Contoh Soal Gerak Benda Di Bidang Datar Licin Dan Jawabannya Lengkap
Pada kesempatan kali ini, penulis akan menyajikan beberapa referensi soal dan pembahasan perihal gerak benda pada bidang datar licin menurut prinsip Hukum Newton. Masih ingatkah kalian dengan konsep aturan Newton dari yang pertama sampai yang ketiga? Jika lupa, berikut ringkasan materinya yang penulis sajikan dalam bentuk tabel.
Konsep Hukum Newton
Hukum I Newton | Hukum II Newton | Hukum III Newton |
ΣF = 0 | ΣF = 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 agresi reaksi: ∎ sama besar ∎ berlawanan arah ∎ terjadi pada 2 objek berbeda |
Nah, jikalau kalian sudah memahami konsep Hukum 1, 2, dan 3 Newton, sekarang saatnya kita bahas beberapa referensi soal perihal gerak benda di bidang datar licin beserta jawabannya berikut ini. Selamat mencar ilmu dan supaya sanggup paham.
1. Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s di atas bidang datar licin, lalu 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 terang 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 memilih besar percepatan.
vt2 = v02 + 2as
2as = vt2 – v02
a = (vt2 – v02)/2s
a = (72 – 52)/2(4)
a = (49 – 25)/8
a = 24/8
a = 3 m/s2
Setelah besar percepatan kita dapatkan, langkah selanjutnya ialah memilih besar gaya dengan memakai Hukum II Newton sebagai berikut.
F = ma
F = (2)(3)
F = 6 N
Dengan demikian, gaya yang bekerja pada benda ialah 6 N.
2. Dua balok (m1 dan m2) yang bersentuhan mula-mula membisu di atas lantai licin. Jika m1 = 70 kg, m2 = 30 kg dan pada balok pertama dikerjakan gaya sebesar 200 N, maka tentukanlah percepatan masing-masing balok dan gaya kontak antarbalok tersebut.
Jawab
Diketahui:
m1 = 70 kg
m2 = 30 kg
F = 200 N
Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.
Pertama, kita gambarkan terlebih dahulu diagram gaya yang bekerja pada kedua benda tersebut. Dan perlu kalian ketahui bahwa keadaan benda 1 dan 2 saling bersentuhan sehingga akan timbul gaya kontak atau gaya agresi reaksi menurut Hukum III Newton. Supaya lebih jelas, perhatikan gambar berikut ini.
F12 adalah gaya agresi yang diberikan balok 1 kepada balok 2 (bekerja pada balok 2). Sedangkan F21 adalah gaya reaksi yang diberikan balok 2 kepada balok 1 (bekerja pada balok 1). Kedua gaya ini mempunyai besar yang sama. Untuk memilih besar percepatan kedua balok dan juga gaya kontak kita tinjau persamaan gerak masing-masing balok memakai Hukum II Newton sebagai berikut.
∎ Tinjau Balok 1
Karena lantai licin maka tidak ada gaya gesek yang bekerja, sehingga resultan gaya pada sumbu-Y tidak perlu diuraikan.
ΣFX = ma
F – F21 = m1a ............... Pers. (1)
∎ Tinjau Balok 2
ΣFX = ma
F12 = m2a ............... Pers. (2)
Karena F12 = F21, maka kita sanggup mensubtitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1) sebagai berikut.
F – m2a = m1a
F = m1a + m2a
F = (m1 + m2)a
a = F/(m1 + m2) ............... Pers. (3)
Dengan memasukkan nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (3), maka kita peroleh besar percepatan kedua balok sebagai berikut.
a = 200/(70 + 30)
a = 200/100
a = 2 m/s2
Jadi, besar percepatan kedua balok ialah 2 m/s2. Untuk memilih gaya kontak antara balok 1 dan 2, kita subtitusikan nilai percepatan yang kita peroleh ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.
F12 = m2a
F12 = (30)(2)
F12 = 60 N
Dengan demikian, besar gaya kontak antarbalok ialah 60 N.
3. 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 adonan 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 gotong royong dan kondisi kedua di mana balok B bergerak sendirian (karna balok A terjatuh). Oleh alasannya ialah itu, kita bahas satu-satu kondisi tersebut.
Kondisi pertama
Karena kedua balok bergerak secara bersama-sama, maka besar gaya dipengaruhi oleh adonan massa kedua benda. Kita gunakan Hukum II Newton yaitu sebagai berikut.
F = ma
F = (ma + mB)a1
F = (4 + 6)(1,8)
F = 18 N
Kondisi kedua
Besarnya gaya F pada kondisi pertama juga masih berlaku untuk kondisi kedua, namun alasannya ialah 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 ialah sebesar 3 m/s2.
4. Sebuah balok es yang mempunyai 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 ialah menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada objek. Seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.
Tentu kalian tahu kalau balok es permukaannya licin, sehingga kita sanggup mengabaikan gaya gesek. Oleh alasannya ialah tidak ada gaya gesek, maka kita tidak perlu memilih resultan gaya pada sumbu-Y (vertikal). Berdasarkan Hukum II Newton, maka resultan gaya pada sumbu-X (horizontal) ialah sebagai berikut.
ΣFX = ma
F cos θ = ma
F cos 30° = (25)( 1/4√3)
F(1/2√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 lain yang perlu kalian pelajari: