Hukum Newton Pada Gerak Benda Di Dalam Lift, Tumpuan Soal Dan Pembahasan
Pada gedung-gedung tinggi yang mempunyai banyak lantai, mustahil seseorang naik turun memakai tangga. Selain memerlukan waktu lama, juga memerlukan energi yang tidak sedikit alias melelahkan. Oleh alasannya itu, pada gedung-gedung bertingkat selalu dilengkapi dengan alat transportasi yang disebut lift atau elevator. Lalu, pernahkah kalian menaiki lift? Jika pernah, Apa yang kalian rasakan pada ketika lift bergerak naik atau bergerak turun?
Ketika kita berada di dalam lift yang bergerak naik, tubuh kita akan terasa semakin berat. Namun sebaliknya, pada ketika lift bergerak turun, tubuh kita akan terasa lebih ringan. Kenapa hal tersebut sanggup terjadi? Untuk menjelaskan keadaan ini, kita sanggup memakai Hukum Newton. Untuk sanggup memahami bagaimana Hukum Newton sanggup menjelaskan gerak benda di dalam lift, simak baik-baik klarifikasi berikut ini.
Keadaan lift yang akan kita bahas terdiri atas enam kondisi gerak, yaitu lift diam, lift bergerak ke atas atau ke bawah dengan kecepatan konstan, lift bergerak dipercepat ke atas, lift bergerak diperlambat ke atas, lift bergerak turun dan tali lift putus. Dan sedikit catatan disini yaitu alasannya lift hanya bergerak naik-turun, maka kita hanya meninjau komponen gaya vertikal saja. Oke, pribadi saja kita mulai.
#1 Lift Diam
Seorang anak berada di dalam lift yang membisu menyerupai yang diilustrasikan pada gambar di atas. Di dalam lift, gaya yang kita tinjau yaitu gaya yang arahnya vertikal sesuai dengan arah gerak lift yang juga vertikal. Pada lift yang berada dalam kondisi membisu berlaku Hukum I Newton dan sanggup dituliskan dalam bentuk persamaan sebagai berikut.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w ………. Pers. (1)
Karena gaya normal sama dengan berat, maka ketika kita berada di dalam lift yang diam, kita tidak mencicipi perubahan berat badan.
#2 Lift Begerak Dengan Kecepatan Konstan
Berdasarkan Hukum I Newton, benda yang bergerak dengan kecepatan tetap atau konstan, resultan gayanya sama dengan nol (v = konstan, maka a = 0 sehingga ΣF = 0). Karena tidak ada gaya lain yang mempengaruhi berat, maka kita tidak mencicipi perubahan berat badan. Jadi, berat tubuh kita di dalam lift yang bergerak ke atas maupun ke bawah dengan kecepatan konstan, sama dengan berat tubuh kita ketika diluar lift. Pada keadaan ini juga berlaku persamaan (1) N = w.
#3 Lift Bergerak Dipercepat ke Atas
Apa yang kalian rasakan ketika berada di dalam lift yang bergerak dipercepat ke atas? Saat lift bergerak vertikal ke atas dengan percepatan a, lantai lift juga memperlihatkan percepatan yang sama terhadap kita. Karena lift mempunyai percepatan, pada perkara ini berlaku Hukum II Newton sebagai berikut.
ΣF = ma
Sebagai teladan pada lift yang bergerak naik, gaya-gaya yang searah dengan arah gerak lift (ditunjukkan pada arah v) diberi tanda positif dan yang berlawanan dengan arah gerak lift diberi tanda negatif.
N – w = ma
N – mg = ma
N = ma + mg
N = m(a + g) ………. Pers. (2)
Dari persamaan (2) tersebut N > w, kesudahannya tubuh kita terasa bertambah berat.
#4 Lift Bergerak Diperlambat ke Atas
Gambar di atas memperlihatkan seorang anak berada di dalam lift yang bergerak ke atas dengan perlambatan –a. Sama halnya menyerupai lift yang bergerak ke atas dengan percepatan a (dipercepat), pada lift yang bergerak ke atas dengan perlambatan –a (diperlambat) juga berlaku Hukum II Newton hanya saja yang membedakan yaitu harga percepatannya.
ΣF = ma
N – w = m(–a)
N – mg = –ma
N = mg – ma
N = m(g – a) ………. Pers. (3)
#5 Lift Bergerak Dipercepat ke Bawah
Pada ketika kita berada di dalam lift yang bergerak dipercepat ke atas, kita mencicipi tubuh kita bertambah berat. Lalu bagaimanakah kalau kita berada di dalam lift yang bergerak dipercepat ke bawah? Pada ketika lift bergerak dipercepat ke bawah, berlaku Hukum II Newton sebagai berikut.
