Belajar Fisika Pola Soal Dan Pembahasan Sistem Katrol Bahan Dinamika Translasi 5
Kita sudah hingga ke referensi soal dan pembahasan sistem katrol bahan dinamika translasi bab kelima. Model sistem katrol yang kita pelajari dalam artikel ini yaitu dua benda yang dihubungkan seutas tali melalui katrol di mana salah satu benda terletak di bidang datar dan benda lainnya terletak di bidang miring. Kita akan mencoba untuk memilih percepatan dan tegangan tali untuk keadaan bidang licin dan juga kasar.
Ada beberapa konsep yang perlu kalian kuasai untuk sanggup memilih percepatan dan tegangan tali pada gerak benda dalam sistem katrol, yaitu konsep Hukum Newton dan gaya gesek (untuk bidang kasar). Oleh alasannya yaitu itu, silahkan kalian ingat kembali konsep Hukum Newton, gaya gesek dan juga perjanjian tanda untuk gaya pada sistem katrol 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) | Keadaan benda: | Sifat gaya agresi reaksi: ■ sama besar ■ berlawanan arah ■ terjadi pada 2 objek berbeda |
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) |
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) |
Perjanjian Tanda
Gaya | Syarat |
Gaya berharga positif | Jika searah dengan arah gerak benda (bisa dilihat dari arah percepatan gerak benda). |
Gaya berharga negatif | Jika berlawanan dengan arah gerak benda. |
Baiklah, kalau kalian sudah paham mengenai konsep Hukum Newton, gaya gesek dan perjanjian tanda untuk gaya-gaya yang bekerja pada sistem katrol, sekarang saatnya kita bahas referensi soal sistem katrol untuk bahan dinamika translasi bab kelima. Simak baik-baik uraian berikut ini.
Contoh Soal #1
Balok m1 dan balok m2 masing-masing bermassa 4 kg dan 6 kg dihubungkan seutas tali melalui sebuah katrol licin dan massanya diabaikan. Balok m1 terletak di atas permukaan bidang datar sedangkan balok m2 terletak di atas bidang miring yang membentuk sudut sebesar 30° terhadap arah horizontal. Jika percepatan gravitasi di daerah tersebut 10 ms-1 dan keadaan kedua bidang licin sempurna, maka tentukanlah percepatan dan gaya tegangan talinya.
blogspot.com/-gk6-7gVy958/WbgYNVCYovI/AAAAAAAACCs/6JRvmNgQUiokdiy-R7f4yzbvF_B1Y8S5ACLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-5-%2528no.1a%2529.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-gk6-7gVy958/WbgYNVCYovI/AAAAAAAACCs/6JRvmNgQUiokdiy-R7f4yzbvF_B1Y8S5ACLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-5-%2528no.1a%2529.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Sistem Katrol Materi Dinamika Translasi 5" />
Penyelesaian
Diketahui:
m1 = 4 kg
m2 = 6 kg
θ = 30°
g = 10 m/s2
Ditanyakan: Percepatan dan gaya tegangan tali
Jawab
Langkah awal yaitu menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada sistem. Untuk balok 2 yang terletak di bidang miring, maka gaya berat harus diproyeksikan terhadap sumbu-X dan sumbu-Y bidang miring. Diagram gaya yang bekerja pada sistem ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
blogspot.com/-bOSiGn__DcY/WbgYQfwUzcI/AAAAAAAACC0/pRQr6aH3hKU23wBc081vFgxLwYuQvI0swCLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-5-%2528no.1b%2529.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-bOSiGn__DcY/WbgYQfwUzcI/AAAAAAAACC0/pRQr6aH3hKU23wBc081vFgxLwYuQvI0swCLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-5-%2528no.1b%2529.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Sistem Katrol Materi Dinamika Translasi 5" />
Karena kondisi bidang baik bidang datar maupun bidang miring yaitu licin, maka sistem akan bergerak. Balok 1 akan bergerak ke kanan sedangkan balok 2 akan bergerak turun sejajar bidang miring dengan percepatan yang sama sebesar a. Untuk memilih percepatan dan gaya tegangan tali, kita cari terlebih dahulu resultan gaya masing-masing balok dengan memakai Hukum Newton sebagai berikut.
