Belajar Fisika Pola Soal Dan Pembahasan Wacana Gaya Kontak Beserta Gambar Ilustrasi

Pada kesempatan kali ini kita akan membahas perihal beberapa pola soal perihal gaya aksi-reaksi atau sering disebut sebagai gaya kontak. Menurut Hukum III Newton, gaya kontak merupakan gaya yang timbul akhir dua objek saling berinteraksi di mana objek pertama menawarkan gaya agresi ke pada objek kedua dan sebagai balasannya, objek kedua menawarkan gaya reaksi ke pada objek pertama.

Model soal yang akan kita bahas yaitu beberapa objek yang saling bersentuhan di bidang miring dan juga bidang datar. Oleh alasannya yaitu itu, kita memperhitungkan keadaan permukaan bidang tersebut. Jika bidang licin, besar gaya kontak tidak dipengaruhi oleh gaya gesek dan sebaliknya, apabila bidang agresif maka besar gaya kontak dipengaruhi oleh gaya gesek.

Untuk itu, sebelum masuk ke pembahasan soal, ada baiknya kita pelajari terlebih dahulu mengenai konsep Hukum Newton perihal gerak benda dan juga konsep gaya gesek. Silahkan kalian pahami baik-baik ringkasan konsep berikut ini.

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

Penjelasan lengkap mengenai Hukum Newton, baca artikel tentang: Bunyi dan Rumus Hukum Newton I, II, dan III Beserta Contohnya.

Konsep Gaya Gesek

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)

Penjelasan lengkap mengenai gaya gesek, baca artikel tentang: Definisi, Sifat, Jenis, Rumus dan Contoh Soal perihal Gaya Gesek.

Hubungan Gaya Gesek dan Gerak Benda

Besar Gaya Luar	Keadaan Benda
Jika F < fs maksimum	Diam, berlaku Hukum I Newton
Jika F > fs maksimum	Bergerak, berlaku Hukum II Newton dan bekerja gaya gesek kinetik (fk)

Oke, jikalau kalian sudah paham mengenai konsep Hukum Newton dan gaya gesek, sekarang saatnya kita bahas beberapa soal perihal gaya aksi-reaksi atau gaya kontak. Simak baik-baik uraian berikut ini.

Contoh Soal #1

Balok A dan balok B terletak di atas permukaan bidang miring licin dengan sudut kemiringan 37°. Massa balok A 40 kg dan massa balok B 20 kg. Kemudian balok A didorong dengan gaya F sebesar 480 N ibarat yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Tentukan besar percepatan gerak kedua balok dan juga gaya kontak antara balok A dan balok B.

blogspot.com/-v-e5pbL3w1k/WamZ8dGqz8I/AAAAAAAAB6g/K6cmgP6eMdoJC6HVJ2O3Z4qLrD9auh7oQCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231a.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-v-e5pbL3w1k/WamZ8dGqz8I/AAAAAAAAB6g/K6cmgP6eMdoJC6HVJ2O3Z4qLrD9auh7oQCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231a.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Tentang Gaya Kontak Beserta Gambar Ilustrasi" />

Jawab

Diketahui:

mA = 40 kg

mB = 20 kg

F = 480 N

θ = 37°

g = 10 m/s2

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.

Langkah pertama yaitu menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada masing-masing balok secara terpisah untuk mempermudah membedakan gaya-gaya mana yang bekerja pada kedua balok. Perhatikan gambar di bawah ini.

blogspot.com/-39_FMeFn6e4/WamZ8WHrxPI/AAAAAAAAB6o/yrN6oS_naiAr29hTelEc0q6WkzgsqECCQCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231b.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-39_FMeFn6e4/WamZ8WHrxPI/AAAAAAAAB6o/yrN6oS_naiAr29hTelEc0q6WkzgsqECCQCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231b.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Tentang Gaya Kontak Beserta Gambar Ilustrasi" />

FAB adalah gaya agresi yang diberikan balok A kepada balok B, sedangkan FBA adalah gaya reaksi yang diberikan balok B kepada balok A. Kedua gaya tersebut merupakan gaya kontak yang besarnya sama. Lalu 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 A

Karena bidang miring licin maka tidak ada gaya gesek yang bekerja, sehingga resultan gaya pada sumbu-Y tidak perlu diuraikan.

