Soal dan Pembahasan Hukum Newton

byphysicsfun •
0

Pelajari kumpulan soal dan pembahasan lengkap materi Hukum Newton, gaya gesek, dan resultan gaya pada berbagai kondisi, mulai dari benda di bidang miring, sistem katrol, hingga gaya kontak antar benda. Artikel ini menyajikan langkah-langkah penyelesaian yang jelas dan terstruktur, lengkap dengan rumus fisika yang sering muncul dalam ujian, sehingga memudahkan kamu memahami konsep dan meningkatkan pemahaman secara menyeluruh.


Nomor 1

Sebuah gaya F bekerja horisontal pada benda yang berada pada bidang miring yang licin dengan sudut kemiringan Ө seperti pada gambar dibawah. Jika massa benda adalah m dan percepatan gravitasi bumi adalah g maka resultan gaya yang bekerja pada benda itu adalah ....


A. \(F\cos \theta - mg \sin \theta \)
B.\( F\cos \theta + mg \cos \theta\)
C.\( F\sin \theta - mg \cos \theta \)
D.\( F\cos \theta + mg \sin \theta \)
E.\( F + mg \tan \theta \)

Pembahasan :

Komponen sumbu x :
\begin{align*} \Sigma F_x &= F\cos \theta - w\sin \theta \\ &= F\cos \theta - mg\sin \theta \end{align*}
Komponen sumbu y :
\begin{align*} \Sigma F_y &= 0 \end{align*}
Jadi resultannya :
\begin{align*} F &= \sqrt{(\Sigma F_x ^2 + \Sigma F_y ^2 )} \\ &= \sqrt{(\Sigma F_x ^2 + 0^2 )} \\ &= \sqrt{(\Sigma F_x ^2 )} \\ &= \Sigma F_x \\ &=F\cos\theta - mg\sin \theta \end{align*}
Jawaban : A

Nomor 2

Mobil 700 kg mogok di jalan yang mendatar. Kabel horisontal mobil derek yang dipakai untuk menyeretnya akan putus jika tegangan di dalamnya melebihi 1.400 N. Percepatan maksimum yang dapat diterima mobil mogok itu dari mobil derek adalah .... (g = 10 m/s²)

A. 2 m/s²
B. 4 m/s²
C. 8 m/s²
D. 10 m/s²
E. 20 m/s²

Pembahasan :
\begin{align*} T &= ma \\ 1.400 &= 700a \\ a &=2 \quad \textrm{m/s}^2 \end{align*}
Nomor 3

Gaya F sebesar 12 N bekerja pada sebuah benda yang massanya m1 menyebabkan percepatan sebesar 8 m/s². Jika F bekerja pada benda bermassa m2 maka percepatan yang ditimbulkan adalah 2 m/s². Jika F bekerja pada benda yang bermassa m1 + m2, maka percepatan benda itu adalah ....

A. 1,2 m/s²
B. 1,6 m/s²
C. 2,4 m/s²
D. 3,0 m/s²
E. 3,6 m/s²

Pembahasan :
Pada benda m1 :
\begin{align*} F &= m_1a_1 \\ 12 &= m_1\cdot 8 \\ m_1 &=\frac{3}{2} \quad \textrm{kg} \end{align*}
Pada benda m2 :
\begin{align*} F &= m_2a_2 \\ 12 &= m_2\cdot 2 \\ m_2 &=6 \quad \textrm{kg} \end{align*}

Percepatan pada benda bermassa m1 + m2 :

\begin{align*} F &= (m_1 + m_2)\cdot a \\ 12 &=\left(\frac{3}{2} + 6 \right) \cdot a \\ 12 &= \frac{15}{2} \cdot a \\ 12\cdot \frac{2}{15} &= a \\ a &= \frac{6}{5} \\ &=1,2 \quad \textrm{m.s}^{-2} \end{align*}
Jawaban : A

Nomor 4

Balok 1 massanya 1 kg dan balok II massanya 2 kg terletak di atas lantai licin seperti pada gambar. Jika F = 6 N, maka gaya kontak antara kedua balok adalah ....


