1.
Balok mengalami gaya tarik F1 = 15 N ke kanan dan
gaya F2 ke kiri. Jika benda tetap diam berapa besar F2?
Jawaban
Karena benda tetap diam,
sesuai dengan Hukum I Newton
ΣF = 0
F1 – F2 = 0
F2 = F1
= 15 N
2.
Balok meluncur ke kanan dengan kecepatan tetap 4 ms-1.
Jika F1 = 10 N; F2 = 20 N, berapa besar F3?
Jawaban
Sesuai dengan Hukum I
Newton, gaya yang bergerak lurus beraturan (kecepatan tetap) adalah nol.
ΣF = 0
F1 + F3
– F2 = 0
F3 = F2 – F1
F3 = 20 – 10
F3 = 10 N
3.
Balok B massanya 2 kg ditarik dengan gaya F yang besarnya 6
Newton. Berapa percepatan yang dialami beban?
Jawaban
Berdasarkan Hukum II Newton
F = m.a (dengan F = 6 N dan m
= 2 kg)
6 = 2a
a = 2 / 6 → a = 3 ms-2
4.
Balok B dengan massa 2 kg mengalami dua gaya masing-masing F1
= 25 N dan F2 = 20 N seperti ditunjukkan pada gambar. Berapa
percepatan balok B?
Jawaban
Dari Hukum II Newton
ΣF = m.a
F1 – F2
Cos 60 = m.a
25 – 20. 0,5 = 2.a
a = 7,5 ms-2
5.
Jika balok B yang massanya 2 kg mengalami percepatan 5 ms-2
ke kanan, berapa besar F3?
Jawaban
Karena ΣF = m.a
F1 + F2
– F3 = m.a
10 + 40 – F3= 2,5
F3 = 40 N
6. Berapakah berat benda yang memiiki massa 2 kg
dan g = 9,8 ms-2 ?
Jawaban
w = m g
w = 2. 9,8
w = 19,6 Newton.
7.
Sebuah balok yang massanya 6 kg
meluncur ke bawah pada sebuah papan licin yang dimiringkan 30° dari lantai.
Jika jarak lantai dengan balok 10 m dan besarnya gaya gravitasi ditempat itu 10
ms-2, maka tentukan percepatan dan waktu yang diperlukan balok untuk
sampai di lantai!
Jawaban
Gaya berat balok diuraikan pada sumbu X (bidang
miring) dan sumbu Y (garis tegak lurus bidang miring). Benda meluncur
dengan gaya F = w sin 30°.
Menurut hukum II Newton
F = m × a
w sin 30°
= m × a
m × g sin 30° = m
× a
6 × 10 × 0,5 = 6 a
→ a = 5 ms-2
8.
Beban m yang
mengalami 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms-2 terletak di atas
bidang miring dengan sudut kemiringan 370 (Sin 37 = 0,6). Beban
mengakhiri gaya F mendatar sebesar 20 N Tentukan berapa percepatan m!
Jawaban
Uraikan dahulu gaya pada
beban m sehingga tampak gaya-gaya mana
saja yang mempengaruhi gerakan m turun.
Setelah menguraikan gaya
pada beban m maka tampak gaya-gaya yang mempengaruhi gerakan m adalah gaya mg
Sin 370 dan F Cos 370. Sesuai dengan Hukum II Newton:
ΣF = Σ m.a
m.g Sin 370 – Cos
370 = m.a
5.10.0,6 – 20.0,8 = 5.a
5 a = 30 – 16
a = 2,8 ms-2
9.
Sebuah balok 10 kg diam di atas lantai datar. Koefisien
gesekan statis μs= 0,4 dan koefisien gesekan kinetis μk= 0,3. Tentukanlah
gaya gesekan yang bekerja pada balok jika gaya luar F diberikan dalam arah horizontal sebesar
a. 0 N,
b. 20 N, dan
c. 42 N.
Jawaban
Gaya-gaya yang bekerja pada benda seperti
diperlihatkan pada gambar. Karena pada sumbu vertikal tidak ada gerak, berlaku
ΣFy = 0
N – w = 0
N = w = mg = (10 kg)(10 m/s) = 100 N
a. Oleh karena F = 0
maka Fgesek = 0,
b.
Gaya gesekan statik fs
= μs N = (0,4)(100 N) = 40 N.
Karena F =
10 N < fs maka benda masih
diam (F = 20 N tidak cukup
untuk menggerakkan benda).
Oleh karena itu,
ΣFx = F – Fgesek = 0
sehingga diperoleh Fgesek = F = 20 N
c. F = 42 N > fs
= 40 N maka benda bergerak. Jadi, pada benda bekerja gaya gesekan kinetik sebesar
Fgesek = Fk = μk
N
=
(0,3)(100 N) = 30 N.
10. Suatu balok bermassa 200 gram berada di bidang miring
dengan kemiringan 30° terhadap bidang datar.
Jika koefisien gesek statis dan
kinetis antara balok dan bidang miring 0,25 dan 0,1, serta nilai
percepatan gravitasi 10 m/s2, maka tentukan gaya gesek yang bekerja pada balok!
