gesek adalah gaya yang melawan gerak benda pada suatu permukaan. Berdasarkan penjelasan ini, setidaknya ada beberapa sifat-sifat gaya gesek yang antara lain meliputi Rumus gaya gesek tidak bisa menggerakan benda. Besarnya gaya gesek sangat bergantung pada kekasaran dua benda yang bergesekan. Arah gaya gesek selalu berlawanan. Sehingga gaya gesek akan menghambat pergerakan benda. Rumus gaya gesek selalu dipengaruhi arah kecenderungan benda bergerak. Ini mengingat gaya gesek merupakan gaya yang berarah melawan gerak benda. Contoh gaya gesek yang bisa ditemui di kehidupan sehari-hari contohnya seperti ketika seseorang mendorong sebuah meja. Jika meja tersebut didorong pada permukaan yang begitu kasar, maka gaya geseknya akan semakin besar. Sedangkan, kalau permukaannya halus atau meja itu memiliki roda di bawahnya maka gaya geseknya menjadi lebih kecil. Jenis-jenis Gaya Gesek Gaya gesek dan rumus gaya gesek umumnya melibatkan dua permukaan benda yang bersentuhan. Gaya gesek yang melawan atau juga menahan gaya tarik/dorong ini besarannya berbeda-beda. Di dalam ilmu fisika, yang disebut gaya gesek adalah ketika dua buah benda bersentuhan. Benda atau objek tersebut bisa berbentuk padat, gas, dan cair. Bentuk gaya ini juga merupakan kumpulan akumulasi interaksi mikro antara kedua permukaan yang bersentuhan itu. Baca Juga Hingga saat ini ada dua jenis gaya gesek yang diketahui. Pertama adalah gaya gesek kinetis dan kedua yaitu gaya gesek statis. Untuk lebih jelasnya simak penjelasan lengkapnya berikut ini Gaya Gesek Kinetis Secara harfiah yang dimaksud dengan gesekan yang terjadi saat suatu benda bergerak. Contohnya bisa dilihat saat sebuah roda mobil dan motor sedang melaju di jalan raya. Sejumlah pendapat menyatakan kalau gaya gesek kinetis akan selalu lebih kecil daripada gaya gesek statis. Sebagaimana dijelaskan dalam salah satu artikel di gaya gesek kinetis bekerja pada benda yang sedang bergerak. Gaya gesek yang bekerja ketika permukaan kontak saling bergeser tentunya sangat berlawanan dengan gaya gesek statis. Rumus gaya gesek kinetis dapat dinyatakan seperti ini Keterangan fk besar gaya gesek kinetis N μk koefisien gesek kinetis N N gaya normal N Jika melihat dari rumus gaya gesek kinetis di atas, nilai gaya gesek jenis ini merupakan hasil perkalian koefisien geseknya dengan gaya normal suatu objek. Seperti dijelaskan sebelumnya, koefisien gesek selalu lebih kecil dari koefisien gesek statis untuk material yang sama. Gaya Gesek Statis Gaya gesek statis bekerja pada benda-benda yang diam. Karena bekerja pada benda dalam kondisi diam, besar gaya gesek statis merupakan hasil antara koefisien gesek statis dengan gaya normal benda. Koefisien gesek merupakan besaran yang bergantung pada kekasaran kedua permukaan bidang yang bersentuhan Pada umumnya, koefisien gaya gesek statis akan lebih besar ketimbang gaya gesek kinetis. Untuk rumus gaya gesek ini bisa dinyatakan sebagai berikut Keterangan fs merupakan besar gaya gesek statis N μs koefisien gesek statis N N gaya normal N Rumus Gaya Gesek Dalam buku Gerak dan Gaya 2022 yang ditulis oleh Bayu Sapta Hari, gaya gesek dibedakan menjadi gaya gesek statis dan kinetis. Besarnya dapat dinyatakan oleh rumus gaya gesek sebagai berikut Selain uraian di atas berikut rincian tentang rumus gaya gesek statis dan dinamis Gaya gesek statis fs = μs x N Gaya gesek kinetis fk = μk x N Contoh Soal dan Cara Menghitung Rumus Gaya Gesek Setelah memahami rumus gaya gesek, biasanya pembahasan selanjutnya adalah berlatih untuk mengerjakan soal yang berkaitan dengan rumus gaya gesek. Baca Juga Mengutip situs dan sumber lainnya, di bawah ini ada beberapa contoh soal rumus gaya gesek Contoh soal 1 Terdapat sebuah balok bermassa 20 kg terletak di atas lantai kasar. Diketahui bahwa μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik dengan gaya sebesar 160 N secara mendatar. Tentukan gaya gesek yang dialami balok! Cara mengerjakannya Diketahui m = 20 kg μs = 0,6 μk = 0,3 F = 160 N Ditanya f? Jawab Besar gaya normal N FY = 0 N – w = 0 N = w N = mg N = 2010 N = 200 N Mencari gaya gesek statis fs = μs x N fs = 0,6 x 200 fs = 120 N Karena F > fs maka balok tersebut bergerak. Maka gaya gesek kinetis nya fk = μk x N fk = 0,3200 fk = 60 N Gaya gesek yang bekerja pada balok tersebut adalah 60 N. Contoh soal 2 Suatu benda bermassa 50 kg berada pada bidang datar. Pada benda, gaya yang bekerja 200 N mendatar. Berapa percepatan pada benda itu kalau bidang itu licin dan bidang kasar dengan koefisien gesek = 0,3 g = 10 m/s2? Cara mengerjakannya Diketahui m = 50 kg μ = 0,3 F = 200 N g = 10 m/s2 Ditanya percepatan benda jika bidang licin dan percepatan benda jika bidang kasar μ = 0,3. Jawab Bidang licin F = maka a = F/m = 200/50 = 4 m/s Jadi, percepatan jika bidang licin = 4 m/s2. Bidang kasar μ = 0,3 N = w = mg = 50 x 10 = 500 N Fgesek = μ N = 0,3 x 500 = 150 N Ftotal = F – Fgesek = 200 – 150 = 50 N a = Ttotal/m = 50/50 = 1 m/s Jadi, percepatan jika bidang kasar = 1 m/s2. Itulah beberapa contoh soal yang bisa dijadikan sebagai referensi. Namun, karena materi rumus gaya gesek berkaitan dengan Hukum Newton dan materi lainnya. Maka ada baiknya secara keseluruhan materi tersebut dipahami serta dipelajari terlebih dahulu. Manfaat Penerapan Rumus Gaya Gesek di Kehidupan Sehari-hari Mengutip dari buku Dunia IPA, gaya gesek dapat memberikan manfaat dan kerugian dalam kehidupan sehari-hari. Manfaat penerapan rumus gaya gesek yang kita peroleh misalnya menghasilkan panas, daya kikis, dan daya hambat. Sementara kerugiannya dapat menimbulkan kerusakan pada bagian-bagian mesin dan pemborosan energi. Lebih lanjut berikut manfaat penerapan rumus gaya gesek di kehidupan sehari-hari Gaya gesek dapat mengikis benda, contohnya gaya gesek yang ditimbulkan ampelas terhadap kayu membuat kayu menjadi halus. Gaya gesek