Belajar Fisika Referensi Soal Gerak Benda Di Bidang Miring Dan Pembahasannya
Artikel ini membahas wacana kumpulan teladan soal yang berkaitan dengan gerak benda di bidang miring beserta pembahasannya. Bidang miring merupakan suatu bidang datar yang mempunyai sudut kemiringan tertentu terhadap arah horizontal. Pada benda-benda yang terletak di atas bidang miring, maka gaya berat benda tersebut selalu mempunyai dua komponen, yaitu komponen gaya berat pada sumbu-X dan komponen gaya berat pada sumbu-Y.
Agar kalian lebih paham mengenai konsep penguraian gaya berat di bidang miring, silahkan pelajari artikel tentang: Cara Menguraikan Vektor Gaya di Bidang Miring.
Konsep yang kita gunakan untuk menuntaskan soal wacana gerak benda di bidang miring ialah konsep Hukum Newton dan gaya gesek (khusus untuk bidang miring kasar). Oleh alasannya itu, sebelum kita mulai ke pembahasan soal, ada baiknya kita ingat-ingat kembali ringkasan bahan wacana Hukum Newton dan gaya gesek 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 |
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 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 miring. Simak baik-baik uraian berikut ini.
Contoh Soal #1
Sebuah balok yang massanya 6 kg meluncur ke bawah pada sebuah papan licin yang dimiringkan 30° dari lantai. Jika jarak lantai dengan balok 10 m dan besarnya percepatan gravitasi di kawasan itu ialah 10 ms-2, maka tentukan percepatan dan waktu yang dibutuhkan balok untuk hingga di lantai.
Jawab
Diketahui:
m = 6 kg
s = 10 m
θ = 30°
g = 10 m/s
Ditanyakan: Percepatan dan waktu.
Langkah pertama untuk menuntaskan soal yang bekerjasama dengan dinamika gerak ialah menggambarkan denah ilustrasi soal beserta diagram gaya yang bekerja pada sistem menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
blogspot.com/-xj3sm4Tobgk/Wa2MadCSKPI/AAAAAAAAB8E/DGDPk-sBQH8Mwk0YvNEqJCmUcBaEnYrIQCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25231.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-xj3sm4Tobgk/Wa2MadCSKPI/AAAAAAAAB8E/DGDPk-sBQH8Mwk0YvNEqJCmUcBaEnYrIQCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25231.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Miring dan Pembahasannya" />
Karena kondisi bidang miring ialah licin, maka tidak ada gaya gesek sehingga kita tidak perlu menguraikan resultan gaya pada sumbu-Y atau sumbu vertikal. Menurut Hukum II Newton, resultan gaya yang bekerja pada benda dalam arah sumbu-X ialah sebagai berikut.
ΣFX = ma
w sin θ = ma
mg sin θ = ma
a = g sin θ …………… Pers. (1)
■ Menentukan percepatan
Untuk memilih besar percepatan balok, subtitusikan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (1) sebagai berikut.
a = g sin θ
a = (10)(sin 30°)
a = (10)(0,5)
a = 5 m/s2
jadi, balok tersebut meluncur ke bawah dengan percepatan sebesar 5 m/s2.
Important: Rumus percepatan pada persamaan (1) berlaku untuk semua gerak benda di bidang miring licin tanpa gaya luar. |
■ Menentukan waktu untuk hingga di lantai
Untuk memilih waktu yang dibutuhkan balok untuk mencapai lantai, kita gunakan rumus jarak pada gerak lurus berubah beraturan atau GLBB. (Kenapa GLBB bukan GLB?).
s = v0t + ½ at2
karena tidak ada keterangan mengenai kecepatan awal, maka v0 = 0 sehingga
s = ½ at2
t2 = 2s/a
t = √(2s/a) …………… Pers. (2)
Subtitusikan besar percepatan dan nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (2)
t = √[(2)(10)/5]
t = √(20/5)
t = √4
t = 2 m/s2
Dengan demikian, waktu yang dibutuhkan balok untuk hingga ke lantai ialah 2 detik.
