Belajar Fisika Pola Soal Gerak Benda Di Bidang Datar Dan Pembahasannya
Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas wacana kumpulan soal dan pembahasan wacana gerak benda di bidang datar. Berbicara mengenai gerak, tentu selalu ada kaitannya dengan penyebab terjadinya gerak tersebut. Suatu benda yang mula-mula membisu kemudian menjadi bergerak atau mula-mula bergerak menjadi membisu itu disebabkan oleh efek gaya.
Konsep dan kaitan antara gaya dan gerak benda pertama kali dijelaskan oleh Sir Isaac Newton dalam 3 hukumnya yang terkenal. Selain itu, gerak benda di bidang datar terutama untuk bidang berangasan juga selalu berkaitan dengan gaya gesek. Oleh lantaran itu, sebelum kita membahas soal, kita bahas terlebih dahulu konsep wacana Hukum Newton dan gaya gesek yaitu sebagai berikut.
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: ■ 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) |
Baca Juga
Penjelasan lengkap mengenai gaya gesek, baca artikel tentang: Definisi, Sifat, Jenis, Rumus dan Contoh Soal wacana 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 wacana gerak benda di bidang datar. Simak baik-baik uraian berikut ini.
Contoh Soal #1
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s di atas bidang datar licin, kemudian 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.
blogspot.com/-KAv_ztU7MHQ/WaRQ07PHs1I/AAAAAAAAB3U/Egm0GKpWIdUaIYJPVoEseFr6F1qR5oj3wCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25231.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-KAv_ztU7MHQ/WaRQ07PHs1I/AAAAAAAAB3U/Egm0GKpWIdUaIYJPVoEseFr6F1qR5oj3wCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25231.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Datar dan Pembahasannya" />
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
Penjelasan rinci mengenai rumus GLBB, silahkan baca artikel tentang: Definisi, Ciri, Jenis, Rumus, Grafik dan Contoh Soal wacana Gerak Lurus Berubah Beraturan.
Contoh Soal #2
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 campuran 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 tolong-menolong dan kondisi kedua di mana balok B bergerak sendirian (karna balok A terjatuh). Oleh lantaran itu, kita bahas satu-satu kondisi tersebut.
Kondisi pertama
blogspot.com/-zanH-UV5R2c/WaRQ1R2FueI/AAAAAAAAB3c/kv3u1zwJDvIrY3TJfLNttXUoRMHJNn6fQCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25232a.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-zanH-UV5R2c/WaRQ1R2FueI/AAAAAAAAB3c/kv3u1zwJDvIrY3TJfLNttXUoRMHJNn6fQCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25232a.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Datar dan Pembahasannya" />
Karena kedua balok bergerak secara bersama-sama, maka besar gaya dipengaruhi oleh campuran 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
blogspot.com/-eIYWdw9AR-w/WaRQ1SICJ9I/AAAAAAAAB3Y/ZuyEL79QVL0SH_Ehao7mGhsfpjuK2aqZQCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25232b.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-eIYWdw9AR-w/WaRQ1SICJ9I/AAAAAAAAB3Y/ZuyEL79QVL0SH_Ehao7mGhsfpjuK2aqZQCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25232b.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Datar dan Pembahasannya" />
Besarnya gaya F pada kondisi pertama juga masih berlaku untuk kondisi kedua, namun lantaran 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.
Contoh Soal #3
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.
blogspot.com/-GrR79quSuWY/WaRQ15kPBrI/AAAAAAAAB3g/LGWK6Uy0-uYiCAijYv2-4Fb3pN3dqBtagCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25233.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-GrR79quSuWY/WaRQ15kPBrI/AAAAAAAAB3g/LGWK6Uy0-uYiCAijYv2-4Fb3pN3dqBtagCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25233.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Datar dan Pembahasannya" />
Tentu kalian tahu kalau balok es permukaannya licin, sehingga kita sanggup mengabaikan gaya gesek. Oleh lantaran 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
Konsep gerak benda di bidang datar licin sanggup kalian pelajari seluruhnya dalam artikel tentang: Hukum Newton pada Gerak Benda di Bidang Datar Licin.