mencegah benda tergelincir, misalnya gaya gesek antara alas sepatu dengan lantai membuat seseorang tidak tergelincir. Tanpa ada gaya gesek, dia tidak dapat berjalan karena lantai licin. Gaya gesek menghasilkan panas, misalnya gaya gesek dapat menghangatkan badan ketika seseorang menggosokkan kedua belah tangannya. Pengertian Gaya. Gaya merupakan suatu besaran yang menyebabkan suatu benda menjadi dapat bergerak. Gaya merupakan dorongan atau tarikan yang akan mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda. Gaya memiliki nilai dan arah, oleh karenanya gaya adalah besaran yang mengikuti aturan- aturan penjumlahan vector. Dalam satuan Sistem Internasional SI, percepatan gravitasi dinyatakan dalam m/s2. Percepatan gravitasi di suatu tempat pada permukaan bumi sebesar g = 9,80 m/s2. Satuan Percepatan Gravitasi dapat dinyatakan dalam N/kg, di mana g = 9,80 m/s2, atau g = 9,80 N/kg. Hal ini berarti, sebuah benda yang massanya 1 kg di permukaan bumi memiliki berat sebesar w = 1 kg × 9,80 m/s2 = 9,80 N Gaya Berat Gaya berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda yang memiliki massa m. Arah gaya berat selalu mengarah ke pusat bumi. Contoh Gambar Persamaan Rumus Gaya Berat Pada Benda Gaya berat yang bekerja pada suatu benda dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut w = dengan kerterangan w = gaya berat, N m = massa benda, kg g =percepatan gravitasi, m/s2 Jadi, gaya berat w yang dialami suatu benda nilainya sama dengan perkalian antara massa m benda tersebut dengan percepatan gravitasi g di tempat itu. Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Gaya Berat Jika percapatan gravitasi di kota Bandung adalah 10 m/s2, maka berapakah berat benda yang bermassa 10 kg di Bandung… Penyelesaian Diketahui m = 10 kg g = 10 m/s2 Jawab w = w = 10 x 10 w = 100 N jadi berat benda tersebut di kota Bandung adalah 100 Newton. Gaya Normal. resultan gaya pada sebuah benda yang tetap diam adalah nol. Sehingga pasti ada gaya lain pada benda tersebut untuk mengimbangi gaya gravitasi. Gambar Contoh Peramaan Rumus Gaya Normal Benda Untuk sebuah benda yang diam di atas sebuah bidang datar, maka bidang tersebut akan memberikan gaya yang arahnya ke atas. Gaya yang diberikan oleh bidang ini sering disebut dengan gaya sentuh, karena terjadi jika dua benda bersentuhan. Ketika gaya sentuh tegak lurus terhadap permukaan bidang sentuh, gaya itu biasa disebut dengan gaya normal N “normal” berarti tegak lurus. Gaya normal N adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Kedua gaya yang ditunjukkan pada Gambar, bekerja pada benda yang tetap dalam keadaan diam, sehingga jumlah vektor kedua gaya ini pastilah nol. Dengan demikian, w dan N harus memiliki besar yang sama dan berlawanan arah. Untuk permukaan bidang yang datar, besarnya gaya normal sama dengan gaya berat, hal ini dikarenakan gaya normal dan gaya berat merupakan pasangan aksi reaksi. Besarnya gaya normal yang bekerja pada suatu benda pada permukaan bidang datar dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut N – w =0 N = w N = m. g Sedangkan, untuk permukaan bidang miring, besarnya gaya normal dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut N – w cos α =0 N = w cos α N = m. g cos α Dengan keterangan N = gaya normal, N m = massa benda, kg g = percepatan gravitasi, m/s2 α= kemiringan bidang permukaan Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Normal Benda bermassa 5 kg terletak diam di atas sebuah bidang. Tentukanlah gaya normal yang bekerja pada benda jika bidang tersebut datar, dan membentuk sudut 30° terhadap bidang datar. Penyelesaian m = 10kg g = 10m/s2 Jawab Pada benda bekerja gaya berat w = mg = 5 kg10 m/s2 w = 50 N dan Besar gaya normal, N. Karena benda diam, sesuai dengan Hukum Pertama Newton, maka resultan gayanya harus sama dengan nol maka F = 0 N – w = 0 N = w = 50 N. Untuk mendapatkan besar gaya normal, maka uraikan berat w ke sumbu-y sumbu-y berimpit dengan N. Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Normal Pada sumbu-y benda diam maka wy = w cos 30° wy= 501/2Ö 3 wy = 25 √3 N. atau wy= 43,3 N Pada sumbu-y benda posisi diam, maka Fy=0 N – wy = 0 Sehingga diperoleh N – wy = 43,3 N Gaya Gesekan Gaya gesek adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis. Persamaan Rumus Gaya Gesekan Statis Kinetik Gaya Gesek Statis Gaya gesek statis fs adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. Dan Selama benda masih diam berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol hukum I Newton. Jadi, selama benda masih diam gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda tersebut. Besar gaya gesek statis mencapai nilai maksimum ketika benda tepat akan bergerak. Secara matematis gaya gesekan dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut. fs,maks = ms .N Keterangan N = Gaya normal, N fs =gaya gesekan statis maksimum N ms = koefisien gesekan statis Gaya Gesek Kinetik Gaya gesek kinetis fk adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor. Perbandingan antara gaya gesekan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya gesekan kinetis mk. Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut. fk = mk .N Dengan Keterangan N = gaya normal, N fk = gaya gesekan kinetis N mk = koefisien gesekan kinetis Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesekan Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar kasar. μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik gaya sebesar F mendatar. g = 10 m/s2. Tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika a. gaya tarik F = 100 N dan b. gaya tarik F = 140 N Penyelesaian m = 20 kg μs = 0,6 μk = 0,3 g = 10 m/s2 Gaya normal N memenuhi N = w = = 200 N Pengaruh gaya F dapat diketahui dengan menghitung dahulu gaya gesek pada balok fs max.= μs . N fs max. = 0,6 . 