A. 0 N
B. 1 N
C. 2 N
D. 6 N
E. 18 N

Pembahasan :


\begin{align*} a &= \frac{\Sigma F}{\Sigma m} \\ a &= \frac{\Sigma F}{m_1 + m_2} \\ a &= \frac{6}{1 + 2} \\ a &= \frac{6}{3} \\ a &=2 \quad \textrm{m.s}^{-2} \end{align*}
Gaya kontak :
Gaya kontak pada benda I ( F\(_{12}\)) :
\begin{align*} a &= \frac{\Sigma F}{\Sigma m} \\ a &= \frac{F_{12}}{m_1} \\ 2 &= \frac{F_{12}}{1} \\ F_{12} &= 2 \quad \textrm{N} \end{align*}
Gaya kontak pada benda II (F\(_{21}\)) :
\begin{align*} a &= \frac{\Sigma F}{\Sigma m} \\ a &= \frac{F - F_{21}}{m_2} \\ 2 &= \frac{6 - F_{21}}{2} \\ 6 - F_{21} &= 4 \\ F_{21} &= 6 - 4 \\ &= 2 \quad \textrm{N} \end{align*}
Jadi gaya kontak F\(_{12}\) = F\(_{21}\) = 2 N, hanya saja arahnya berlawanan.
Jawaban : C

Nomor 5

Seseorang dengan massa 60 kg berada di dalam lift yang sedang bergerak ke bawah dengan percepatan 3 m/s². Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s² maka desakan kaki orang pada lantai lift adalah ....

A. 420 N
B. 570 N
C. 600 N
D. 630 N
E. 780 N

Pembahasan :

Karena dipercepat ke bawah maka percepatan lift bertanda negatif (-a).

\begin{align*} \Sigma F &= ma \\ N - w &= m(-a) \\ N - mg &=-ma \\ N - 60\cdot 10 &= -60\cdot 3 \\ N &= 600 - 180 \\ &= 420 \quad \textrm{N} \end{align*}
Jawaban : A

Nomor 6

Balok A beratnya 100 N diikat dengan tali mendatar di C (lihat gambar).



Balok B beratnya 500 N. Koefisien gesekan antara A dan B adalah 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai adalah 0,5. Besar gaya F minimal untuk menggeser balok B adalah ....

A. 950 N
B. 750 N
C. 600 N
D. 320 N
E. 100 N

Pembahasan :


Gaya yang bekerja pada benda B :
Besar gaya normal pada benda A :
\begin{align*} \Sigma F &= 0 \\ N_A - w_A &= 0 \\ N_A &=w_A \\ N_A &= 100 \quad \textrm{N} \end{align*}
Gaya normal pada benda B :
\begin{align*} \Sigma F &= 0 \\ N_B - w_A - w_B&= 0 \\ N_B &=w_A + w_B \\ N_B &= 100 + 500 \\ N_B &= 600 \quad \textrm{N} \end{align*}
Gaya F minimal :
\begin{align*} \Sigma F &= 0 \\ F - f_{g_{A,B}} - f_{g_{B,lantai}} &= 0 \\ F &=f_{g_{A,B}} + f_{g_{B,lantai}} \\ F &=\mu _{A,B} N_{A}+ \mu _{B,lantai} N_B \\ F &= 0,2\cdot 100 + 0,5 \cdot 600 \\ &= 20 + 300 \\ &= 320 \quad \textrm{N} \end{align*}
Jawaban : D

Nomor 7

Koefisien gesek statis antara sebuah lemari kayu dengan lantai kasar suatu bak truk sebesar 0,75. Percepatan maksimum yang masih boleh dimiliki truk agar lemari tetap tidak bergerak terhadap bak truk adalah ....

A. nol
B. 0,75 m/s²
C. 2,5 m/s²
D. 7,5 m/s²
E. 10 m/s²

Pembahasan :
\begin{align*} a &= \mu _s g \\ &= 0,75\cdot 10 \\ &= 7,5 \quad \textrm{m.s}^{-2} \end{align*}
Jawaban : D

Nomor 8

Berat balok B dalam gambar di bawah adalah 660 N.


Koefisien gesekan statis antara balok dan meja adalah 0,25. Agar sistem berada dalam keadaan setimbang, berat maksimum balok A adalah ....

A. sama besar dengan gaya gesekan statis maksimum antara balok B dan meja
B. lebih besar daripada gaya gesekan statis maksimum antara balok B dan meja
C. lebih kecil daripada gaya gesekan statis maksimum antara balok B dan meja
D. \(\frac{1}{4}\) kali gaya gesekan statis antara balok B dan meja
E. 4 kali gaya gesekan statis antara balok B dan meja

Pembahasan :