ΣFX = ma

F – wA sin θ – FBA = mAa

F – mAg sin θ – FBA = mAa ............... Pers. (1)

■ Tinjau Balok B

ΣFX = ma

FAB – wA sin θ = mBa

FAB – mBg sin θ = mBa

FAB = mBa + mBg sin θ ............... Pers. (2)

Karena FAB = FBA, maka kita sanggup mensubtitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1) sebagai berikut.

F – mAg sin θ – (mBa + mBg sin θ) = mAa

F – mAg sin θ – mBa – mBg sin θ = mAa

F – mAg sin θ – mBg sin θ = mAa + mBa

F – g sin θ(mA + mB) = (mA + mB)a

a = [F – g sin θ(mA + mB)]/(mA + mB)

a = [F/(mA + mB)] – g sin θ ............... Pers. (3)

Dengan mensubtitusikan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (3), maka kita peroleh besar percepatan kedua balok sebagai berikut.

a = [480/(40 + 20)] – (10) sin 37°

a = (480/60) – (10)(0,6)

a = 8 – 6

a = 2 m/s2

Jadi, besar percepatan kedua balok yaitu 2 m/s2. Untuk memilih gaya kontak antara balok A dan B, kita subtitusikan nilai percepatan yang kita peroleh ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.

FAB = mBa + mBg sin θ

FAB = (20)(2) + (20)(10)(sin sin 37°)

FAB = 40 + (200)(0,6)

FAB = 40 + 120

FAB = 160 N

Dengan demikian, besar gaya kontak antara balok A dan balok B yaitu 160 N.

Catatan Penting:

a = [F/(mA + mB)] – g sin θ

Rumus percepatan di atas berlaku untuk semua model soal dua benda yang bersentuhan di bidang miring licin dengan sudut kemiringan tertentu.

Contoh Soal #2

Tiga buah balok dengan massa masing-masing m1 = 2 kg, m2 = 3 kg dan m3 = 5 kg terletak pada lantai datar dan disusun ibarat pada gambar di bawah ini. Sebuah gaya F horizontal sebesar 100 N dikenakan pada balok 1. Apabila koefisien gesek kinetik ketiga balok dengan lantai yaitu sama, sebesar 0,2 maka tentukanlah

■ Percepatan ketiga balok

■ Gaya kontak antara balok 1 dan balok 2

■ Gaya kontak antara balok 2 dan balok 3

blogspot.com/-lSFE4OkmUTs/WamZ8cRLHwI/AAAAAAAAB6k/z3_cvU55ihMGGYoZTdztcms83h8dCQyXwCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25232a.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-lSFE4OkmUTs/WamZ8cRLHwI/AAAAAAAAB6k/z3_cvU55ihMGGYoZTdztcms83h8dCQyXwCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25232a.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Tentang Gaya Kontak Beserta Gambar Ilustrasi" />

Jawab

Diketahui:

m1 = 2kg

m2 = 3 kg

m3 = 5 kg

F = 100 N

μk = 0,2

g = 10 m/s2

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.

Seperti pada penyelesaian soal pertama, langkah awal yang wajib kita lakukan yaitu menggambarkan garis-garis gaya yang bekerja pada masing-masing balok secara terpisah ibarat yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

blogspot.com/-fkiaZpXCQ7o/WamZ9eo0CsI/AAAAAAAAB6s/ACcZ0xR6YYcAGDcZ62-LzghfONAp86eBgCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25232b.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-fkiaZpXCQ7o/WamZ9eo0CsI/AAAAAAAAB6s/ACcZ0xR6YYcAGDcZ62-LzghfONAp86eBgCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25232b.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Tentang Gaya Kontak Beserta Gambar Ilustrasi" />

Mungkin kalian sedikit gundah dengan banyaknya gaya yang bekerja pada masing-masing balok terutama vektor gaya yang bewarna merah. Oleh alasannya yaitu itu, semoga kalian sanggup paham, berikut ini yaitu keterangan masing-masing gaya tersebut.

F12 = gaya agresi yang diberikan balok 1 kepada balok 2

F21 = gaya reaksi yang diberikan balok 2 kepada balok 1

F23 = gaya agresi yang diberikan balok 2 kepada balok 3

F32 = gaya reaksi yang diberikan balok 3 kepada balok 2

Berdasarkan keterangan tersebut, sanggup kita simpulkan bahwa:

■ F12 dan F21 merupakan gaya kontak antara balok 1 dan balok 2 sehingga

F12 = F21

■ F23 dan F32 merupakan gaya kontak antara balok 2 dan balok3 sehingga

F23 = F32

Kemudian, untuk memilih besar percepatan ketiga balok dan juga gaya kontak, kita tinjau persamaan gerak masing-masing balok memakai Hukum I dan II Newton sebagai berikut.