Tinjau Balok 1
ΣFX = ma
T = m1a …………… Pers. (1)
Tinjau Balok 1
ΣFX = ma
w2 sin θ – T = m2a
m2g sin θ – T = m2a …………… Pers. (2)
Subtitusikan persamaan (1) ke persamaan (2) sebagai berikut.
m2g sin θ – m1a = m2a
m1a + m2a = m2g sin θ
(m1 + m2)a = m2g sin θ
a = m2g sin θ/(m1 + m2) …………… Pers. (3)
Rumus percepatan sudah kita peroleh, langkah selanjutnya yaitu memasukkan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (3) sebagai berikut.
a = (6)(10)sin 30°/(4 + 6)
a = (60)(0,5)/(10)
a = 30/10
a = 3 m/s2
Jadi, besar percepatan kedua balok untuk kondisi bidang licin yaitu 3 m/s2. Kemudian untuk memilih besar gaya tegangan tali secara mudah, kita masukkan nilai percepatan ke persamaan (1) sebagai berikut.
T = m1a
T = (4)(3)
T = 12 N
Dengan demikian, besar gaya tegangan tali yang bekerja pada balok 1 dan balok 2 untuk bidang licin yaitu 12 Newton.
Contoh Soal #2
Untuk kasus yang sama ibarat pada referensi soal #1, tentukanlah besar percepatan dan gaya tegangan tali apabila kondisi bidang datar dan bidang miring yaitu berangasan dengan koefisien gesek kinetis sebesar 0,2?
Penyelesaian
Diketahui:
m1 = 2 kg
m2 = 4 kg
θ = 30°
μk = 0,2
g = 10 m/s2
Ditanyakan: Percepatan dan gaya tegangan tali
Jawab
Gambar diagram gaya sama ibarat pada referensi soal sebelumnya, hanya saja alasannya yaitu permukaan bidang datar dan miring yaitu kasar, maka terdapat gaya gesek yang menghambat gerak kedua balok. Perhatikan gambar berikut ini.
blogspot.com/-K9iMCZlLxGk/WbgYNwIS4VI/AAAAAAAACCw/DohA2-Arw1YEaicWkQ9pZkZVwbnSCYj6gCLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-5-%2528no.2%2529.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-K9iMCZlLxGk/WbgYNwIS4VI/AAAAAAAACCw/DohA2-Arw1YEaicWkQ9pZkZVwbnSCYj6gCLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-5-%2528no.2%2529.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Sistem Katrol Materi Dinamika Translasi 5" />
Untuk soal kedua ini, resultan gaya pada sumbu-Y baik balok 1 dan balok 2 perlu kita uraikan alasannya yaitu besarnya gaya gesek dipengaruhi oleh besarnya gaya normal yang bekerja pada sumbu-Y. Percepatan dan tegangan tali sanggup kita tentukan dengan mencari resultan gaya masing-masing balok memakai Hukum Newton sebagai berikut.
Tinjau Balok 1
ΣFY = 0
N1 – w1 = 0
N1 – m1g = 0
N1 = m1g
ΣFX = ma
T – f1 = m1a
T – μkN1 = m1a
T – μkm1g = m1a
T = m1a + μkm1g …………… Pers. (4)
Tinjau Balok 1
ΣFY = 0
N2 – w2 cos θ = 0
N2 – m2g cos θ = 0
N2 = m2g cos θ
ΣFX = ma
w2 sin θ – T – f2 = m2a
w2 sin θ – T – μkN2 = m2a
m2g sin θ – T – μkN2 = m2a
m2g sin θ – T – μkm2g cos θ = m2a …………… Pers. (5)
Kita subtitusikan persamaan (4) ke persamaan (5) sebagai berikut.
m2g sin θ – (m1a + μkm1g)– μkm2g cos θ = m2a
m1a + m2a = m2g sin θ – μkm2g cos θ – μkm1g
(m1 + m2)a = (m2 sin θ – μkm2 cos θ – μkm1)g
a = (m2 sin θ – μkm2 cos θ – μkm1)g/(m1 + m2) …………… Pers. (6)
Masukkan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (6)
a = [(6)(sin 30°) – (0,2)(6)(cos 30°) – (0,2)(4)]10/(4 + 6)
a = [(6)(0,5) – (1,2)(0,87) – (0,8)]10/(10)
a = 3 – 1 – 0,8
a = 1,2 m/s2
Jadi, besar percepatan kedua balok untuk kondisi bidang berangasan yaitu 1,2 m/s2. Untuk memilih besar gaya tegangan tali, kita masukkan nilai percepatan ke persamaan (4) sebagai berikut.