ΣF = ma
Sebagai teladan pada lift yang bergerak turun, gaya-gaya yang searah dengan arah gerak lift diberi tanda positif dan yang berlawanan dengan arah gerak lift diberi tanda negatif.
w – N = ma
mg – N = ma
N = mg – ma
N = m(g – a) ………. Pers. (4)
Jika kita bandingkan, ternyata rumus gaya normal pada lift yang bergerak diperlambat ke atas itu sama dengan rumus gaya normal pada lift yang bergerak dipercepat ke bawah, persamaan (3) = persamaan (4). Dari persamaan (4) memperlihatkan bahwa N < w, sehingga ketika kita berada di dalam lift yang bergerak dipercepat ke bawah, tubuh kita akan terasa menjadi lebih ringan.
#6 Tali Lift Putus
Apakah yang akan kita rasakan ketika berada di dalam lift dan tiba-tiba talinya putus? (Tentu kita tidak ingin hal semacam ini terjadi, akan tetapi ini hanya sebuah permisalan saja). Kita akan mencicipi “seolah-olah” tubuh kita melayang dan tidak mempunyai berat sama sekali. Lalu bagaimanakah Hukum Newton menjelaskan insiden ini?
Apabila tali lift putus, berarti lift dan orang di dalamnya mengalami gerak jatuh bebas. Pada gerak jatuh bebas, benda akan mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi bumi. Berdasarkan Hukum II Newton maka:
Apabila tali lift putus, berarti lift dan orang di dalamnya mengalami gerak jatuh bebas. Pada gerak jatuh bebas, benda akan mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi bumi. Berdasarkan Hukum II Newton maka:
ΣF = ma
w – N = ma
mg – N = ma
N = mg – ma
N = m(g – a)
Pada gerak jatuh bebas a = g, sehingga
N = m(g – g)
N = m(0)
N = 0
Karena N = 0, maka kita merasa “seolah-olah” kehilangan berat tubuh kita.
Catatan Penting:Berdasarkan Hukum III Newton, gaya normal yang yang dikerjakan bantalan lift terhadap kaki penumpang lift sama dengan gaya tekan kaki penumpang pada bantalan lift. Dengan demikian sanggup dikatakan bahwa, gaya normal juga berperan sebagai gaya tekan kaki pada bantalan atau lantai lift.
Agar kalian paham mengenai konsep gerak benda yang berada di dalam lift, perhatikan beberapa contoh soal dan pembahasannya berikut ini.
Contoh Soal #1
Sebuah benda dengan massa 1 kg berada di dalam sebuah lift yang bergerak ke atas dengan percepatan 1 m/s2. Jika g = 10 m/s2, berapakah pertambahan berat benda di dalam lift?
Penyelesaian:
Diketahui: lift bergerak ke atas
m = 1 kg
a = 1 m/s2
Ditanyakan: pertambahan berat benda di dalam lift.
Jawab:
Berat benda di dalam lift ditunjukkan oleh gaya normal. Pada lift yang bergerak dipercepat ke atas, berlaku persamaan (2) sebagai.
N = m(g + a)
N = 1(10 + 1)
N = 11 N
Pertambahan berat = N – w
⇔ N – mg
⇔ 11 – (1 × 10)
⇔ 11 – 10 = 1 N
Jadi, penambahan berat benda di dalam lift yaitu sebesar 1 N.
Contoh Soal #2
Seorang siswa sedang mengambarkan konsep fisika yang menyampaikan bahwa di dalam lift, berat sebuah benda akan berubah. Sebelum masuk ke lift, siswa tersebut menimbang berat badannya sendiri yaitu 500 N. Ketika lift sedang bergerak turun, siswa tersebut menimbang badannya lagi. Ternyata beratnya berkurang menjadi 400 N. Berapakah percepatan lift tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
wluar = 500 N
wdalam = N = 400 N
m = w/g = 500/10 = 50 kg
Ditanyakan: percepatan (a)
Jawab:
Untuk lift yang bergerak turun atau bergerak ke bawah berlaku persamaan berikut ini.
w – N = ma
500 – 400 = ma
100 = 50a
a = 2 m/s2
Dengan demikian, percepatan lift tersebut yaitu 2 m/s2.
Contoh Soal #3
Rizki amalia yang massanya 53 kg bangun di dalam sebuah lift yang sedang bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/s2. Jika percepatan gravitasi bumi (g) = 10 m/s2, berapakah gaya tekan kaki rizki amalia pada lantai lift?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 53 kg
a = 2 m/s2
g = 10 m/s2
Ditanyakan: gaya tekan kaki (N)
Jawab:
Dengan memakai persamaan (2), diperoleh
N = m(g + a)
N = 53(10 + 2)
N = 53(12)
N = 636 N
Jadi, gaya tekan kaki rizki amalia pada lantai lift yaitu 636 N.
Demikianlah artikel ihwal penerapan aturan Newton pada gerak benda di dalam lift lengkap dengan gambar ilustrasi, contoh soal dan pembahasannya. 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.