Belajar Fisika Rujukan Soal Dan Pembahasan Sistem Katrol Bahan Dinamika Translasi 2
Pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari referensi soal untuk model sistem katrol yang kedua khusus bahan dinamika translasi. Model sistem katrol yang kedua ini yaitu dua benda yang dihubungkan seutas tali melalui sebuah katrol tetap di mana benda yang satu terletak di bidang datar (licin atau kasar) dan benda lainnya dalam keadaan menggantung.
Namun sebelum masuk ke pembahasan soal, kita ingat-ingat kembali konsep Hukum Newton, gaya gesek dan perjanjian tanda untuk gaya-gaya yang bekerja pada sistem katrol, alasannya ketiga konsep ini sangat penting untuk menuntaskan kasus gerak benda pada sistem katrol dalam dinamika translasi. Silahkan kalian simak rangkuman 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) | 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, jikalau 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 kedua. Simak baik-baik uraian berikut ini.
Contoh Soal #1
Balok A yang bermassa 3 kg diletakkan di atas meja kemudian diikat tali yang menghubungkan balok B dengan massa 2 kg melalui sebuah katrol menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Massa dan goresan katrol diabaikan sedangkan percepatan gravitasi g = 10 m/s2. Tentukanlah besar percepatan sistem dan tegangan tali jika:
■ Meja licin
■ Meja bernafsu dengan koefisien gesek kinetik μk = 0,4
blogspot.com/-PciEN9gEPxo/WbLRGPcNmaI/AAAAAAAAB_s/G31iQNi_3EMJFjeaIbr-BAbS_h68n06fACLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-2-%2528no.1a%2529.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-PciEN9gEPxo/WbLRGPcNmaI/AAAAAAAAB_s/G31iQNi_3EMJFjeaIbr-BAbS_h68n06fACLcBGAs/s200/contoh-soal-model-sistem-katrol-2-%2528no.1a%2529.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Sistem Katrol Materi Dinamika Translasi 2" width="200" />
Penyelesaian:
Diketahui:
mA = 3 kg
mB = 2 kg
g = 10 m/s2
untuk meja kasar, μk = 0,4
Ditanyakan: Percepatan dan gaya tegangan tali.
Jawab:
Hal utama yang perlu kita lakukan ialah menggambarkan diagram atau garis-garis gaya yang bekerja pada sistem. Karena sistem ada dua jenis, yaitu meja licin dan kasar, maka kita akan menggambarkan diagram gayanya secara terpisah. Yang pertama kita mulai dari sistem meja licin, gambar diagram gayanya ialah sebagai berikut.
■ Meja licin
blogspot.com/-fIOVXOVextA/WbLRGK-ubZI/AAAAAAAAB_w/0O_CcRViBUAt_kdE4EIaDffrgKbHOapWwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-2-%2528no.1b%2529.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-fIOVXOVextA/WbLRGK-ubZI/AAAAAAAAB_w/0O_CcRViBUAt_kdE4EIaDffrgKbHOapWwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-2-%2528no.1b%2529.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Sistem Katrol Materi Dinamika Translasi 2" />
Dari gambar diagram gaya di atas, maka kita sanggup memilih resultan gaya pada masing-masing balok. Untuk balok B yang menggantung tentu saja tidak ada resultan gaya pada sumbu-X sedangkan pada balok A, kita tidak perlu menguraikan resultan gaya pada sumbu-Y dikarenakan tidak terdapat gaya gesek. Dengan memakai Hukum II Newton, maka resultan gaya masing-masing benda ialah sebagai berikut.
Tinjau Balok A
ΣFX = ma
T = mAa …………… Pers. (1)
Tinjau Balok B
ΣFY = ma
wB – T = mBa
mBg – T = mBa …………… Pers. (2)
Subtitusikan persamaan (1) ke persamaan (2)
mBg – T = mBa
mBg – mAa = mBa
mAa + mBa = mBg
(mA + mB)a = mBg
a = mBg/(mA + mB) …………… Pers. (3)
Masukkan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (3)
a = (2)(10)/(3 + 2)
a = 20/5
a = 4 m/s2
Jadi besar percepatan sistem untuk keadaan meja licin ialah 4 m/s2. Untuk memilih besar gaya tegangan tali, kita masukkan nilai percepatan ke persamaan (1) sebagai berikut.
T = mAa
T = (3)(4)
T = 12 N
Jadi besar gaya tegangan tali untuk kondisi meja licin ialah 12 N.
■ Meja kasar
blogspot.com/-AZsbVoi1jzE/WbLRGErY32I/AAAAAAAAB_0/Yx7MbKX3f_0UcgaxjMTYgKvkeXSTIuZzwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-2-%2528no.1c%2529.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-AZsbVoi1jzE/WbLRGErY32I/AAAAAAAAB_0/Yx7MbKX3f_0UcgaxjMTYgKvkeXSTIuZzwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-model-sistem-katrol-2-%2528no.1c%2529.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Sistem Katrol Materi Dinamika Translasi 2" />
Untuk kondisi meja kasar, maka terdapat gaya gesek yang bekerja pada balok A sehinga kita perlu mengguraikan resultan gaya pada sumbu-Y untuk balok A. Sama menyerupai pada meja licin, kita juga sanggup memakai Hukum II Newton untuk menentuan resultan gaya pada masing-masing balok, yaitu sebagai berikut.
Tinjau Balok A
ΣFY = ma
N – wA = mAa
N – mAg = mAa
Karena tidak terjadi gerak dalam arah vertikal, maka a = 0 sehingga
N – mAg = 0
N = mAg
ΣFX = ma
T – f = mAa
T – μkN = mAa
T – μkmAg = mAa
T = mAa + μkmAg …………… Pers. (4)
Tinjau Balok B
ΣFY = ma
wB – T = mBa
mBg – T = mBa …………… Pers. (5)
Subtitusikan persamaan (4) ke persamaan (5)
mBg – (mAa + μkmAg) = mBa
mAa + mBa = mBg – μkmAg
(mA + mB)a = (mB – μkmA)g
a = (mB – μkmA)g/(mA + mB) …………… Pers. (6)
Masukkan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke persamaan (6)
a = [2 – (0,4)(3)]10/(3 + 2)
a = 8/5
a = 1,6 m/s2
Jadi besar percepatan sistem untuk keadaan meja bernafsu ialah 1,6 m/s2. Untuk memilih besar gaya tegangan tali, kita masukkan nilai percepatan ke persamaan (4) sebagai berikut.
T = mAa + μkmAg
T = (3)(1,6) + (0,4)(3)(10)
T = 4,8 + 12
T = 16,8 N
Jadi besar gaya tegangan tali untuk kondisi meja bernafsu ialah 16,8 N.
Bagian 2
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;"> |
