Page 1 of 2
Fisikastudycenter.com - Contoh Soal dan Pembahasan tentang Dinamika Gerak, Materi Fisika kelas 2 (XI) SMA dengan melibatkan gaya gesek dalam beberapa kasus dinamika, variasi menentukan nilai gaya normal, gaya kontak dan penguraian gaya-gaya.
Rumus - Rumus Minimal
Hukum Newton I
Hukum Newton II
Σ F = ma → benda bergerak dengan percepatan tetap → benda bergerak lurus berubah beraturan (GLBB) → kecepatan gerak benda berubahGaya Gesek
Gaya Gesek Statis → fs = μs N
Gaya Gesek Kinetis → fk = μk N
dengan N = gaya normal, μs = koefisien gesek statis, μk = koefisien gesek kinetis
Gaya Berat
W = mgContoh Soal dan Pembahasan
Soal No. 1 Perhatikan gambar berikut!
PembahasanGaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:
Σ Fy = 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:fsmaks = μs N
fsmaks = (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 Fx = 0
F − fges = 0
12 − fges = 0
fges = 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 sekonPembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut: a) Gaya normalΣ Fy = 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:fsmaks = μs N
fsmaks = (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 :
fges = fk = μk N
fges = (0,1)(100) = 10 N c) Percepatan gerak benda Hukum Newton II :
Σ Fx = ma
F − fges = ma 25 − 10 = 10a
a = 15/10 = 1,5 m/s2
d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekonS = Vo 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 37o, 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 37o = 0,6 dan cos 37o = 0,8)
Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:Σ Fy = 0
N + F sin θ − W = 0 N = W − F sin θ = (5)(10) − (25)(0,6) = 35 N b) Gaya gesekJika dalam soal hanya diketahui koefisien gesek kinetis, maka dipastikan benda bisa bergerak, sehingga fges = fk :
fges = μk N
fges = (0,1)(35) = 3,5 N c) Percepatan gerak benda
Σ Fx = ma
F cos θ − fges = 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 53o = 0,8, cos 53o = 0,6. Tentukan nilai dari :
a) Gaya normal pada balok b) Gaya gesek antara lereng dan balokc) Percepatan gerak balok
Pembahasan Gaya-gaya pada balok diperlihatkan gambar berikut:
Σ Fy = 0
N − W cos θ = 0N − mg cos 53o = 0
N − (100)(10)(0,6) = 0 N = 600 Newton b) Gaya gesek antara lereng dan balokfges = μk N
fges = (0,125)(600) = 75 newton c) Percepatan gerak balok
Σ Fx = ma
W sin θ − fges = ma
mg sin 53o − fges = 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!Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok Tinjau sistem : Σ F = ma 120 = (40 + 20) aa = 120/60 m/s2
b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B Cara pertama, Tinjau benda A :F − Fkontak = mA a
120 − Fkontak = 40(2)
Fkontak = 120 − 80 = 40 Newton Cara kedua, Tinjau benda B :
Fkontak = mB a
Fkontak = 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 BPembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok Tinjau Sistem : Gaya-gaya pada kedua benda (disatukan A dan B) terlihat pada gambar berikut:F − W sin 37o = ma
480 − (40 + 20)(10)(0,6) = (40 + 20) aa = 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 :F − WA sin 37o − Fkontak = mA a
480 − (40)(10) (0,6) − Fkontak = (40)(2)
480 − 240 − 80 = Fkontak
Fkontak = 160 Newton Cara kedua, tinjau benda B
Fkontak − WB sin 37o = mB a
Fkontak − (20)(10)(0,6) =(20)(2)
Fkontak = 40 + 120 = 160 Newton
Soal No. 7
(Sumber Soal : UMPTN 1993)
Pembahasan
fAB → gaya gesek antara balok A dan B
fBL → gaya gesek antara balok B dan lantai
fAB = μAB N
fAB = (0,2)(100) = 20 N
fBL = μBL N
fBL = (0,5)(100 + 500) = 300 N Tinjau benda B
Σ Fx = 0
F − fAB − fBL = 0 F − 20 − 300 = 0
F = 320 Newton
Soal Dinamika 2 Gaya Gesek dan Pembahasan. Gaya Gesek adalah gaya sentuh yang muncul jika permukaan dua zat padat bersentuhan secara fisik, dimana arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan bidang dan selalu berlawanan dengan arah gerak relatif antara ke dua benda tersebut. Berikut ini admin bagikan beberapa contoh soal fisika Dinamika 2 Gaya Gesek beserta pembahasannya.
Contoh Soal dan Pembahasan Dinamika Gaya Hukum Newton 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 bendaPembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:
fsmaks = μs N
fsmaks = (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 Fx = 0 F − fges = 0 12 − fges = 0 fges = 12 N c) Percepatan gerak benda Benda dalam keadaan diam, percepatan benda NOL 2. Perhatikan gambar berikut, benda mula-mula dalam kondisi rehat!
Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:
(sin 37o = 0,6 dan cos 37o = 0,8)
Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:
Pembahasan
Gaya-gaya pada balok diperlihatkan gambar berikut:
mg sin 53o − fges = ma
(100)(10)(0,8) − 75 = 100a a = 725/100 = 7,25 m/s2 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!
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 :
Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok Tinjau Sistem : Gaya-gaya pada kedua benda (disatukan A dan B) terlihat pada gambar berikut:
Fkontak − WB sin 37o = mB a
Pembahasan
fAB → gaya gesek antara balok A dan B fBL → gaya gesek antara balok B dan lantai fAB = μAB N fAB = (0,2)(100) = 20 N fBL = μBL N fBL = (0,5)(100 + 500) = 300 N Tinjau benda B
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
8. Massa A = 4 kg, massa B = 6 kg dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F = 40 N ke kanan dengan sudut 37o terhadap arah horizontal!
Pembahasan
Tinjauan massa B :
N + F sin 37o = W
N + (40)(0,6) = (6)(10) N = 60 − 24 = 36 N Besar gaya gesek : fgesB = μk N fgesB = (0,1)(36) = 3,6 N Hukum Newton II: Σ Fx = maF cos 37o − fgesB − T = ma
(40)(0,8) − 3,6 − T = 6 a 28,4 − T = 6 a → (persamaan 1) Tinjauan gaya-gaya pada massa A
Pembahasan
Tinjau A
T − WA sin 37o = mA a
T − (5)(10)(0,6) = 5 a T − 30 = 5a → (Persamaan 1) Tinjau B
WB sin 53o − T = mB a
(10)(0,8) − T = 10 a (10)(10)(0,8) − T = 10 a 80 − T = 10a 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 11. Diberikan gambar sebagai berikut:
Pembahasan
Tinjau B
Pembahasan
Pembahasan
Elevator bergerak ke bawah : Σ Fy = ma W − T = ma (400)(9,8) − T = (400)(2) T = 3920 − 800 = 3120 Newton 14. Perhatikan susunan dua buah benda berikut ini:
Pembahasan
a) Percepatan gerak benda pertama Hubungan percepatan benda pertama dan benda kedua adalah : a1 =2a2 atau a2 = 1/2a1 Tinjau benda pertama
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 .
Pembahasan
Tinjauan gaya yang bekerja pada m :