Belajar Fisika Aturan Newton Pada Gerak Benda Di Bidang Miring Kasar

Penerapan aturan Newton pada gerak benda di bidang miring berangasan intinya sama dengan penerapan hukum Newton pada gerak benda di bidang miring licin yang membedakan hanyalah imbas gaya geseknya saja. Untuk memahami aturan Newton pada gerak benda di bidang miring kasar, ada beberapa catatan penting mengenai gaya gesek di antaranya yakni sebagai berikut. 

■ Pada benda yang membisu atau sempurna akan bergerak, gaya gesek yang bekerja yakni gaya gesek statis (fs). Jika benda tidak menerima imbas gaya luar, gaya gesek statis berlawanan arah dengan proyeksi gaya berat terhadap sumbu-Y. Jika benda menerima imbas gaya luar, gaya gesek statis berlawanan arah dengan gaya luar atau proyeksi gaya luar terhadap sumbu-Y.

■ Pada benda yang bergerak, gaya gesek yang bekerja yakni gaya gesek kinetis (fk). Arah gaya gesek kinetis selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda.

Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas aplikasi aturan Newton pada gerak benda dibidang miring berangasan dalam delapan kondisi atau keadaan, yaitu

1.Benda pada bidang miring berangasan tanpa gaya luar

2.Benda ditarik ke atas sejajar bidang miring

3.Benda didorong ke bawah sejajar bidang miring

4.Benda ditekan pada bidang miring kasar

5.Benda didorong horizontal

6.Benda ditarik horizontal

7.Benda didorong vertikal ke bawah

8.Benda ditarik vertikal ke atas

Dari kedelapan kondisi di atas, biasanya yang sering muncul dalam soal fisika wacana dinamika gerak yakni kondisi 1, 2 dan 3. Namun hanya sekedar menambah wawasan kalian saja, penulis merasa perlu untuk membahas lima kondisi lainnya. Untuk itu, silahkan kalian simak secara seksama klarifikasi berikut ini.

#1 Benda pada Bidang Miring Kasar Tanpa Gaya Luar

blogspot.com/-msI_xkOxPu4/WWeniafk30I/AAAAAAAABU4/A7Om6soDMN0bIH-EdYKKRRn7kYuJGxXnQCLcBGAs/s1600/tanpa-gaya-luar.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-msI_xkOxPu4/WWeniafk30I/AAAAAAAABU4/A7Om6soDMN0bIH-EdYKKRRn7kYuJGxXnQCLcBGAs/s1600/tanpa-gaya-luar.png" title="Belajar Fisika Hukum Newton Pada Gerak Benda di Bidang Miring Kasar" />

Sebuah benda terletak pada bidang miring berangasan tanpa gaya luar dengan garis-garis gaya yang bekerja diperlihatkan pada gambar di atas. Karena bidang miring kasar, maka dalam arah sumbu-X bekerja dua gaya yaitu w sin α dan gaya gesek f. Pada kondisi ini, ada dua kemungkinan gerak benda yaitu benda membisu atau benda bergerak ke bawah.

Benda Diam

Benda membisu di bidang miring berangasan tanpa gaya luar hanya terjadi jika w sin α = f. Pada keadaan ini, gaya gesek yang bekerja pada benda yakni gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis antara permukaan benda dan bidang adalah μs maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yakni sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – w cos α = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – w cos α = 0

N = w cos α

Dengan demikian rumus gaya normal pada benda yang membisu di bidang miring berangasan tanpa gaya luar yakni sebagai berikut.

N = mg cos α

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α – fs = ma

w sin α – μsN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fs = μsmg cos α sehingga

w sin α – μsmg cos α = ma

Karena benda diam, maka a = 0

w sin α – μsmg cos α = 0

w sin α = μsmg cos α

mg sin α = μsmg cos α

sin α = μs cos α

μs = sin α/ cos α

μs = tan α

Dengan demikian, rumus koefisien gesek statis pada benda yang membisu di atas bidang miring berangasan tanpa gaya luar yakni sebagai berikut.