Contoh Soal #4
Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar. Kemudian balok ditarik dengan gaya sebesar F mendatar. Apabila koefisien gesek statis sebesar 0,6, koefisien gesek kinetis sebesar 0,3 dan g = 10 m/s2, maka tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika:
■ F = 100 N
■ F = 140 N
Jawab
Diketahui:
m = 20 kg
μs = 0,6
μk = 0,3
g = 10 m/s2
Ditanyakan: Gaya gesek (f) dan percepatan (a)
Langkah pertama, kita gambarkan terlebih dahulu diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda secara lengkap menyerupai yang terlihat pada gambar berikut.
blogspot.com/-ykjCOecThyM/WaRQ2JwPU-I/AAAAAAAAB3k/xpqvdApJNS0dG4ZSXYKBQQsrm9pZUZTnwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25234.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-ykjCOecThyM/WaRQ2JwPU-I/AAAAAAAAB3k/xpqvdApJNS0dG4ZSXYKBQQsrm9pZUZTnwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25234.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Datar dan Pembahasannya" />
Berdasarkan diagram gaya yang bekerja pada balok di atas, besarnya gaya normal sanggup ditentukan dengan memakai Hukum II Newton sebagai berikut.
ΣFY = ma
N – w = ma
Karena tidak terjadi gerak dalam arah vertikal, maka a = 0 sehingga
N – w = 0
N – mg = 0
N = mg
N = (20)(10)
N = 200 N
Langkah selanjutnya ialah memilih efek gaya F dengan cara menghitung dahulu besar gaya gesek statis maksimumnya (fs maks)
fs max = μsN
fs max = (0,6)(200)
fs max = 120 N
■ F = 100 N
F < fs max berati balok membisu (bekerja gaya gesek statis fs) dan berlaku Hukum I Newton sebagai berikut.
ΣFX = 0
F – fs = 0
100 – fs = 0
fs = 100 N
Jadi, dengan gaya tarik sebesar 100 N, besar gaya gesek yang dirasakan benda ialah 100 N.
■ F = 140 N
F > fs max berati balok bergerak (bekerja gaya gesek kinetis fk) dan berlaku Hukum II Newton sebagai berikut.
ΣFX = ma
F – fk = ma
F – μkN = ma
140 – (0,3)(200) = 20a
140 – 60 = 20a
80 = 20a
a = 4 m/s2
Jadi, dengan gaya tarik sebesar 140 N, besar percepatan gerak benda ialah 4 m/s2.
Contoh Soal #5
Anis menarik sebuah balok yang bermassa 10 kg dengan gaya sebesar 100 N dengan arah membentuk sudut 37° terhadap lantai. Koefisien gesek statis dan kinetis benda terhadap lantai ialah 0,5 dan 0,4. Jika percepatan gravitasi di daerah itu ialah 10 m/s2. Maka tentukan bergerak atau tidak benda tersebut. jikalau bergerak tentukan percepatannya.
Jawab
Diketahui:
m = 10 kg
F = 100 N
θ = 37°
μs = 0,5
μk = 0,4
g = 10 m/s2
Ditanyakan: membisu atau bergerak, jikalau bergerak berapa a.
Seperti biasa, langkah pertama ialah menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut, menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
blogspot.com/-BQisNmrK0zo/WaRQ2fwG_XI/AAAAAAAAB3o/iiC8pRpLgnw2z4gJ-ZbNg_6PdB3Izh2owCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25235.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-BQisNmrK0zo/WaRQ2fwG_XI/AAAAAAAAB3o/iiC8pRpLgnw2z4gJ-ZbNg_6PdB3Izh2owCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25235.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Datar dan Pembahasannya" />
Langkah kedua ialah memilih besar gaya normal N dengan memakai Hukum I Newton sebagai berikut.
ΣFY = 0
N + F sin θ – w = 0
N = w – F sin θ
N = mg – F sin θ
N = (10)(10) – (100)(sin 37°)
N = 100 – (100)(0,6)
N = 100 – 60
N = 40 N
Langkah selanjutnya ialah menghitung dahulu besar gaya gesek statis maksimumnya (fs maks) sebagai berikut.
fs maks = μsN
fs maks = (0,5)(40)
fs maks = 20 N
Karena F = 100 N > fs maks maka balok yang ditarik Anis sudah bergerak sehingga bekerja gaya gesek kinetik (fk). Dengan memakai Hukum II Newton, maka percepatan gerak balok ialah sebagai berikut.
ΣFX = ma
F cos θ – fk = ma
F cos θ – μkN = ma
(100)(cos 37°) – (0,4)(40) = 10a
(100)(0,8) – 16 = 10a
80 – 16 = 10a
64 = 10a
a = 6,4 m/s2
Jadi, balok tersebut bergerak dengan percepatan sebesar 6,4 m/s2.
Konsep gerak benda di bidang datar berangasan sanggup kalian pelajari seluruhnya dalam artikel tentang: Hukum Newton pada Gerak Benda di Bidang Datar Kasar.
Demikianlah artikel wacana kumpulan pola soal dan pembahasan wacana gerak benda di bidang datar beserta gambar. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, abjad maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel berikutnya.
