Belajar Fisika Teladan Soal Dan Pembahasan Sistem Katrol Bahan Dinamika Translasi 1
Artikel ini membahas ihwal pola soal dan pembahasan gerak benda yang dihubungkan katrol khusus bahan dinamika translasi. Dalam dinamika translasi, kondisi katrol kita anggap licin serta massa katrol dan tali diabaikan sehingga tidak ada momen inersia yang mempengaruhi besar percepatan dan gaya tegangan tali. Model sistem katrol yang akan kita pelajari di sini ialah sebuah katrol tetap yang menghubungkan dua benda melalui seutas tali.
Namun sebelum masuk ke pola soal dan pembahasannya, kita ingat-ingat kembali konsep Hukum Newton dan beberapa perjanjian tanda (positif atau negatif) untuk gaya-gaya yang bekerja pada sistem katrol berikut ini. Silahkan kalian cermati secara seksama.
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 |
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 dan perjanjian tanda untuk gaya-gaya yang bekerja pada sistem katrol, sekarang saatnya kita bahas pola soal sistem katrol untuk bahan dinamika translasi belahan pertama. Simak baik-baik uraian berikut ini.
Contoh Soal
Balok A = 4 kg dan balok B = 6 kg disambungkan dengan tali yang melalui katrol menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Sistem mula-mula diam, kemudian dilepaskan. Apabila g = 10 m/s2 serta gaya gesek dan massa katrol diabaikan, tentukanlah:
■ Percepatan balok A dan balok B
■ Jarak yang ditempuh balok A dan balok B selama 2 sekon
■ Besar gaya tegangan tali
blogspot.com/-6KCTvbi5xtM/Wa76gNoPylI/AAAAAAAAB9I/4dvY-KzDfDsJQq7gjiDrQZJn9gfj0isQwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25236a.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-6KCTvbi5xtM/Wa76gNoPylI/AAAAAAAAB9I/4dvY-KzDfDsJQq7gjiDrQZJn9gfj0isQwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25236a.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Sistem Katrol Materi Dinamika Translasi 1" />
Penyelesaian:
Diketahui:
mA = 4 kg
mB = 6 kg
g = 10 m/s2
Ditanyakan: Percepatan, jarak dan gaya tegangan tali.
Jawab:
Langkah pertama yang harus kalian lakukan ialah menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada sistem katrol tersebut. Oleh sebab katrol licin dan besar mB > mA maka balok B akan bergerak ke bawah dan balok A akan bergerak ke atas dengan percepatan yang sama. Gambar diagram gayanya ialah sebagai berikut.
blogspot.com/-67cMcICq6sg/Wa76gCAdh6I/AAAAAAAAB9M/tYD3OpPv7msY8nC8P8Yn6dcJyQfRKTbqwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25236b.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-67cMcICq6sg/Wa76gCAdh6I/AAAAAAAAB9M/tYD3OpPv7msY8nC8P8Yn6dcJyQfRKTbqwCLcBGAs/s1600/contoh-soal-%25236b.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal dan Pembahasan Sistem Katrol Materi Dinamika Translasi 1" />
Langkah kedua ialah memilih resultan gaya pada masing-masing balok dengan memakai Hukum II Newton. Karena kedua objek dalam keadaan menggantung, maka gaya yang bekerja pada sumbu-X (horizontal) tidak ada sehingga kita hanya perlu memilih resultan gaya pada sumbu-Y (vertikal) saja.
Tinjau Balok A
ΣFY = ma
TA – wA = mAa
TA – mAg = mAa
TA = mAa + mAg …………… Pers. (1)
Tinjau Balok B
ΣFY = ma
wB – TB = mBa
mBg – TB = mBa …………… Pers. (2)
Karena kedua balok dihubungkan oleh tali yang sama, maka besar TB = TA, sehingga kita sanggup mensubtitusikan persamaan (1) ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.
mBg – (mAa + mAg) = mBa
mAa + mBa = mBg – mAg
(mA + mB)a = (mB – mA)g
a = (mB – mA)g/(mA + mB) …………… Pers. (3)
Lalu kita masukkan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (3) sehingga kita peroleh besar percepatan, yaitu sebagai berikut.
a = (6 – 4)10/(4 + 6)
a = (6 – 4)10/(4 + 6)
a = 20/10
a = 2 m/s2
Jadi, besar percepatan balok A dan balok B ialah 2 m/s2. Untuk memilih jarak yang ditempuh kedua balok sesudah bergerak selama 2 sekon, kita gunakan rumus jarak pada gerak lurus berubah beraturan sebagai berikut.
s = v0t + ½ at2
Karena mula-mula sistem diam, maka tidak ada kecepatan awal. Oleh sebab itu v0 = 0 sehingga rumus jarak menjadi
s = ½ at2
Kemudian kita masukkan nilai a = 2 m/s2 dan t = 2 s ke rumus jarak di atas.
s = ½(2)(2)2
s = ½(8)
s = 4 m
Jadi, jarak yang ditempuh kedua balok sesudah bergerak selama 2 detik ialah 4 meter. Dan terkahir untuk menghitung besar gaya tegangan tali, kita sanggup subtitusikan besar percepatan dan nilai-nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (1) atau persamaan (2), terserah kalian mana yang lebih mudah.
TA = mAa + mAg
TA = (4)(2) + (4)(10)
TA = 8 + 40
TA = 48 N
Dengan demikian, besar gaya tegangan tali yang dialami balok A dan balok B ialah 48 Newton.
Demikianlah artikel ihwal pola soal dan pembahasan sistem katrol bahan dinamika translasi belahan pertama. Kalian juga sanggup mempelajari pola 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;"> |