Catatan Penting:
Konsep mengenai gerak benda di bidang miring licin dengan aneka macam macam kondisi sanggup kalian pelajari dalam artikel tentang: Hukum Newton pada Gerak Benda di Bidang Miring Licin.
Contoh Soal #2
Sebuah benda bergerak menuruni bidang yang kemiringannya 37° terhadap bidang horizontal. Apabila besar koefisien gesek kinetik 0,1, maka tentukanlah percepatan dan kecepatan benda tersebut sesudah bergerak selama 4 sekon.
Jawab
Diketahui:
θ = 37°
μk = 0,1
t = 4 s
g = 10 m/s
Ditanyakan: Percepatan dan kecepatan
Langkah pertama, kita gambarkan denah ilustrasi soal lengkap dengan diagram gaya yang bekerja pada sistem menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
blogspot.com/-kSo5V8TC6LE/Wa2MamrnjdI/AAAAAAAAB8I/eN8nVaJXLXwRIRPELrpLh9GYmYGrvBqZwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25232.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-kSo5V8TC6LE/Wa2MamrnjdI/AAAAAAAAB8I/eN8nVaJXLXwRIRPELrpLh9GYmYGrvBqZwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25232.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Miring dan Pembahasannya" />
Berbeda dengan teladan soal sebelumnya, alasannya kondisi bidang miring kasar, maka resultan gaya pada sumbu-Y juga perlu diuraikan, tentunya kalian tahu alasannya. Dengan memakai Hukum II Newton, maka resultan gaya yang bekerja pada benda ialah sebagai berikut.
Resultan Gaya pada Sumbu-Y
ΣFY = ma
N – w cos θ = ma
Karena tidak terjadi gerak pada arah vertikal, maka a = 0 sehingga
N – w cos θ = 0
N – mg cos θ = 0
N = mg cos θ
Resultan Gaya pada Sumbu-X
ΣFX = ma
w sin θ – f = ma
mg sin θ – μkN = ma
mg sin θ – μkmg cos θ = ma
a = g sin θ – μkg cos θ …………… Pers. (3)
■ Menentukan percepatan
Untuk memilih besar percepatan benda, subtitusikan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (3) sebagai berikut.
a = g sin θ – μkg cos θ
a = (10)(sin 37°) – (0,1)(10)(cos 37°)
a = (10)(0,6) – (1)(0,8)
a = 6 – 0,8
a = 5,2 m/s2
jadi, besar percepatan benda tersebut adalah 5,2 m/s2.
Important: Rumus percepatan pada persamaan (3) berlaku untuk semua gerak benda di bidang miring bernafsu tanpa gaya luar. |
■ Menentukan kecepatan
Untuk memilih besar kecepatan sesudah 4 detik, kita gunakan rumus kecepatan pada gerak lurus berubah beraturan atau GLBB sebagai berikut.
v = v0 + at
karena tidak ada kecepatan awal, maka v0 = 0
v = at
v = (5,2)(4)
v = 20,8 m/s
Dengan demikian, besar kelajuan benda sesudah bergerak selama 4 detik ialah 20,8 m/s.
Catatan Penting:
Konsep mengenai gerak benda di bidang miring bernafsu dengan aneka macam macam kondisi sanggup kalian pelajari dalam artikel tentang: Hukum Newton pada Gerak Benda di Bidang Miring Kasar.
Contoh Soal #3
Sebuah balok berada pada bidang miring bernafsu dengan sudut kemiringan sebesar 30°. Ternyata balok sempurna akan meluncur ke bawah. Jika besar percepatan gravitasi ialah 10 m/s2, tentukan koefisien gesek statis antara balok dengan bidang miring tersebut.
Jawab
Langsung saja kita gambarkan denah ilustrasi soal beserta garis-garis gaya yang bekerja pada balok menyerupai pada gambar berikut ini.
blogspot.com/-MIMDo_BZbYA/Wa2Matwr25I/AAAAAAAAB8M/d2ht39V6tl4HytOsSIk5xFimaigyoCkcwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25233.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-MIMDo_BZbYA/Wa2Matwr25I/AAAAAAAAB8M/d2ht39V6tl4HytOsSIk5xFimaigyoCkcwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25233.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Miring dan Pembahasannya" />
Karena balok sempurna akan bergerak, maka balok belum bergerak sehingga percepatannya sama dengan nol. Dengan memakai Hukum I Newton, kita peroleh persamaan berikut ini.