μs = tan α

Benda Bergerak ke Bawah

Apabila w sin α > f maka benda akan bergerak ke bawah dan gaya gesek yang bekerja pada benda yakni gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yakni μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yakni sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

Resultan gaya pada sumbu-Y untuk benda yang bergerak ke bawah pada bidang miring berangasan tanpa gaya luar akan sama dengan resultan gaya pada sumbu-Y untuk benda yang membisu dimana akan dihasilkan persamaan gaya normal N = mg cos α.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α – fk = ma

w sin α – μkN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fk = μkmg cos α sehingga

w sin α – μkmg cos α = ma

mg sin α – μkmg cos α = ma

g sin α – μkg cos α = a

a = g(sin α – μkcos α)

Dengan demikian, rumus percepatan pada benda yang bergerak di bidang miring berangasan tanpa gaya luar yakni sebagai berikut.

a = g (sin α – μkcos α)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
f	=	Gaya gesek (N)
fs	=	Gaya gesek statis (N)
fk	=	Gaya gesek kinetis (N)
μs	=	Koefisien gesek statis
μk	=	Koefisien gesek kinetis
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemiringan bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#2 Benda Ditarik ke Atas Sejajar Bidang Miring

blogspot.com/-5O3pVQlGXRo/WWenh6tRzyI/AAAAAAAABUw/Og9fSHBmj_cACAZR-NySfc3ADCI-XDFRACEwYBhgL/s1600/ditarik-ke-atas.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-5O3pVQlGXRo/WWenh6tRzyI/AAAAAAAABUw/Og9fSHBmj_cACAZR-NySfc3ADCI-XDFRACEwYBhgL/s1600/ditarik-ke-atas.png" title="Belajar Fisika Hukum Newton Pada Gerak Benda di Bidang Miring Kasar" />

Sebuah benda terletak pada bidang miring berangasan ditarik dengan gaya sejajar bidang diperlihatkan pada gambar di atas. Dari gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda, terdapat 3 gaya dalam arah sumbu-X yaitu w sin α, gaya gesek f dan gaya tarik F. Pada kondisi ini, ada 3 kemungkinan gerak benda yaitu benda diam, benda bergerak ke bawah atau benda bergerak ke atas.

Benda Diam

Benda membisu hanya akan terjadi jikalau F = w sin α + f.  Apabila benda diam, gaya gesek yang bekerja pada benda yakni gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis adalah μs maka persamaan gerak benda berdasarkan Hukum Newton yakni sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – w cos α = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – w cos α = 0

N = w cos α

Dengan demikian rumus gaya normal pada benda yang membisu di bidang miring berangasan sehabis ditarik dengan gaya ke atas sejajar bidang yakni sebagai berikut.

N = mg cos α

Persamaan gaya normal di atas juga berlaku untuk dua kemungkinan gerak benda lainnya sehingga tidak perlu diuraikan lagi pada benda yang bergerak ke bawah dan ke atas.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F – w sin α – fs = ma

F – w sin α – μsN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fs = μsmg cos α sehingga

F – w sin α – μsmg cos α = ma

Karena benda diam, maka a = 0

F – w sin α – μsmg cos α = 0

F = w sin α + μsmg cos α

F = mg sin α + μsmg cos α

F = mg (sin α + μs cos α)

Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang membisu di atas bidang miring berangasan sehabis ditarik dengan gaya ke atas sejajar bidang yakni sebagai berikut.

F = mg (sin α + μs cos α)

Benda Bergerak ke Bawah

Apabila F < w sin α + f maka benda akan bergerak ke bawah dan gaya gesek yang bekerja pada benda yakni gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yakni μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yakni sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α – F – fk = ma

w sin α – F – μkN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fk = μkmg cos α sehingga

w sin α – F – μkmg cos α = ma

mg sin α – F – μkmg cos α = ma

mg sin α – μkmg cos α = ma + F

F + ma = mg (sin α – μkcos α)

Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang bergerak ke bawah di bidang miring kasar, sehabis ditarik dengan gaya ke atas sejajar bidang yakni sebagai berikut.

F + ma = mg (sin α – μkcos α)

Benda Bergerak ke Atas

Apabila F > w sin α + f maka benda akan bergerak ke atas dan gaya gesek yang bekerja pada benda yakni gaya gesek kinetis (fk). Persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yakni sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F – w sin α – fk = ma

F – w sin α – μkN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fk = μkmg cos α sehingga

F – w sin α – μkmg cos α = ma

F – mg sin α – μkmg cos α = ma

F – ma = mg sin α + μkmg cos α

F – ma = mg (sin α + μkcos α)

Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang bergerak ke atas di bidang miring kasar, sehabis ditarik dengan gaya ke atas sejajar bidang yakni sebagai berikut.