■ Tinjau Balok 1

ΣFY = 0

N1 – w1 = 0

N1 = w1

N1 = m1g

ΣFX = ma

F – f1 – F21 = m1a

F – μkN1 – F21 = m1a

F – μkm1g – F21 = m1a ............... Pers. (4)

■ Tinjau Balok 2

ΣFY = 0

N2 – w2 = 0

N2 = w2

N2 = m2g

ΣFX = ma

F12 – f2 – F32 = m2a

F12 – μkN2 – F32 = m2a

F12 – μkm2g – F32 = m2a ............... Pers. (5)

■ Tinjau Balok 3

ΣFY = 0

N3 – w3 = 0

N3 = w3

N3 = m3g

ΣFX = ma

F23 – f3 = m3a

F23 – μkN3 = m3a

F23 – μkm3g = m3a

F23 = m3a + μkm3g ............... Pers. (6)

Karena F23 = F32, maka kita sanggup mensubtitusikan persamaan (6) ke dalam persamaan (5) sebagai berikut.

F12 – μkm2g – F32 = m1a

F12 – μkm2g – (m3a + μkm3g) = m2a

F12 = m2a + m3a + μkm2g + μkm3g ............... Pers. (7)

Karena F12 = F21, maka kita sanggup mensubtitusikan persamaan (7) ke dalam persamaan (4) sebagai berikut.

F – μkm1g – F21 = m1a

F – μkm1g – (m2a + m3a + μkm2g + μkm3g) = m1a

F – μkm1g – m2a – m3a – μkm2g – μkm3g = m1a

F – μkm1g – μkm2g – μkm3g = m1a + m2a + m3a

F – μkg(m1 + m2 + m3) = (m1 + m2 + m3)a

a = [F – μkg(m1 + m2 + m3)]/(m1 + m2 + m3)

a = [F/(m1 + m2 + m3)] – μkg ............... Pers. (8)

Kemudian kita masukkan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (8) sehingga kita peroleh besar percepatan, yaitu sebagai berikut.

a = [100/(2 +3 + 5)] – (0,2)(10)

a = (100/10) – 2

a = 10 – 2

a = 8 m/s2

Jadi besar percepatan ketiga balok yaitu 8 m/s2. Lalu untuk memilih besar gaya kontak antara balok 1 dan balok 2, kita sanggup mensubtitusikan nilai percepatan yang kita peroleh ke dalam persamaan (4) sebagai berikut.

F – μkm1g – F21 = m1a

100 – (0,2)(2)(10) – F21 = (2)(8)

100 – 4 – F21 = 16

96 – F21 = 16

F21 = 96 – 16

F21 = 80 N

Jadi besar gaya kontak antara balok 1 dan balok 2 yaitu 80 N. Dan terakhir, untuk memilih besar gaya kontak antara balok 2 dan balok 3, kita subtitusikan nilai percepatan 8 m/s2 ke dalam persamaan (6) sebagai berikut.

F23 = m3a + μkm3g

F23 = (5)(8) + (0,2)(5)(10)

F23 = 40 + 10

F23 = 50 N

Dengan demikian, besar gaya kontak antara balok 2 dan balok 3 yaitu 50 N.

Catatan Penting:

a = [F/(m1 + m2 + m3)] – μkg

Rumus percepatan di atas berlaku untuk semua model soal tiga benda yang bersentuhan di bidang datar agresif dengan koefisien gesek ketiga benda dengan lantai sama. Sedangkan rumus percepatan untuk tiga benda yang bersentuhan di bidang datar licin yaitu sebagai berikut.

a = F/(m1 + m2 + m3)

Penurunan kedua rumus percepatan di atas, selengkapnya sanggup kalian pelajari dalam artikel perihal Hukum Newton pada Gerak 3 Benda yang Bersentuhan di Bidang Datar.

Demikianlah artikel perihal pola soal dan pembahasan perihal gaya aksi-reaksi atau gaya kontak (Hukum 3 Newton) beserta gambar ilustrasi dan diagram gayanya. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, aksara maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel berikutnya.

Share this post