200 = 120 N Jika balok ditarik degan gaya F = 100 N, maka F fs max berarti balok bergerak. Gaya geseknya adalah gaya gesek kinetik, yaitu sebesar fk = μk N fk = 0,3 . 200 = 60 N Percepatan balok dapat ditentukan dengan menggunakan hukum II Newton yaitu sebagai berikut. F = m a F − fk = m . a 140 − 60 = 20 a a = 4 m/s2 Gerak Benda pada Bidang Datar Pada gambar terlihat bahwa Sebuah benda berbentuk balok diletakan di atas bidang datar dengan permukaan yang licin. Balok kemudin diberi gaya sebesar F arah mendatar. Gaya ini menyebabkan balok bergerak lurus dengan percepatan a. Persamaan Gaya Gerak Benda Pada Bidang Datar Gaya gaya yang bekerja pada sumbu-y adalah ∑Fy=N – w Benda tidak bergerak pada sumbu-y, maka ∑Fy=0 atau ∑Fy=N – w = 0 atau N = w = Sedangkan gaya yang bekerja pada sumbu-x adalah ∑Fx= atau F = atau a=/F/m Dengan keterangan a = percepatan m/s2 F = gaya, N m = massa, kg Contoh Soal Perhitungan Rumus Gerak Benda pada Bidang Datar Pada permukaan bidang datar yang licin, artinya tidak ada gaya gesekan yang bekerja anatara benda dengan bidang. Sebuah benda bermassa 4 kg terletak di atas bidang tersebut. Benda diberi gaya mendatar sebesar 10 N. Hitunglah percepatan benda tersebut Diketahui m = 4 kg F = 10 N a=F/m = 10/4 a = 2,5 m/s2 Gerak Benda Pada Bidang Miring Sebuah benda memiliki gaya beart w = diletakan di atas permukaan licin bidang miring yang membentuk sudut kemiringan a terhadap garis horizontal. Rumus Gaya Gerak Benda Pada Bidang Miring Gaya yang bekerja pada benda adalah gaya normal N yang memiliki arah tegak lurus terhadap bidang sentuh bidang miring Sumbu-x sejajar dengan bidang miring dan sumbu-y tegak lurus pada bidang miring. Komponen gaya berat pada sumbu-x wx = sin α Karena benda bergerak pada sumbu X gaya yang menyebabkan benda bergerak adalah gaya yang sejajar dengan bidang miring, maka percepatan yang dialami oleh benda adalah sebagai berikut. ∑Fx = m. a sin α = m. a atau a =g sin α komponen gaya berat pada sumbu-y wy= cos α Gaya yang bekerja pada sumbu-y adalah ∑Fy= N – wy ∑Fy= N – cos α Benda tidak bergerak pada sumbu-y, sehingga ∑Fy= 0 ∑Fy= N – cos α =0 N = cos α Dengan Keterangan N = gaya Normal N m = massa benda, kg α= sudut kemiringan g = percepatan graitasi m/s2 Contoh Soal Ujian Rumus Perhitungan Gerak Benda Pada Bidang Miring 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! Diketahui m = 6 kg s = 10 m α= 30° g = 10 ms-2 Ditanyakan a = …? t = …? Jawab 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°. Percepatan ditentukan dengan menggunakan hukum II Newton F = m × a w sin 30° = m × a m × g sin 30° = m × a 6 × 10 × 0,5 = 6 a a = 30/6 a= 5 ms-2 Jadi, balok tersebut meluncur ke bawah dengan percepatan 5 ms-2. Waktu t yang dibutuhkan sampai ke lantai menggunakan persamaan pada GLBB St= + ½ Karena v0 = 0, maka St= ½ t2 = 2x St/a t2 = 2 x10/5 t = 2 detik Jadi, waktu yang diperlukan balok untuk sampai ke lantai adalah 2 detik. Gerak Benda Orang Pada Tali Katrol dan Lift Dua buah benda balok A dan B dihubungkan dengan seutas tali melalui sebuah katrol yang licin dan massa katrol diabaikan. Apabila massa benda A lebih besar dari massa benda B mA > mB, maka benda A akan bergerak turun dan B akan bergerak naik. Karena massa katrol dan gesekan pada katrol diabaikan, maka selama sistem bergerak, besarnya tegangan pada kedua ujung tali adalah sama yaitu T. Selain itu, percepatan yang dialami oleh masing- masing benda adalah sama yaitu sebesar a. Gaya Gerak Benda Orang Pada Tali Katrol dan Lift Gaya -gaya yang searah dengan gerak benda diberi tanda positif +, sedangkan Gaya -gaya yang berlawanan arah dengan gerak benda diberi tanda negatif -. Resultan gaya yang bekerja pada benda balok A adalah FA = mA .a wA – T = Resultan gaya yang bekerja pada benda balok B adalah FB = T – wB = Berdasarkan persamaan Hukum II Newton dapat dinyatakan sebagai berikut F = wA – wB = + mA – mBg =mA + mBa a = g mA – mB/mA + mB dengan keterangan a = percepatan sistem m/s2 mA = massa benda A kg mB = massa benda B kg g = percepatan gravitasi setempat m/s2 Menentukan Tegangan Tali Katrol Besarnya tegangan tali katrol T dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan rumus berikut T = mA g – a atau T = mB a + g Contoh Soal Perhitungan Gaya Berat Benda Gerak Pada Lift Berat seseorang ketika diukur di atas lantai adalah 700N. kemudian orang tersebut turun menggunakan lift yang bergerak ke bawah dengan perepatan 4 m/s2. Jika percepatan gravitasi 10m/s2, berapakah berat orang di dalam lift tersebut. Contoh Soal Perhitungan Gaya Berat Benda Gerak Pada Lift Penyelesaian Diketahui w = 700N a = 4m/s2 g = 10 m/s2 Jawab. w = w = 700 N maka m = 70 kg Berat orang yang berada dalam lift bergerak sama dengan gaya normal yang diterimannya. Lift dipercepat ke bawah sehingga berlaku F = m a w − N = m a 700 − N = 70 x 4 N = 420 N jadi berat orang dalam lift yang begerak kebawah adalah 420 N Gerak Benda Kendaraan Mobil Pada Belokan Tikungan Contoh Soal Rumus Gerak Benda pada Belokan Tikungan Sebuah mobil bermassa 400 kg sedang melintasi belokan jalan yang melingkar dengan jari- jari 30 m. Jalan tersebut dirancang dengan kemiringan 370. Berapakah kecepatan maksimum yang diperbolehkan pada mobil itu? Contoh Soal Rumus Gerak Benda pada Belokan Tikungan Penyelesaian Diketahui m = 400 kg w = = 4000 N R = 30 m α = 37O Pada mobil yang bergerak melingkar harus memiliki gaya sentripetal sehingga dapat melintas dengan aman. Gaya gaya pada mobil itu dapat dilihat pada Gambar Mobil tidak bergerak vertikal berarti berlaku hukum I Newton pada arah vertikal sehingga diperoleh nilai N F = 0 N cos 37O − w = 0 N x 0,8 − 4000 = 0 N = 4000/0,8= 5000 N Sedangkan pada arah horisontal terdapat proyeksi N sin 370. Gaya inilah yang bertindak sebagai gaya sentripetal Fs sehingga berlaku Fs= N sin 370 = N sin 370 400 x v2/R = 5000x 0,6 v2=225 v =15m/s Daftar Pustaka Sears, – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung, Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa Bambang Soegijono, Jakarta. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika, Jakarta. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta. Gaya Benda Pengertian Gerak Bidang Datar Miring Tali Katrol Rumus Gaya Berat Normal Gesek Kinetik Contoh Soal Perhitungan Gayagesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas.Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan ilustrasi oleh Gaya gesek adalah suatu gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda bergerak. Gaya gesek ini sering kita lakukan tanpa disadari, contohnya saat kita berkendara dan sesampai tempat tujuan kita akan menghentikan sepeda motor tersebut. Pengertian Gaya GesekJenis-jenis Gaya GesekRumus Gaya GesekContoh Soal Gaya Gesek dan Pembahasan Gaya gesek adalah gaya yang berlawanan arah dengan arah gerak benda. Gaya ini terjadi karena sentuhan benda dengan bidang lintasan yang membuat gesekan antara keduanya saat benda akan mulai bergerak hingga benda bergerak. Besarnya gaya gesek ini berdasarkan kekasaran permukaan kedua bidang yang bersentuhan, sehingga semakin kasar permukaan suatu bidang maka nilai gaya geseknya akan semakin besar. Sesuai pada hukum I Newton, pada balok kayu yang terletak di atas meja bekerja gaya normal yang berlawanan arah dengan gaya berat. Jika sebuah arah gerak benda mendatar maka besarnya gaya normal N sama dengan berat benda w. Saat sebuah balok kayu ditarik dengan tali, gaya yang diperlukan dalam jumlah tertentu. Hal ini disebabkan karena adanya gaya gesekan antara permukaan balok dengan suatu permukaan meja yang arahnya berlawanan dengan arah gerak balok. Gaya gesekan Fg yang terjadi ketika benda belum bergerak disebut dengan gaya gesekan statis Fs, sedangkan pada suatu gaya gesekan yang terjadi sesudah benda bergerak disebut dengan gaya gesekan kinetis Fk. Jenis-jenis Gaya Gesek Terdapat dua jenis gaya gesek yaitu Gaya Gesek Statis dan Kinetis. Berikut penjelasannya Gaya Gesek Statis GGS Gaya Gesek Statis adalah gaya yang bekerja saat benda diam hingga tepat saat benda akan bergerak. Sebagai contoh, GGS dapat mencegah kamu untuk tergelincir dari tempat kamu berpijak. GGS juga dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring. Persamaan GGS fs = Perhatikan gambar diatas untuk melihat arah-arah gaya. Karena setiap benda yang diam hingga tepat akan bergerak memiliki nilai GGS, maka benda tidak akan bergerak jika gaya yang diberikan lebih kecil dari nilai GGS karena arah gaya yang diberikan dengan arah gaya gesek selalu berlawanan. Gaya Gesek Kinetis GGK Gaya gesek kinetis adalah gaya yang bekerja saat benda bergerak. Saat benda diam hingga tepat akan bergerak, gaya yang berkerja adalah GGS. Lalu, saat benda mulai bergerak maka gaya yang bekerja adalah GGK. Rumus Gaya Gesek Rumus gaya gesek statis Fs = µs N Keterangan Fs = Gaya gesek statis µs = Koofesien gesekan statis N = Gaya normal Rumus gaya gesek kinetis Fk = µk N Keterangan Fk = Gaya gesek kinetis µk = Koofesien gesekan kinetis N = Gaya normal µk < µsFg = Fs atau Fk Besarnya koefisien gesekan kinetis adalah tetap. Contoh Soal Gaya Gesek dan Pembahasan 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 balok tersebut ditarik dengan gaya F sebesar 40 N membentuk sudut 60o terhadap arah mendatar! Pembahasan Gaya-gaya yang bekerja pada benda diperlihatkan pada gambar di atas. Karena pada sumbu vertikal tidak ada gerak, maka berlaku FY = 0 Jawab Gaya normal N + F sin 60o – w = 0 N = w – F sin 60o N = mg – F sin 60o N = 10 kg10 m/s2 – 40 N ½ √3 N = 100 N – 20√3 N N = 65,36 N Gaya gesek statis fs = μs N fs = 0,465,36 N fs = 26,14 N Gaya tarik arah horizontal F = F cos 60o F = 40 N ½ F = 20 N Karena F < fs maka benda masih dalam keadaan diam. Oleh karena itu gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis sebesar fs = 26,14 N. 2. Sebuah balok es dengan massa 20 Kg tidak bergerak diatas lantai datar. Koefisien esekan statis benda tersebut sebesar µs = 0,4 dan koefisien gesekan kinetis nya sebesar µk = 0,3. Balok es tersebut dikenai gaya dengan ditarik sebesar 60 N dan membentuksudut 60o terhadap lantai. Maka berapa gaya gesek yang dialami balok es? Pembahasan Diketahui m = 20 Kgµs = 0,4µk = 0,3F = 60N Karena pada sumbu Y benda tidak bergerak maka ∑Y = 0 Jawab Gaya normal N + F. sin 60o– w = 0 N = w – F. sin 60o N = – F. sin 60o N = 20 Kg. 10m/s2 – 60. 1/2√3 / N = 200 – 52,2 N = 147,8N Gaya gesek statis fs = fs = 0,4. 147,8 N fs = 59,12 N Jadi gaya gesek yang dialami balok es tersebut sebesar 59,12N. 3. Balok kayu bermassa 100 kg diletakan di lantai dan ditarik dengan koefisien gesek statis kotak dengan lantai 0,5. Berapa besar gaya gesek statisnya? Pembahasan Diketahui m=100 kgμs =0,5g= 9,8 m/s² Jawab fs= μs . N = μs . = 0,5 . 100 kg . 9,8m/s² = 490 N Jadi, Besar gaya statis nya yaitu 490 N Demikian ulasan tentang gaya gesek baik pengertian, rumus, conoth soal beserta pembahasannya. Semoga bermanfaat! Referensi Sebuahbalok bermassa 50 gr bergerak sepanjang garis lurus pada permukaan mendatar akibat pengaruh gaya yang berubah-ubah terhadap kedudukan seperti ditunjukkan pada gambar. Hitunglah usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan balok sejauh 14 m! Pembahasan: Usaha adalah luas daerah dibawah grafik F-s (luas daerah yang diarsir)Apabila kita mendorong sebuah almari besar dengan gaya yang kecil, maka almari tersebut dapat dipastikan tidak akan bergerak bergeser. Lalu jika kita menggelindingkan sebuah bola di lapangan rumput, maka setelah menempuh jarak tertentu bola tersebut pasti berhenti. Mengapa ha-hal tersebut dapat terjadi? Almari susah digerakkan dengan gaya kecil dan bola yang menggelinding di lapangan rumput dapat berhenti itu karena pengaruh gaya gesek. Apa itu gaya gesek? Gaya gesek adalah gaya yang terjadi ketika dua permukaan benda saling bersentuhan atau bersinggungan. Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f friction. Jika pada sebuah benda bekerja gaya tertentu sehingga benda bergerak, maka arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah gerak benda. Untuk lebih jelasnya, perhatikan diagram gaya yang bekerja pada benda berikut ini. Dari gambar di atas, F adalah gaya yang menarik balok dan menyebabkan balok bergerak ke kanan, sedangkan f adalah gaya gesek yang arahnya berlawanan dengan gaya F dan gerak benda. Jadi, keberadaan gaya gesek ini akan menghambat laju benda yang bergerak sehingga menjadi berhenti pada suatu tempat. Dari penjelasan tersebut tentunya kalian telah paham bahwa jika kita mendorong almari yang besar dan almari tersebut tidak bergerak itu karena pada bagian dasar almari dan lantai bekerja gaya gesek yang arahnya berlawanan dengan arah gaya dorong kita. Sedangkan bola yang mula-mula bergerak di lapangan rumput kemudian berhenti, itu karena antara permukaan bola dan rumput timbul gaya gesek yang arahnya berlawanan dengan gerak bola sehingga lama kelamaan menyebabkan bola menjadi berhenti atau diam. Besarnya gaya gesek yang bekerja pada suatu benda dipengaruhi oleh dua faktor yaitu sebagai berikut. Tingkat kekasaran permukaan benda yang bersinggungan Bidang yang kasar mempunyai gaya gesekan lebih besar daripada bidang yang licin. Kasar dan licinnya bidang dinyatakan dengan suatu angka yang disebut koefisien gesek μ. Bidang kasar memiliki koefisien gesek yang besar, sedangkan bidang yang licin sempurna memiliki koefisien gesekan sama dengan nol. Dengan demikian, rentang nilai koefisien gaya gesek adalah sebagai berikut. Menurut kalian, besar mana nilai μ antara almari dengan lantai dan bola dengan lapangan rumput? Gaya normal Gaya gesekan berbanding lurus dengan gaya normal N. Sehingga rumus atau persamaan gaya gesek ditulis sebagai berikut. Dengan f dinyatakan dalam Newton. Persamaan 2 di atas menunjukkan bahwa gaya gesek tidak dipengaruhi oleh luas permukaan kedua bidang yang bersinggungan atau bersentuhan. Gaya gesek statis vs gaya gesek kinetis Menurut Leonhard Euler, dilihat dari gerakannya, gaya gesek dibagi menjadi dua macam, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Lalu tahukah kalian apa yang dimaksud dengan gaya gesek statik dan kinetik tersebut? 1. Gaya Gesek Statis Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam atau hampir bergerak. Jika gaya gesek bekerja pada benda yang diam maka disebut gaya gesek statis fs sedangkan apabila gaya gesek bekerja pada benda yang tepat akan bergerak, maka disebut gaya gesek statis maksimum fsmaks. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, besarnya gaya gesek bergantung pada kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersentuhan. Tingkat kekasaran ini dinyatakan dengan koefisien gesekan. Untuk benda diam, koefisien gesekan disebut koefisien gesekan statis, disimbolkan dengan μs. Selain tingkat kekasaran permukaan benda, besarnya gaya gesek statis juga dipengaruhi oleh besarnya gaya normal N yang diberikan bidang pada benda. Hukum I Newton menyatakan bahwa “jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan 0 nol maka benda yang diam akan terus diam dan benda yang bergerak akan cenderung bergerak”. Berdasarkan Hukum Newton tersebut, selama benda masih diam berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol. Dengan demikian, selama benda masih diam, gaya gesek statis selalu sama dengan gaya yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis, rumus gaya gesek statis dinyatakan sebagai berikut. Keterangan fs = gaya gesek statis N μs = koefisien gesek statis 2. Gaya Gesek Kinetis Ketika kalian menendang bola di atas tanah, bola akan menggelinding dengan kecepatan tertentu. Tetapi, semakin lama kecepatan bola semakin berkurang dan akhirnya berhenti. Bola dapat bergerak diakibatkan gaya dari tendangan gaya dorong. Namun, saat sedang bergerak, ada gaya yang menghambat gerak bola dan mengurangi kecepatannya. Gaya yang menyebabkan kecepatan bola semakin berkurang disebut gaya gesek kinetis. Jadi, gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak. Gaya gesek kinetis dilambangkan dengan fk. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor panas. Hubungan antara gaya gesek, koefisien gesek kinetis μk, dan gaya normal diberikan dalam persamaan berikut ini. Keterangan fk = gaya gesek kinetik N μk = koefisien gesek kinetik Berdasarkan hasil eksperimen, koefisien gesek statis lebih besar dari koefisien gesekan kinetis. Tabel berikut memperlihatkan contoh nilai koefisien gesekan statis dan koefisien gesekan kinetis dari pelbagai bidang yang bersentuhan. Tabel Koefisien Gesekan Permukaan Beberapa Benda Permukaan μs μk Persendian lengan manusia 0,01 0,01 Es pada es 0,10 0,03 Logam pada logam yang sudah dilumasi 0,15 0,07 Kayu pada kayu 0,40 0,20 Seng pada besi tuang 0,85 0,21 Baja pada baja 0,74 0,57 Karet pada beton kering 1,00 0,80 Sumber Sears & Zemansky, hal. 37 Perbedaan Gaya Gesek Statis dan Kinetis Dari penjelasan-penjelasan di atas, maka dapat kita identifikasi beberapa perbedaan karakteristik atau ciri antara gaya gesek statis dan kinetis, yaitu sebagai berikut. Gaya Gesek Statis Gaya Gesek Kinetis Bekerja pada benda yang diam atau tepat akan bergerak hampir bergerak Bekerja pada benda yang bergerak Rumus fs = μsN Rumus fk = μkN Nilai koefisien gesekan lebih besar Nilai koefisien gesekan lebih kecil Nilainya selalu berubah bergantung pada gaya F yang bekerja pada suatu benda Nilainya selalu tetap tidak bergantung pada kecepatan dan percepatan benda baik GLB maupun GLBB Nilai maksimum dicapai ketika benda tepat akan bergerak Tidak ada nilai maksimum Dari tabel perbedaan antara gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis di atas, kita ketahui bahwa bahwa koefisien gesekan kinetik selalu lebih kecil daripada koefisien gesekan statis μk > μs. Itulah sebabnya mengapa kita perlu mengerahkan gaya yang lebih besar saat mendorong benda dari keadaan diam dibandingkan dengan ketika benda sudah bergerak. Selain itu, besarnya gaya yang harus kita kerahkan bergantung pada keadaan dua permukaan bidang yang bergesekan. Hal ini disebabkan besarnya koefisien gesekan bergantung pada sifat alamiah kedua benda yang bergesekan, di antaranya kering atau basahnya dan kasar atau halusnya permukaan benda yang bergesekan. Sebagai contoh, ketika kita mendorong sepeda motor atau mobil yang diam, mula-mula terasa sangat berat. Namun ketika sepeda motor atau mobil mulai bergerak, maka kita merasakan sepeda motor atau mobil tersebut tidak seberat ketika sedang diam. Fenomen inilah yang menunjukkan mengapa gaya gesek statis selalu lebih besar dari gaya gesek kinetisnya. Hubungan gaya gesek statis, kinetis dan gerak benda Jika gaya F bekerja pada suatu benda maka ada empat kemungkinan, yaitu benda diam, benda tepat akan bergerak, dan benda bergerak dengan kecepatan tetap/konstan, dan benda bergerak dengan percepatan konstan. Hubungan antara gaya luar F, gaya gesek f dan gerak benda disajikan dalam tabel berikut ini. Gaya Luar vs Gaya Gesek Keadaan Benda Jika F fs maka f = fk Benda bergerak ● Jika F = fk maka benda mengalami GLB dan berlaku Hukum I Newton F = 0 ● Jika F > fk maka benda mengalami GLBB dan berlaku Hukum II Newton F – fk = ma Contoh soal gaya gesek statis dan kinetis 1. Sebuah buku bermassa 300 g diletakkan di atas meja. Jika buku diberi gaya luar sebesar 0,5 N dan koefisien gesekan statis antara buku dengan permukaan meja 0,2; berapakah gaya gesek statis maksimum yang terjadi antara buku dengan permukaan meja, dan apakah buku dapat bergerak? g = 10 m/s2. Penyelesaian Diketahui m = 300 g = 0,3 kg F = 0,5 N g = 10 m/s2 μs = 0,2 Ditanyakan fs maks Jawab Untuk mempermudah dalam pengerjaan soal, kita gambarkan objek beserta diagram gayanya seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut ini. Berdasarkan Hukum II Newton, maka resultan gaya yang bekerja pada sumbu-Y adalah sebagai berikut. FY = ma Karena buku tidak bergerak dalam arah vertikal maka a = 0 sehingga FY = 0 N – w = 0 N = w N = mg ……………...… Pers. a Untuk mencari gaya gesek statis, kita dapat menggunakan persamaan fs maks = μsN ………… Pers. b masukkan nilai N pada persamaan a ke persamaan b sehingga diperoleh fs maks = μsmg fs maks = 0,2 × 0,3 × 10 fs maks = 0,6 N Jadi, besarnya fs maks adalah 0,6 N. Karena fs maks > F, maka buku tidak bergerak alias diam. 2. Seorang siswa mendorong balok kayu yang beratnya 40 N di atas lantai. Koefisien gesekan statik antara balok dengan lantai μs adalah 0,5 dan koefisien gesek kinetik μk 0,3. Tentukan Besar gaya yang diberikan siswa tersebut agar balok tepat akan bergerak. Gaya gesek balok dengan lantai pada saat balok diam. Gaya yang diberikan siswa, jika balok bergerak dengan percepatan 2,5 m/s2 dan percepatan gravitasi 10 m/s2 Penyelesaian Diketahui w = 40 N μs = 0,5 μk = 0,3 Ditanyakan a F agar benda tepat akan bergerak b fs dan fk c F jika a = 0,5 m/s2 Jawab Gaya-gaya yang bekerja pada balok tersebut dapat digambarkan sebagai berikut. Dari gambar diagram gaya yang bekerja pada balok di atas, maka kita ketahui bahwa gaya normal sama dengan gaya berat balok. N = w = 40 N Agar balok tepat akan bergerak maka F = fs maks F = μsN F = 0,540 F = 20 N Jadi, gaya yang harus diberikan agar balok tepat akan bergerak adalah 20 Newton. Pada saat balok diam, gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis, yaitu sebesar 20 N. Pada saat bergerak, gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetis. fk = μkN fk = 0,340 fk = 12 N Dengan demikian, gaya total yang bekerja pada balok ditentukan dengan menggunakan persamaan Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut. Fx = ma F – fk = ma F = ma + fk F = w/ga + fk F = 40/102,5 + 12 F = 42,5 + 12 F = 10 + 12 F = 22 N Jadi, gaya yang diberikan siswa pada balok adalah 22 Newton.fs = F = 100 N dan percepatannya adalah. a = 0. Jika balok diberi gaya Tarik sebesar F = 140 N, maka. F > f s max berarti balok bergerak. Gaya geseknya adalah gaya gesek kinetik, yaitu sebesar: f k = μ k N. f k = 0,3 . 200 = 60 N. Percepatan balok dapat ditentukan dengan menggunakan hukum II Newton yaitu sebagai berikut. ΣF = m a. F − f k Squad, jika kamu ditanya pelajaran apa yang paling susah untuk kamu kerjakan di SBMPTN pasti Fisika menjadi salah satunya bukan? Eits jangan khawatir, jika kamu rajin berlatih dengan menjawab dan menyimak pembahasan latihan soal SBMPTN Fisika pasti kamu semakin yakin saat mengerjakan nantinya. Nah kali ini, kita akan belajar soal SBMPTN Fisika dengan topik materi Hukum Newton dan Gaya Gesek. Selamat belajar, Squad! 1. Sebuah satelit yang bermassa 3000 kg dilepaskan dari muatan pesawat ulang-alik dengan bantuan pegas. Jika satelit dilontarkan dengan kecepatan 0,8 m/s dengan pegas dalam selang waktu 0,5 s, maka gaya rata-rata yang diberikan pegas pada satelit tersebut adalah…. Jawaban B Pembahasan Soal ini dapat diselesaikan dengan menggunakan konsep momentum-impuls. Di mana besarnya impuls setara dengan perubahan momentum. Sehingga 2. Sebuah bidang miring kasar membentuk sudut α = 600 terhadap sumbu vertikal. Suatu benda diletakkan di atas bidang miring tersebut dan benda tersebut diam. Berapakah nilai koefisien gesekan statis antara benda dengan bidang miring yang menyebabkan benda tersebut tertahan? Jawaban D Pembahasan Besarnya sudut yang dibentuk bidang miring terhadap tanah Pada sumbu y, berlaku Pada sumbu x, berlaku 3. Budi menuruni gunung menggunakan skateboard dengan kelajuan tetap, sehingga energi potensial berubah menjadi energi kinetik. SEBAB Energi kinetik berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan. Jawaban D Pembahasan Peristiwa seseorang menggunakan skateboard menuruni gunung dengan laju tetap akan mengubah energi potensial menjadi energi kinetik dan usaha oleh gaya gesek. Bukan hanya energi potensial menjadi energi kinetik. Karena terdapat kontak dari skateboard dengan bidang permukaan yang menuruni gunung, maka ada usaha untuk melawan dari perubahan energi tersebut yaitu berupa usaha oleh gaya gesek pada skateboard. Sedangkan energi kinetik itu sendiri adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak dengan kecepatan tertentu, dirumuskan Energi kinetik berbanding lurus dengan kecepatan pangkat dua. Jadi, pernyataan salah dan alasan benar. Sampai sini, mulai paham kan mengenai Hukum Newton dan Gaya Gesek? Coba deh, pahami lebih dalam lagi materi ini dengan mengerjakan tes di bank soal Ruangguru! Ada ribuan soal yang bisa kamu kerjakan lengkap dengan penjelasannya yang mudah kamu pahami! Coba cek langsung dengan klik tombol di bawah ini ya! 4. Pada gambar di bawah, jika percepatan gravitasi dan katrol memiliki gaya gesek terabaikan, maka untuk mengangkat beban bermassa 25 kg ke atas dengan kecepatan tetap diperluan gaya sebesar…. 31,25 N 62,5 N 93,75 N 125 N 156,25 N Jawaban B Pembahasan Besar gaya adalah 5. Sebuah balok massanya 4 kg yang terletak pada bidang datar kasar diberi gaya konstan sebesar 20 N membentuk sudut terhadap bidang horizontal. Jika koefisien gesek antara balok dan lantai 0,4 maka besar kecepatan benda setelah 5 detik adalah…. 0 m/s 2 m/s 4 m/s 6 m/s 8 m/s Jawaban D Pembahasan Ilustrasi Komponen gaya pada sumbu-y Karena benda berada pada keadaan setimbang pada arah sumbu-y maka Komponen gaya pada sumbu-x Karena benda bergerak searah dengan arah gaya, maka Benda bergerak dengan percepatan Gunakan persamaan GLBB 6. Sebuah bandul massanya 0,4 kg diikatkan pada seutas tali yang panjangnya 50 cm massa tali diabaikan kemudian diputar sehingga melakukan gerak melingkar beraturan dalam bidang vertikal. Jika pada saat bandul mencapai suatu titik yang membentuk sudut sebesar terhadap arah sumbu-x positif kecepatannya 5 m/s, maka besar tegangan tali pada posisi tersebut adalah…. 20 N 22 N 24 N 26 N 28 N Jawaban B Pembahasan Ilustrasi Dari gambar di atas, arah gaya yang menuju pusat lingkaran bernilai positif. 7. Sebuah balok bermassa 2 kg terletak di atas lantai kasar mobil bak terbuka dengan koefisien gesek statis 0,4 dan koefisien gesek kinetis 0,1. Jika mobil bergerak dengan kecepatan 144 km/jam, maka jarak minimum yang ditempuh agar mobil dapat berhenti tanpa menyebabkan balok bergeser adalah…. 100 m 120 m 150 m 180 m 200 m Jawaban E Pembahasan Ilustrasi Karena balok tidak bergeser Maka jarak yang ditempuh mobil hingga berhenti 8. Dua buah benda bermassa 1 kg dan 4 kg dihubungkan dengan katrol seperti gambar. Bila setelah 1 detik bergerak tali putus, maka tinggi maksimum yang masih dapat dicapai benda 1 kg sebelum jatuh adalah…. 1,2 m 1,8 m 3,0 m 4,2 m 4,8 m Jawaban E Pembahasan Percepatan sistem Tinggi benda setelah 1 sekon Menurut Hukum I Newton benda yang bergerak akan mempertahankan geraknya, maka setelah tali diputus balok masih memiliki kecepatan ke atas sebesar Tinggi yang masih dapat dicapai balok 1 setelah tali diputus Hanya percepatan gravitasi saja yang mempengaruhi gerak benda sekarang Maka tinggi total balok 1 9. Dua benda masing-masing 2 kg dan 3 kg berada di atas permukaan lantai yang kasar dengan koefisien gesek 0,2 disusun seperti gambar. Jika koefisien statis antara kedua benda 0,3 dan benda kedua diberi gaya sebesar F , maka nilai F maksimum agar kedua benda tetap bergerak bersama-sama adalah…. 10 N 15 N 20 N 25 N 30 N Jawaban D Pembahasan Kita tinjau benda 1 agar benda 1 tetap bergerak bersama benda 2, maka kita terlebih dahulu mencari nilai percepatan maksimumnya Maka besar gaya maksimum agar kedua benda bergerak bersama-sama Gimana menurut kamu pembahasan di atas, Squad? Semoga mudah dipahami ya. Masih banyak pembahasan lainnya yang bisa kamu pelajari, lho. Mau latihan soal SBMPTN lainnya dari tahun 2014 sampai tahun 2018? Yuk, langsung download aplikasi Ruangguru dan berlatih soal-soalnya di ruangbelajar!
Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas tentang kumpulan soal dan pembahasan tentang gerak benda di bidang datar. Berbicara mengenai gerak, tentu selalu ada kaitannya dengan penyebab terjadinya gerak tersebut. Suatu benda yang mula-mula diam kemudian menjadi bergerak atau mula-mula bergerak menjadi diam itu disebabkan oleh pengaruh gaya. Konsep dan kaitan antara gaya dan gerak benda pertama kali dijelaskan oleh Sir Isaac Newton dalam 3 hukumnya yang terkenal. Selain itu, gerak benda di bidang datar terutama untuk bidang kasar juga selalu berkaitan dengan gaya gesek. Oleh karena itu, sebelum kita membahas soal, kita bahas terlebih dahulu konsep tentang Hukum Newton dan gaya gesek yaitu sebagai berikut. Konsep Hukum Newton Hukum I Newton Hukum II Newton Hukum III Newton F = 0 F = ma Faksi = −Freaksi Keadaan benda diam v = 0 m/s bergerak lurus beraturan atau GLB v = konstan Keadaan benda benda bergerak lurus berubah beraturan atau GLBB v ≠ konstan Sifat gaya aksi reaksi sama besar berlawanan arah terjadi pada 2 objek berbeda Gaya Gesek Statis Gaya Gesek Kinetis fs = μs N fk = μk N Bekerja pada benda diam v = 0 m/s tepat akan bergerak fs maksimum Bekerja pada benda bergerak baik GLB maupun GLBB Hubungan Gaya Gesek dan Gerak Benda Besar Gaya Luar Keadaan Benda Jika F fs maksimum Bergerak, berlaku Hukum II Newton dan bekerja gaya gesek kinetik fk Oke, jika kalian sudah paham mengenai konsep Hukum Newton dan gaya gesek, kini saatnya kita bahas beberapa soal tentang gerak benda di bidang datar. Simak baik-baik uraian berikut ini. Contoh Soal 1 Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s