T = m1a + μkm1g
T = (4)(1,2) + (0,2)(4)(10)
T = 4,8 + 8
T = 12,8 N
Jadi, besar gaya tegangan tali yang bekerja pada balok 1 dan balok 2 untuk bidang berangasan yaitu 12 Newton.
Demikianlah artikel perihal referensi soal dan pembahasan sistem katrol bahan dinamika translasi bab kelima. Kalian juga sanggup mempelajari referensi soal dan pembahasan untuk model-model sistem katrol yang lain. Total ada 12 model katrol yang sanggup kalian temukan dalam daftar berikut ini. Silahkan pilih dan klik link yang disajikan.
Daftar Model Sistem Katrol, Materi dan Contoh Soal
No | Model Katrol | Materi | Contoh Soal |
1 | blogspot.com/-8Z4hbfSMCFs/Wa76vcf80bI/AAAAAAAAB9Q/dwGLw-3ZqpMIGXO4bfUVapljyH3NM8u6wCLcBGAs/s1600/model-katrol-1.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
2 | blogspot.com/-AJPAh0__g-o/Wa76wl--YZI/AAAAAAAAB9k/i5WT7yLIT6MHBm_frShZvQh0E3XJ4pFLACLcBGAs/s1600/model-katrol-2.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
3 | blogspot.com/-bedxUdlfLXQ/Wa76wtEl-YI/AAAAAAAAB9g/U-Iv37du6dgpedC2qRwEg4V-sBHxLjUMgCLcBGAs/s1600/model-katrol-3.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
4 | blogspot.com/-uCBYFIfcTx8/Wa76xHUAarI/AAAAAAAAB9o/USuArozGzoYq4g9LcxrNQ8UsA1Rlg5nfgCLcBGAs/s1600/model-katrol-4.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
5 | blogspot.com/-YLtR9KUNRjY/Wa76xj43GuI/AAAAAAAAB9s/Evzlg72urUs32tt_900GpKy4qUm6naargCLcBGAs/s1600/model-katrol-5.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
6 | blogspot.com/-aIDQuP8gd60/Wa76x4tHe5I/AAAAAAAAB9w/ad8AYZAJIQkXPsUAEfovZu7L-Yf-XZw_QCLcBGAs/s1600/model-katrol-6.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
7 | blogspot.com/-4UxANFmn7-I/Wa76ycjwzrI/AAAAAAAAB90/o05hbpOS0nsTwjxu4rAVnqgyc7F0-dCxwCLcBGAs/s1600/model-katrol-7.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
8 | blogspot.com/-kuQoDIWJCxQ/Wa76yansCKI/AAAAAAAAB94/Hls6uaXZm7QMu69k4n3fJtFC6MeIKClFwCLcBGAs/s1600/model-katrol-8.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
9 | blogspot.com/-lfxMyEUm7zw/Wa76y6T8YZI/AAAAAAAAB98/10d6zpyUtZUhzlFaWAz9yanuFLIDkfMeACLcBGAs/s1600/model-katrol-9.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | | |
10 | blogspot.com/-Hv1JeDKKtaY/Wa76vpT7yFI/AAAAAAAAB9U/DLQb2QTF-qs3FIkprC14pn5Qojtcj3vagCLcBGAs/s1600/model-katrol-10.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
11 | blogspot.com/-7wbM2XOatjg/Wa76vocvhFI/AAAAAAAAB9Y/TuFqwOQEPW0pvO1khmJeGTk_Tjwyx3VnQCLcBGAs/s1600/model-katrol-11.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> | ||
12 | blogspot.com/-sy_iX5DjqaM/Wa76wLfnnyI/AAAAAAAAB9c/d1Tfw0V1p5MD2NPXYnlFJ4CO6BiP97YFACLcBGAs/s1600/model-katrol-12.png" style="box-sizing: border-box; color: #7ac143; margin-left: 1em; margin-right: 1em; text-decoration: none; transition: all 0.4s ease-in-out;"> |
