Belajar Fisika Pola Soal Gerak Benda Yang Bersentuhan Dan Pembahasannya
Artikel ini menyajikan kumpulan soal dan pembahasan perihal gerak benda-benda yang bersentuhan, baik di bidang datar maupun dalam sumbu vertikal. Konsep gerak benda yang bersentuhan berkaitan bersahabat dengan konsep Hukum III Newton, yaitu apabila dua benda saling berinteraksi maka pada dua benda tersebut akan timbul gaya aksi-reaksi atau gaya kontak yang sama besar dan berlawanan arah.
Selain berkaitan dengan Hukum III Newton, untuk benda-benda yang bersentuhan di bidang datar, tentunya kita memperhitungkan keadaan permukaan bidang. Apabila bidang licin maka gaya gesek tidak mensugesti gerak benda. Namun, jikalau bidang bergairah maka gaya gesek mensugesti gerak benda. Untuk itu, sebelum masuk ke pembahasan soal kita bahas dahulu konsep Hukum Newton dan gaya gesek 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: | 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 gerak benda benda-benda yang bersentuhan. Simak baik-baik uraian berikut ini.
Contoh Soal #1
Dua balok (m1 dan m2) yang bersentuhan mula-mula membisu di atas lantai licin menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. 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.
blogspot.com/-_rIrvIUAqIk/WahQhvl-wAI/AAAAAAAAB50/UwFkTD5Y6pI4CpnlWBee8AknkdyO5sIlgCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231a.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-_rIrvIUAqIk/WahQhvl-wAI/AAAAAAAAB50/UwFkTD5Y6pI4CpnlWBee8AknkdyO5sIlgCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231a.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda yang Bersentuhan dan Pembahasannya" />
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.
blogspot.com/-gXQhbSgfITg/WahQhgnQ77I/AAAAAAAAB58/pToZJXEw2TsnVTkjRiumkBi7fc9cp23uACLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231b.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-gXQhbSgfITg/WahQhgnQ77I/AAAAAAAAB58/pToZJXEw2TsnVTkjRiumkBi7fc9cp23uACLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231b.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda yang Bersentuhan dan Pembahasannya" />
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
■ 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 yaitu 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 yaitu 60 N.
Rumus cepat menghitung percepatan dan gaya kontak untuk sistem menyerupai pola soal 1 sanggup kalian temukan dalam artikel tentang: Hukum Newton pada Gerak 2 Benda yang bersentuhan di Bidang Datar.
Contoh Soal #2
Benda bermassa m1 = 20 kg diletakkan di atas benda yang bermassa m2 = 50 kg. Kemudian kedua benda tersebut didorong vertikal ke atas dengan gaya sebesar 210 N. Jika besar percepatan gravitasi g = 10 m/s2 maka tentukan besar percepatan kedua benda dan juga gaya aksi-reaksi (gaya kontak) antara benda m1 dan m2.
Jawab
Diketahui:
m1 = 20 kg
m2 = 50 kg
F = 210 N
g = 10 m/s2
Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak
Langkah pertama yaitu menggambarkan keadaan objek menyerupai yang dideskripsikan dalam soal beserta diagram gaya yang bekerja pada sistem menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
blogspot.com/-XL75F5eR6jQ/WahQh568X1I/AAAAAAAAB54/CfQV_h1OcDUSpZsSswyOm1nfKaG1G97hQCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25232.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-XL75F5eR6jQ/WahQh568X1I/AAAAAAAAB54/CfQV_h1OcDUSpZsSswyOm1nfKaG1G97hQCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25232.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda yang Bersentuhan dan Pembahasannya" />
Konsep penyelesaian soal 2 ini sama dengan penyelesaian pada soal 1 hanya saja untuk soal 2, resultan gaya yang perlu kita uraikan yaitu resultan gaya pada sumbu-Y. Dalam menentuka besar percepatan dan gaya kontak, kita gunakan Hukum II Newton pada masing-masing benda.
■ Tinjau Benda 1
ΣFY = ma
F – w1 – F21 = m1a
F – m1g – F21 = m1a ............... Pers. (4)
■ Tinjau Benda 2
ΣFY = ma
F12 – w2 = m2a
F12 = m2a + w2
F12 = m2a + m2g ............... Pers. (5)
F12 dan F21 merupakan pasangan gaya aksi-reaksi sehingga besarnya sama. Dengan demikian kita sanggup mensubtitusikan persamaan (5) ke dalam persamaan (4) sebagai berikut.
F – m1g – (m2a + m2g) = m1a
F – m1g – m2a – m2g = m1a
F – m1g – m2g = m1a + m2a
F – g(m1 + m2) = (m1 + m2)a
a = [F – g(m1 + m2)]/(m1 + m2)
a = [F/(m1 + m2)] – g ............... Pers. (6)
kemudian kita subtitusikan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (6) untuk memilih besar percepatan.
a = [210/(20 + 50)] – 10
a = (210/70) – 10
a = 3 – 10
a = –7 m/s2
Jadi besar percepatan kedua benda tersebut adalah –7 m/s2. Tanda minus menyatakan bahwa benda melaksanakan gerak vertikal ke atas (GVA) sehingga arah percepatan (a) berlawanan arah dengan percepatan gravitasi bumi (g). Besar gaya kontak sanggup kita hitung dengan memasukkan nilai percepatan ke persamaan (5).
F12 = m2a + m2g
F12 = (50)(–7) + (50)(10)
F12 = –350 + 500
F12 = 150 N
Jadi besar gaya aksi-reaksi atau gaya kontak antara benda m1 dan m2 adalah 150 N.
Demikianlah artikel perihal pola soal dan pembahasan perihal gerak benda yang bersentuhan beserta gambar ilustrasi dan garis-garis gayanya. 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.