F – ma = mg (sin α + μkcos α)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya luar dalam hal ini gaya tarik (N)
f	=	Gaya gesek (N)
fs	=	Gaya gesek statis (N)
fk	=	Gaya gesek kinetis (N)
μs	=	Koefisien gesek statis
μk	=	Koefisien gesek kinetis
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemiringan bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

#3 Benda Didorong ke Bawah Sejajar Bidang Miring

blogspot.com/-hrVnj1Mpdgw/WWenh3-x5HI/AAAAAAAABU0/aEnpO1Q7UP0j3WWM_0QKwzl55PblMkz0QCEwYBhgL/s1600/didorong-ke-bawah.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-hrVnj1Mpdgw/WWenh3-x5HI/AAAAAAAABU0/aEnpO1Q7UP0j3WWM_0QKwzl55PblMkz0QCEwYBhgL/s1600/didorong-ke-bawah.png" title="Belajar Fisika Hukum Newton Pada Gerak Benda di Bidang Miring Kasar" />

Sebuah benda terletak pada bidang miring berangasan didorong dengan gaya sejajar bidang diperlihatkan pada gambar di atas. Dari gambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda, terdapat 3 gaya dalam arah sumbu-X yaitu w sin α, gaya gesek f dan gaya dorong F. Pada kondisi ini, ada 2 kemungkinan gerak benda yaitu benda membisu atau benda bergerak ke bawah.

Benda Diam

Benda membisu hanya akan terjadi jikalau F + w sin α = f.  Apabila benda diam, gaya gesek yang bekerja pada benda yakni gaya gesek statis (fs). Jika koefisien gesek statis adalah μs maka persamaan gerak benda berdasarkan Hukum Newton yakni sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y

ΣFY = ma

N – w cos α = ma

karena benda tidak bergerak pada sumbu-Y maka a = 0, sehingga

N – w cos α = 0

N = w cos α

Dengan demikian rumus gaya normal pada benda yang membisu di bidang miring berangasan sehabis didorong dengan gaya ke bawah sejajar bidang yakni sebagai berikut.

N = mg cos α

Persamaan gaya normal di atas juga berlaku untuk benda yang bergerak ke bawah, jadi pada kondisi tersebut, resultan vektor gaya pada sumbu-Y tidak akan diuraikan lagi.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

F + w sin α – fs = ma

F + w sin α – μsN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fs = μsmg cos α sehingga

F + w sin α – μsmg cos α = ma

Karena benda diam, maka a = 0

F + w sin α – μsmg cos α = 0

F = μsmg cos α – w sin α

F = μsmg cos α – mg sin α

F = mg (μs cos α  –  sin α)

Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang membisu di atas bidang miring berangasan sehabis ditarik dengan gaya ke bawah sejajar bidang yakni sebagai berikut.

F = mg (μs cos α  –  sin α)

Benda Bergerak ke Bawah

Apabila F + w sin α > f maka benda akan bergerak ke bawah dan gaya gesek yang bekerja pada benda yakni gaya gesek kinetis (fk). Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang yakni μk maka persamaan gerak benda memakai Hukum Newton yakni sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-X

ΣFX = ma

w sin α + F – fk = ma

w sin α + F – μkN = ma

Karena N = mg cos α, maka besar gaya geseknya adalah fk = μkmg cos α sehingga

w sin α + F – μkmg cos α = ma

mg sin α + F – μkmg cos α = ma

F – ma = μkmg cos α – mg sin α

F – ma = mg (μkcos α – sin α)

Dengan demikian, persamaan gerak pada benda yang bergerak ke bawah di bidang miring kasar, sehabis didorong dengan gaya ke bawah sejajar bidang yakni sebagai berikut.

F – ma = mg (μkcos α – sin α)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
w	=	Gaya berat (N)
F	=	Gaya luar dalam hal ini gaya dorong (N)
f	=	Gaya gesek (N)
fs	=	Gaya gesek statis (N)
fk	=	Gaya gesek kinetis (N)
μs	=	Koefisien gesek statis
μk	=	Koefisien gesek kinetis
m	=	Massa benda (kg)
α	=	Sudut kemiringan bidang
a	=	Percepatan benda (m/s2)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Next

Share this post