di atas bidang datar licin, kemudian benda tersebut diberi gaya tetap searah dengan gerak benda. Setelah menempuh jarak 4 m, kecepatan benda menjadi 7 m/s. Tentukan besar gaya tersebut. Jawab Diketahui v0 = 5 m/s vt = 7 m/s m = 2 kg s = 4 m Ditanyakan Gaya F Untuk lebih jelas dalam memahami soal di atas, kita gambarkan terlebih dahulu ilustrasi gerak benda sebagai berikut. Karena kecepatan berubah atau tidak konstan v ≠ konstan, maka benda bergerak lurus berubah beraturan. Sehingga kita gunakan rumus kecepatan pada GLBB untuk menentukan besar percepatan. vt2 = v02 + 2as 2as = vt2 – v02 a = vt2 – v02/2s a = 72 – 52/24 a = 49 – 25/8 a = 24/8 a = 3 m/s2 Setelah besar percepatan kita dapatkan, langkah selanjutnya adalah menentukan besar gaya dengan menggunakan Hukum II Newton sebagai berikut. F = ma F = 23 F = 6 N Dengan demikian, gaya yang bekerja pada benda adalah 6 N Contoh Soal 2 Balok A bermassa 4 kg diletakkan di atas balok B yang bermassa 6 kg. Kemudian balok B ditarik dengan gaya F di atas lantai mendatar licin sehingga gabungan balok itu mengalami percepatan 1,8 m/s2. Jika tiba-tiba balok A terjatuh, maka berapakah percepatan yang dialami oleh balok B saja? Jawab Diketahui mA = 4 kg mB = 6 kg a1 = 1,8 m/s2 Ditanyakan Percepatan a Pada kasus ini ada dua kondisi gerak benda, yaitu kondisi pertama di mana balok A dan balok B bergerak secara bersama-sama dan kondisi kedua di mana balok B bergerak sendirian karna balok A terjatuh. Oleh karena itu, kita bahas satu-satu kondisi tersebut. Kondisi pertama Karena kedua balok bergerak secara bersama-sama, maka besar gaya dipengaruhi oleh gabungan massa kedua benda. Kita gunakan Hukum II Newton yaitu sebagai berikut. F = ma F = ma + mBa1 F = 4 + 61,8 F = 18 N Kondisi kedua Besarnya gaya F pada kondisi pertama juga masih berlaku untuk kondisi kedua, namun karena tidak balok A terjatuh, maka gaya F hanya bekerja pada balok B saja. F = mBa2 18 = 6a2 a2 = 18/6 a2 = 3 m/s2 Jadi, percepatan yang dialami balok B adalah sebesar 3 m/s2. Contoh Soal 3 Sebuah balok es yang memiliki massa 25 kg didorong Zeni dengan sudut 30°. Jika balok es bergerak dengan percepatan konstan sebesar 1/4√3 m/s2, maka tentukan besar gaya dorongan Zeni tersebut. Jawab Diketahui m = 25 kg a = 1/4√3 m/s2 θ = 30° Ditanyakan gaya dorong F Langkah pertama adalah menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada objek. Seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini. Tentu kalian tahu kalau balok es permukaannya licin, sehingga kita dapat mengabaikan gaya gesek. Oleh karena tidak ada gaya gesek, maka kita tidak perlu menentukan resultan gaya pada sumbu-Y vertikal. Berdasarkan Hukum II Newton, maka resultan gaya pada sumbu-X horizontal adalah sebagai berikut. FX = ma F cos θ = ma F cos 30° = 25 1/4√3 F1/2√3 = 25/4√3 F = 25/4√3/1/2√3 F = 25/2 F = 12,5 N Jadi, Zeni mendorong balok es tersebut dengan gaya sebesar 123,5 N Contoh Soal 4 Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar. Kemudian balok ditarik dengan gaya sebesar F mendatar. Apabila koefisien gesek statis sebesar 0,6, koefisien gesek kinetis sebesar 0,3 dan g = 10 m/s2, maka tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika F = 100 N F = 140 N Jawab Diketahui m = 20 kg μs = 0,6 μk = 0,3 g = 10 m/s2 Ditanyakan Gaya gesek f dan percepatan a Langkah pertama, kita gambarkan terlebih dahulu diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda secara lengkap seperti yang terlihat pada gambar berikut. Berdasarkan diagram gaya yang bekerja pada balok di atas, besarnya gaya normal dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II Newton sebagai berikut. FY = ma N – w = ma Karena tidak terjadi gerak dalam arah vertikal, maka a = 0 sehingga N – w = 0 N – mg = 0 N = mg N = 2010 N = 200 N Langkah selanjutnya adalah menentukan pengaruh gaya F dengan cara menghitung dahulu besar gaya gesek statis maksimumnya fs maks fs max = μsN fs max = 0,6200 fs max = 120 N F = 100 N F fs max berati balok bergerak bekerja gaya gesek kinetis fk dan berlaku Hukum II Newton sebagai berikut. FX = ma F – fk = ma F – μkN = ma 140 – 0,3200 = 20a 140 – 60 = 20a 80 = 20a a = 4 m/s2 Jadi, dengan gaya tarik sebesar 140 N, besar percepatan gerak benda adalah 4 m/s2. Contoh Soal 5 Anis menarik sebuah balok yang bermassa 10 kg dengan gaya sebesar 100 N dengan arah membentuk sudut 37° terhadap lantai. Koefisien gesek statis dan kinetis benda terhadap lantai adalah 0,5 dan 0,4. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 10 m/s2. Maka tentukan bergerak atau tidak benda tersebut. jika bergerak tentukan percepatannya. Jawab Diketahui m = 10 kg F = 100 N θ = 37° μs = 0,5 μk = 0,4 g = 10 m/s2 Ditanyakan diam atau bergerak, jika bergerak berapa a. Seperti biasa, langkah pertama adalah menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Langkah kedua adalah menentukan besar gaya normal N dengan menggunakan Hukum I Newton sebagai berikut. FY = 0 N + F sin θ – w = 0 N = w – F sin θ N = mg – F sin θ N = 1010 – 100sin 37° N = 100 – 1000,6 N = 100 – 60 N = 40 N Langkah selanjutnya adalah menghitung dahulu besar gaya gesek statis maksimumnya fs maks sebagai berikut. fs maks = μsN fs maks = 0,540 fs maks = 20 N Karena F = 100 N > fs maks maka balok yang ditarik Anis sudah bergerak sehingga bekerja gaya gesek kinetik fk. Dengan menggunakan Hukum II Newton, maka percepatan gerak balok adalah sebagai berikut. FX = ma F cos θ – fk = ma F cos θ – μkN = ma 100cos 37° – 0,440 = 10a 1000,8 – 16 = 10a 80 – 16 = 10a 64 = 10a a = 6,4 m/s2 Jadi, balok tersebut bergerak dengan percepatan sebesar 6,4 m/s2. Demikianlah artikel tentang kumpulan contoh soal dan pembahasan tentang gerak benda di bidang datar beserta gambar. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, huruf maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.AF9ID.