Jawaban
Langkah 1 :
Gambarkan peruraian gayanya
Langkah 2 :
Tentukan gaya gesek statis maksimumnya :
fsmak = μs . N
fsmak = μs . w cos 30°
fsmak = μs . m . g . cos 30°
fsmak = 0,433 N
Langkah 3 :
Tentukan gaya penggeraknya :
Fmiring = w sin 30°
Fmiring = m . g. sin 30°
Fmiring = 0,2 . 10 . 0,5
Fmiring = 1 N
Langkah 4 :
Membandingkan gaya penggerak terhadap gaya gesek
statis maksimumnya. Ternyata gaya penggeraknya lebih besar dibanding gaya gesek
statis maksimumnya, sehingga benda bergerak. Gaya gesek yang digunakan adalah
gaya gesek kinetis.
fk = μk . N
fk = μk . w cos 30°
fk = μk . m . g . cos 30°
fk = 0,173 N
11. Dua buah benda digantungkan dengan seutas tali pada
katrol silinder yang licin tanpa gesekan seperti pada gambar. Massa m1
dan m2 masing- masing 5 kg dan 3 kg. Tentukan:
a. Percepatan beban
b. Tegangan tali
Jawaban
Benda m1 karena massanya lebih besar turun, sedangkan
benda m2 naik. Gaya tegangan tali di mana-mana sama karena katrol licin tanpa
gesekan.
a. Tinjau benda m1
Σ F = m1 . a
w1 – T = m1 . a
5 . 10 – T = 5 . a
T = 50 – 5a
Tinjau benda m2:
Σ F = m2 . a
T – W2 = m2 . a
T – 3.10 = 3 . a
T = 30 + 3a
Disubstitusikan harga T sama.
T = T
50 – 5a = 30 + 3a
8 a = 20
a = 2,5 m/s2
b. Untuk mencari besar T pilihlah salah satu persamaan.
T = 30 + 3a
T = 30 + 3 x 2,5
T = 30 + 7,5
T = 37,5 N
12. Pesawat Atwood seperti pada gambar, terdiri dari katrol
silinder yang licin tanpa gesekan. Jika m1 = 50 kg , m2 =
200kg dan g = 10 m/det2 antara balok m1 dan bidang datar
ada gaya gesek dengan μ = 0,1. massa katrol 10 kg. hitunglah:
a. percepatan sistem
b. gaya tegang tali
Jawaban
a. Tinjau m1:
Σ F = m . a
T – fk = m . a
T – μk . N = m1 . a
T – 0,1 . m1 . g = m1 . a
T – 0,1 50 . 10 = 50 . a
T = 50 + 50a
Tinjau m2 (dan substitusikan nilai T):
Σ F = m . a
w2 – T = m2 . a
m2 . g – T = m2 . a
200 . 10 – (50 + 50a) = 200 . a
2000 – 50 – 50a = 200 . a
1950 = 250 . a
a = 7,8 m/s2.
b. Hitunglah nilai T
T = 50 + 50a
T = 50 + 50 x 7,8
T = 50 + 390
T = 440 N
13. Bidang miring dengan sudut kemiringan q =
30º, koefisien gesek 0,2. Ujung bidang miring dilengkapi katrol tanpa gesekan.
Ujung tali diatas bidang miring diberi beban 4 kg. Ujung tali yang tergantung
vertikal diberi beban dengan massa 10 kg. Tentukanlah percepatan dan tegangan
tali sistem tersebut!
Jawaban
Tinjau m1 : Σ F1 = m1 . a
T – fk – w1 sin 30 = m1 .
a
T – μk . N – m1 g sin 30 = m1
. a
T – μk . m1 . g . cos 30 – m1
. g sin 30 = m1 . a
T – 0,2 . 4 . 10 . ½ 3 - 4 . 10 . ½ = 4 . a
T – 4 3 - 20 = 4a
T = 26,928 + 4a
Tinjau m2 :
Σ F = m2 . a
w2 – T = m2 . a
w2 . g – T = m2 . a
10 .10 – T = 10 .a
T = 100 – 10a
Substitusi: T = T
26,928 + 4a = 100 – 10a
14 a = 73,072
a = 5,148 m/s2.
Jadi gaya tegangan tali sebesar:
T = 100 – 10 . 5,148
= 48,52 N
14
Seseorang yang bermassa 30 kg berdiri di dalam sebuah
lift yang bergerak dengan percepatan 3 m/s2. Jika gravitasi bumi 10
ms-2, maka tentukan berat orang tersebut saat lift bergerak ke atas
dipercepat dan bergerak ke bawah dipercepat!
Jawaban
a. Lift bergerak ke atas
w = N = mg + m × a
= 30 × 10 + 30 ×3
= 300 + 90
= 390 N
Jadi, berat orang tersebut saat lift bergerak ke atas
dipercepat adalah 390 N.
b. Lift bergerak ke bawah
w = N = mg – m × a
= 30 × 10 – 30 × 3
= 300 – 90
= 210 N
Jadi, berat orang tersebut saat lift bergerak ke bawah
dipercepat adalah 210 N.