ΣFX = 0
w sin 30° – f = 0
w sin 30° – μsN = 0
mg sin 30° – μsmg cos 30° = 0
μsmg cos 30° = mg sin 30°
μs cos 30° = sin 30°
μs = sin 30°/cos 30°
μs = tan 30°
μs = 1/3 √3
Jadi, koefisien gesek statis antara benda dengan bidang miring adalah 1/3 √3.
Contoh Soal #4
Sebuah peti kayu bermassa 60 kg didorong oleh seseorang dengan gaya 800 N ke atas sebuah truk memakai papan yang disandarkan membentuk bidang miring. Ketinggian kolam truk kawasan papan bersandar ialah 2 m dan panjang papan yang dipakai ialah 2,5 m. Jika peti bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/s2 dan g = 10 m/s2 maka tentukan koefisien gesek kinetis antara peti kayu dengan papan.
Jawab
Diketahui:
m = 60 kg
F = 800 N
a = 2 m/s2
tinggi kolam (y) = 2 m
Panjang papan (r) = 2,5 m
g = 10 m/s
Ditanyakan: Koefisien gesek kinetik
Ketika peti berada di atas papan, diagram gaya-gaya yang bekerja sanggup kalian lihat pada gambar berikut ini.
blogspot.com/-wULf0BbAY1I/Wa2MbbFjy5I/AAAAAAAAB8Q/WXahFhPPTkIYR7D_I25-upySrgzFuKKiQCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25234.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-wULf0BbAY1I/Wa2MbbFjy5I/AAAAAAAAB8Q/WXahFhPPTkIYR7D_I25-upySrgzFuKKiQCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25234.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Miring dan Pembahasannya" />
Karena sudut kemiringan bidang tidak diketahui, maka kita perlu mengetahui panjang sisi-sisi bidang miring. Dari soal, panjang sisi yang belum diketahui ialah sisi horizontal atau sanggup kita misalkan sebagai x. Dengan memakai Teorema Phytagoras, maka panjang x ialah sebagai berikut.
x2 = r2 – y2
x2 = (2,5)2 – (2)2
x2 = 6,25 – 4
x2 = 2,25
x = √2,25 = 1,5 m
langkah selanjutnya ialah kita tentukan resultan gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y dengan memakai Hukum Newton sebagai berikut.
Resultan Gaya pada Sumbu-Y
ΣFY = ma
N – w cos θ = ma
Karena tidak terjadi gerak pada arah vertikal, maka a = 0 sehingga
N – w cos θ = 0
N – mg cos θ = 0
N = mg cos θ
Resultan Gaya pada Sumbu-X
ΣFX = ma
F – w sin θ – f = ma
F – mg sin θ – μkN = ma
F – mg sin θ – μkmg cos θ = ma
μkmg cos θ = F – mg sin θ – ma
μkmg(x/r) = F – mg(y/r) – ma
kemudian kita masukkan nilai-nilai yang diketahui dari soal ke persamaan di atas.
μk(60)(10)(1,5/2,5) = 800 – (60)(10)(2/2,5) – (60)(2)
360μk = 800 – 480 – 120
360μk = 200
μk = 200/360
μk = 0,56
Jadi, besar koefisien gesek kinetis antara peti kayu dengan papan ialah 0,56.
Catatan Penting:
Rumus cepat untuk memilih koefisien gesek statis dan kinetis sanggup kalian temukan dalam artikel tentang: Menentukan Rumus Koefisien Gesek Benda di Bidang Miring, Contoh Soal dan Pembahasan.
Demikianlah artikel wacana kumpulan teladan soal dan pembahasan wacana gerak benda di bidang miring beserta gambar ilustrasi dan diagram 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.