Sistem benda A :
\begin{align*} \Sigma F_y &= 0 \\ T_y - w_A&= 0 \\ T_y &= w_A \\ T\sin\theta &= w_A \\ \frac{1}{2}\sqrt{2}T &= w_A\\ T &= \sqrt{2} w_A \quad\quad\quad\quad\textrm{pers. (1)} \end{align*}
Sistem benda B :
\begin{align*} \Sigma F_y &= 0 \\ N_B - w_B&= 0 \\ N_B &= w_B \\ &= 660\quad\textrm{N} \end{align*} \begin{align*} \Sigma F_x &= 0 \\ T_x - f_g&= 0 \\ T\cos 45^o &= f_g \\ T\cos 45^o &= f_g \\ \frac{1}{2}\sqrt{2} T &= f_g \\ T &= \sqrt{2}f_g \\ &= \sqrt{2}\mu N_B \\ &=\sqrt{2}\mu w_B \\ &= \sqrt{2}\cdot 0,25\cdot 660 \\ &= 165\sqrt{2} \quad\textrm{N} \end{align*}
Nilai T = 165\(\sqrt{2}\) dimasukkan ke persamaan (1), maka :
\begin{align*} T &= T \\ \sqrt{2} w_A &= 165\sqrt{2} \\ w_A &= 165\quad\textrm{N} \end{align*} \begin{align*} f_g &= \mu N_A \\ &= 0,25w_B \\ &= 0,25\cdot 660\\ &=165\quad \textrm{N} \end{align*}
Jadi w\(_A\) = f\(_g\) = 165 N
Jawaban : A

Nomor 9

Penghapus papan tulis yang beratnya 2 N dipakai untuk menghapus papan tulis yang letaknya vertikal. Siswa yang menggunakan penghapus tadi menekannya tegak lurus ke papan tulis dengan gaya 10 N. Jika koefisien gesekan kinetis antara penghapus dan papan tulis adalah 0,4 maka untuk menggerakkan penghapus secara horizontal dengan kecepatan tetap, siswa tadi harus menariknya dengan gaya ....

A. 0,8 N
B. 3,2 N
C. 4,0 N
D. 4,8 N
E. 25,0 N

Pembahasan :

Gaya normal penghapus :
\begin{align*} N - F &=0\\ N &=F\\ &= 10 \quad\textrm{N} \end{align*}
Gaya tarikan siswa :
\begin{align*} F_T - f_g &=0\\ F_T &=f_g\\ &= \mu N \\ &= 0,4\cdot 10 \\ &= 4 \quad\textrm{N} \end{align*}
Jawaban : C

Nomor 10

Sebuah benda bermassa 1,5 kg di atas suatu bidang kasar yang dapat dimiringkan perlahan. Balok mulai bergerak turun ketika bidang dimiringkan dari sudut 0⁰ hingga 53⁰. Gaya minimal yang diperlukan agar balok dapat didorong ke atas pada sudut 37⁰ adalah ....(sin 37⁰ = 0,6)

A. 10 N
B. 15 N
C. 20 N
D. 25 N
E. 30 N

Pembahasan :
Koefisien gesek :
\begin{align*} \mu &=\tan \theta\\ &=\tan 53\\ &= \frac{4}{3} \end{align*}


\(w_x = w\sin \theta = 15\sin 37 = 15 \cdot 0,6 = 9 \quad \textrm{N}\)
\(w_y = w\cos \theta = 15\cos 37 = 15 \cdot 0,8 = 12 \quad \textrm{N}\)
\(N = w_y = 12 \quad \textrm{N}\) \begin{align*} \Sigma F_x = 0 \\ F - f_g - w_x &=0 \\ F &=f_g + w_x\\ &=\mu N + w_x\\ &=\frac{4}{3}\cdot 12 + 9\\ &= 25 \quad \textrm{N} \end{align*}
Jawaban : D

Nomor 11

Benda B yang bermassa 60 kg ditempatkan di atas sebuah balok A yang bermassa 100 kg yang berada di permukaan lantai datar licin.


Balok B ditarik dengan sebuah gaya mendatar sebesar 320 N sehingga mendapat percepatan 3 m/s² relatif terhadap lantai. Asumsikan tidak ada gaya gesek antara balok A dengan lantai, namun ada gesekan antara balok A dan balok B. Besar percepatan balok A adalah ....


A. 3,0 m/s²
B. 3,0 m/s²
C. 1,9 m/s²
D. 1,4 m/s²
E. 1,0 m/s²

Pembahasan :
Gaya yang bekerja pada balok B :
\begin{align*} F-f &= m_Ba \\ 320-f&= 60\cdot 3 \\ f &= 320 - 180 \\ &= 140 \quad \textrm{N} \end{align*}
Gaya yang bekerja pada balok A :
\begin{align*} f &= m_Aa \\ 140&= 100\cdot a \\ a &= \frac{140}{100}\\ &= 1,4 \quad \textrm{m/s}^2 \end{align*}
Jawaban : D
Tags:
إرسال تعليق (0)
أحدث أقدم