Soal No. 1Sebuah katrol licin digantungi beban dengan kondisi mula-mula kedua benda diam dengan m1= 4 kg dan m2= 6 kg!

Tentukan :a) Percepatan gerak benda pertama dan keduab) Tegangan tali pertamac) Jarak yang ditempuh benda kedua dalam waktu 2 sekond) Jarak benda pertama dan kedua setelah 2 sekon(Percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2)

Pembahasan

Percepatan pada benda pertama akan sama dengan percepatan pada benda kedua, demikian juga tegangan tali keduanya sama.a) Mencari percepatanTinjau benda pertama :

Tinjau benda kedua:

Dari persamaan I dan II:

b) Tegangan Tali

c) Jarak tempuh benda kedua setelah 2 sekon

d) Jarak benda pertama dan kedua adalah 8 meter.

Soal No. 2Perhatikan gambar berikut ini, benda bermassa 5 kg ditarik gaya F = 10 N dengan arah 60oterhadap arah horizontal!

Tentukan :a) Penguraian gaya yang bekerja pada bendab) Percepatan gerak bendac) Besar gaya Normal

Pembahasan

a) Penguraian gaya-gaya yang bekerja pada benda. N = gaya normal, W = gaya berat

b) Percepatan gerak bendaDari gaya-gaya dengan arah horizontal :

c) Besar gaya Normal (N)Dari gaya-gaya dengan arah vertikal :

Soal No. 3Benda A 4 kg berada pada lantai licin mula-mula ditahan agar diam. Benda B bermassa 6 kg digantung pada sebuah tali dihubungkan dengan katrol licin pada benda A.

Tentukan :a) Percepatan gerak kedua bendab) Tegangan Tali penghubung kedua benda

Pembahasan

a) Tinjau gaya-gaya dengan arah mendatar pada benda A

Tinjau benda B

b) Tegangan Tali

Soal No. 4Tiga buah benda dihubungkan dengan tali dan katrol - katrol licin seperti gambar berikut! m1= 1 kg, m2= 2 kg dan m3= 3 kg,

Tentukan percepatan benda pertama, kedua dan ketiga

Pembahasan

Tinjau benda pertama

Tinjau benda kedua

Tinjau benda ketiga

Hubungan percepatan ketiga benda:

Dari persamaan III dan IV

Dari persamaan I dan II

Dari persamaan V dan VI

Dari persamaan II dan VII

Soal No. 5Perhatikan sistem berikut, benda A bermassa 5 kg dan benda B bermassa 15 kg !

Jika lantai dan katrol licin tentukan percepatan turunnya benda B!

Pembahasan

Tinjau benda A pada gaya yang searah lintasan gerak

Tinjau benda B lihat gaya-gaya yang searah lintasan gerak

Dari persamaan I dan II

- See more at: http://fisika-indonesia.blogspot.com/2010/11/soal-dan-pembahasan-dinamika-i-gaya.html#sthash.F4kTK28r.dpuf

1. Perhatikan gambar! Sebuah balok mula-mula diam, lalu ditarik dengan gaya F ke atas sejajar dengan bidang miring. Massa balok 2 kg, koefisien gesekan statis = 0,3 dan sudut = 45o. Agar balok tepat akan bergerak ke atas, gaya F harus sebesar g = 10 m/s2PembahasanDiketahui :m = 2 kg, g = 10 m/s2, = 45o, s= 0,3Ditanya : Agar balok tepat bergerak ke atas, berapa besar gaya F ?Jawab :Keterangan : F = gaya tarik, w = gaya berat, wx= komponen berat balok yang sejajar permukaan bidang miring, wy= komponen berat balok yang tegak lurus permukaan bidang miring, N = gaya normal, fs= gaya gesek statis.Pada soal diketahui koefisien gesek statis, ini berarti permukaan bidang miring kasar sehingga terdapat gaya gesek yang menghambat gerakan balok.Agar balok tepat akan bergerak ke atas maka gaya F harus sama dengan wx+ fs. Benda bergerak ke atas ketika F lebih besar daripada wx+ fs.w = m g = (2)(10) = 20 Newtonwx= w sin 45o= (20)( 2) = 102 Newtonwy= w cos 45o= (20)(2) = 102 NewtonN = wy= 102fs= sN = (0,3)(102) = 32 NewtonAgar balok tepat akan bergerak ke atas maka :F = wx+ fs= 102 + 32= 132 NewtonJawaban yang benar adalah C.2. Benda bermassa 2 kg terletak pada bidang miring seperti tampak pada gambar di bawah ini. Jika koefisien gesekan statis antara balok dan bidang miring adalah 0,23 dan g= 10 ms2, maka resultan gaya yang menggerakan benda adalah

PembahasanDiketahui :m = 2 kg, g = 10 m/s2, = 30o, s= 0,23Ditanya : Resultan gaya yang menggerakan benda ?Jawab :Gaya gesek selalu menghambat gerakan benda karenanya arah gaya gesek digambarkan berlawanan dengan arah gerak benda. Benda diperkirakan bergerak ke bawah sehingga gaya gesek digambarkan ke atas. Benda diperkirakan bergerak ke bawah karena tidak ada gaya yang menariknya ke atas.w = m g = (2)(10) = 20 Newtonwx= w sin 30o= (20)( ) = 10 Newtonwy= w cos 30o= (20)( 3) = 103 NewtonN = wy= 103 Newtonfs= sN = (0,23)(103) = (2)(3) = 6 NewtonResultan gaya yang menggerakan benda adalah :F = wx fs= 10 6 = 4 Newtonwxlebih besar daripada fssehingga benda bergerak ke bawah, searah dengan wx.Jawaban yang benar adalah A.

1. Perhatikan gambar di samping! Massa balok masing-masing m1= 2 kg dan m2= 3 kg serta massa katrol diabaikan. Jika permukaan bidang licin dan g = 10 m.s2, maka percepatan sistem adalah .A. 0,5 m.s2B. 2,0 m.s2C. 2,5 m.s2D. 4,0 m.s2E. 6,0 m.s2PembahasanDiketahui :m1= 2 kg, m2= 3 kg, g = 10 m.s2w2= m2g = (3)(10) = 30 kg m/s2atau 30 NewtonDitanya : Percepatan sistem (a) ?Jawab :2. Benda bermassa dan dihubungkan dengan tali melalui katrol licin seperti gambar. Jika m1= 2 kg, m2= 3 kg dan g = 10 ms-2, maka besar gaya tegangan tali T adalahA. 10,2 NB. 13,3 NC. 15,5 ND. 18,3 NE. 24,0 NPembahasanDiketahui :m1= 2 kg, m2= 3 kg, g = 10 ms-2w1= (2)(10) = 20 Newtonw2= (3)(10) = 30 NewtonDitanya : besar gaya tegangan tali (T) ?Jawab :w2= 30 Newton lebih besar dari w1= 20 Newton karenanya m2bergerak ke bawah, m1bergerak ke atas.Rumus hukum II Newton :Gaya tegangan tali ?Sesuai dengan arah gerakan sistem atau arah percepatan sistem, arah gaya berat m2ke bawah, arah gaya tegangan tali pada m2ke atas :w2 T2= m2a30 T2= (3)(2)30 T2= 6T2= 30 6T2= 24 NewtonArah gaya berat m1ke bawah, arah gaya tegangan tali pada m1ke atas :T1 w1= (m1)(a)T1 20 = (2)(2)T1 20 = 4T1= 4 + 20T1= 24 NewtonGaya tegangan tali (T) = T1= T2= 24 Newton.3. Dua balok yang masing-masing bermassa 4 kg, dihubungkan dengan tali dan katrol seperti pada gambar. Bidang permukaan dan katrol licin. Jika balok B ditarik dengan gaya mendatar 50 N, percepatan balok adalah (g = 10 m/s2)A. 1,25 m/s2B. 7,5 m/s2C. 10 m/s2D. 12,5 m/s2E. 15 m/s2PembahasanDiketahui :mA= 4 kg, mB= 4 kg, g = 10 m/s2wA= (mA)(g) = 4)(10) = 40 NewtonF = 50 NewtonDitanya : percepatan sistem ?Jawab :Rumus hukum II Newton :Percepatan kedua balok adalah 1,25 m/s2. Arah gerakan kedua balok = arah gaya tarik F

1. Balok massanya 10 kg berada di atas lantai kasar kemudian ditarik oleh gaya F arah mendatar. Jika koefisien gesekan statis s= 0,5 dan koefisien gesekan kinetik k= 0,3. Tentukan besarnya gaya gesek pada saat balok tepat akan bergerak. (g = 10 m/s2)PembahasanBalok tepat akan bergerak jika besar gaya tarik = besar gaya gesek statis maksimum. Gaya gesek statis bekerja pada benda (menghambat gerakan benda) ketika benda sudah sedang ditarik tetapi benda belum bergerak. Gaya gesek statis bernilai maksimum ketika benda tepat akan bergerak (benda belum bergerak, benda hampir bergerak). Sebaliknya gaya gesek kinetis bekerja pada benda (menghambat gerakan benda) ketika benda sudah sedang bergerak.Diketahui :Ditanya : Gaya gesek statis maksimum (fs) ?Jawab :Jika benda berada pada bidang datar seperti pada gambar, besar gaya normal = berat benda.Gaya normal (N) = gaya berat (w) = 100 NewtonRumus gaya gesek statis maksimum :Koefisien gesek kinetis tidak digunakan dalam perhitungan.2. Dua buah balok dihubungkan dengan seutas tali ringan di tarik oleh gaya horisontal F = 20 N (lihat gambar). Jika g = 10 ms2dan koefisien gesekan kinetik antara balok dan permukaan adalah 0,1 tentukan besarnya percepatan balok tersebutPembahasanDiketahui :Ditanya : percepatan (a) balok ?Jawab :3. Balok A bermassa 2 kg dan B bermassa 4 kg disusun seperti pada gambar. Bila koefisien gesekan lantai adalah 3 kali koefisien gesekan balok B, balok A tepat akan bergerak dengan percepatan 5 m s2. Maka perbandingan gaya gesekan antara balok A dan lantai dengan balok A dan B adalah g = 10 m/s2PembahasanDiketahui :Ditanya :Perbandingan gaya gesek balok A dan lantai (fsA) dengan gaya gesek balok A dan B (fsB) ?Jawab :

Dinamika Partikel ( Gaya Gesekan dan Hukum Newton )

Secara mudah, Kita dapat mengartikan gaya sebagai tarikan atau dorongan yang menyebabkan perubahan keadaan benda. Umumnya benda-benda yang memperoleh gaya akan mengalami perubahan-perubahan, antara lain dari benda diam menjadi bergerak atau sebaliknya benda bergerak menjadi diam, selain itu juga dapat mempercepat atau memperlambat gerak benda, bisa juga merubah arah gerak benda ataupun merubah bentuk/ukuran benda. Namun dalam beberapa hal ada juga benda yang mengalami gaya tetapi tidak mengalami perubahan gerakan ataupun bentuk. Misalnya ketika kita sedang duduk belajar, gaya gravitasi bekerja pada kita, namun kita tetap diam. Dalam keadaan tertentu gaya dapat menyebabkan benda bergerak, namun adakalanya dalam keadaan yang lain benda tersebut tetap diam. Hal ini terjadi karena gaya total atau resultan dari gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol. Misalnya saat kita mendorong meja ke depan ternyata gaya yang kita kenakan dilawan dengan gaya gesekan meja dengan lantai yang besarnya sama naumn arahnya berlawanan dengan gaya dorong yang kita kerjakan. Keadaan ini disebut dengan keadaan kesetimbangan (equilibrium).

1. GAYA GESEKAN

Yaitu gaya sentuh yang muncul jika permukaan dua zat padat bersentuhan secara fisik, dimana arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan bidang dan selalu berlawanan dengan arah gerak relatif antara ke dua benda tersebut.

Ada dua jenis gaya gesekan yang bekerja pada benda, yaitu:

a. Gaya Gesekan Statis ( fs)Gaya gesekan statis bekerja saat benda dalam keadaan diam dan nilainya mulai dari nol sampai suatu harga maksimum. Jika gaya tarik/dorong yang bekerja pada suatu benda lebih kecil dari gaya gesekan statis maksimum, maka benda masih dalam keadaan diam dan gaya gesekan yang bekerja pada benda mempunyai besar yang sama dengan nilai gaya tarik/dorong pada benda tersebut. Besarnya gaya gesekan statis maksimum adalah :

dimana s adalah koefisien gesekan statis dan N adalah gaya Normal.

Besarnya gaya normal ( N ) tergantung besarnya gaya tekan benda terhadap bidang secara tegak lurus. Keterangan lebih lanjut tentang gaya Normal silahkan baca lebih detail dalam artikel saya yang lain dengan mengklik link di bawah ini : Dinamika Gerak Lurus I Dinamika Gerak Lurus IIdalam 2 artikel di atas sebenarnya rumus-rumus yang berkaitan dengan gaya gesekan telah dibahas. Sehingga pembahasan saya kali ini lebih menekankan pada aspek teoritis dan contoh soal untuk menambah kepahaman.

b. Gaya gesekan kinetis ( fk)Gaya gesekan kinetis yaitu gaya gesekan yang bekerja pada benda ketika benda sudah bergerak. Nilai gaya gesekan kinetis selalu tetap, dan dirumuskan dengan :

dimana k adalah koefisien gesekan kinetis benda

Antara koefisien gesekan statis dan kinetis mempunyai nilai yang berbeda, nilai koefisien gesekan statis selalu lebih besar daripada nilai koefisien gesekan kinetis benda.

Untuk sebuah benda diam yang terletak diatas sebuah bidang datar kasar dan diberi gaya F, maka :

2. GAYA GESEKAN DAN HUKUM NEWTON

Hukum Newton I: Benda yang diam akan tetap diam selama jumlah gaya yang bekerja padanya sama dengan nol atau benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap selama resultan gaya yang bekerja padanya sama dengan nol.

Hukum Newton II: Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya total pada sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total tersebut pada arah yang sama dan berbanding terbalik dengan massa dari benda.

Hukum Newton III: Jika sebuah benda memberikan gaya pada benda lain, maka benda itu akan mendapat gaya dari benda lain itu dengan besar gaya yang sama dan arah yang berlawanan dari gaya pertama.

Contoh :

Sebuah balok bermassa 4 kg terletak diam pada bidang datar. Hitunglah:Gaya gesekan benda dan percepatan benda jika lantai kasar dengan s = 0,4 dan k = 0, 2 dan :a. ditarik dengan gaya F = 10 Nb. ditarik dengan gaya F = 16 Nc. ditarik dengan gaya F = 20 N

Jawaban :

Diagram gaya untuk kasus ini adalah sebagai berikut :

Untuk kasus ini ( benda diam ), maka kita harus menguji besarnya gaya gesekan statis (fs) dan gaya gesekan kinetis (fk).

Dari hukum Newton II yaitu F = maKearah vertikal (sumbu y), benda diam (a = 0)F = 0N w = 0 sehingga N = wN = m gN = 4 . 10 = 40 N

Besarnya gaya gesekan statis fs adalah

fs = s.N = 0,4.40 = 16 N

Besarnya gaya gesekan kinetis fk adalah

fk = k.N = 0,2.40 = 8 N

a. untuk F = 10 NKarena gaya F < fSmaka balok masih dalam keadaan diam, sehingga gaya gesekan yang bekerja pada benda adalah fg = F = 10 N

b. untuk F = 16 NKarena F = fs, maka balok masih juga dalam keadaan diam (keadaan ini sering disebut dengan benda tepat saat akan bergerak), maka besarnya gaya gesekan adalah fg = F = fs = 16 N

c. untuk F = 20 NKarena F > fs maka balok dapat bergerak, sehingga gaya gesekan yang digunakan adalah gaya gesekan kinetis, yaitu sebesar 8 N. Percepatan untuk benda yang bergerak ini dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Newton II, Karena benda bergerak pada arah sumbu x, maka :

Fx = m.aF fk = m.a20 8 = 4aa = 3 m/s2

Dari sini dapat kita lihat, bahwa pada benda bekerja gaya gesekan statis atau kinetis, tergantung pada seberapa besar gaya yang bekerja pada benda. Khusus untuk gaya gesekan statis sebenarnya memiliki nilai dari minimum hingga nilai maksimalnya yaitu fs (ketika benda tepat akan bergerak), sedangkan gaya gesekan kinetis hanya memiliki satu nilai saja. Sehingga grafik hubungan antara gaya luar dan gaya gesekan yang mempengaruhi benda yang dalam keadaan diam, dapat digambarkan sebagai berikut :