Dinamika Partikel Fisika SMA kelas 10 bagian 2
#pintaritugratis
Setelah membahas jenis-jenis gaya secata umum pada bagian pertama, sekarang mari kita aplikasikan ke berbagai soal dan bagaimana cara menjawabnya. Terutama tipe soal-soal yang sering ada pada Ujian Nasional (UN). Jangan lupa untuk bertanya jika masih bingung atau mengganjal di hati, karena website ini interaktif. Tanyakan apa saja melalui media yang telah kami sediakan, Langsung saja kita mulai, check it out 😉
Balok B dengan massa 10 kg dihubungkan dengan silinder A dengan massa 5 Kg dengan menggunakan tali dan sistem katrol seperti ditunjukan pada gambar. Tentukan percepatan silinder A. Koefisien gerak kinetis antara balok B dan permukaan adalah µ = 0,1 dan anggap
katrol licin.
Pembahasan
Diketahui :
m B : 10 kg
m A : 5 Kg
µk : 0,1
Ditanya :
besar percepatan silinder A (a) ?
Jawab :
∑f = m.a
W-fk = m.a
m.g- µk. m.g = m.a
1,25 . 10 – 0,1 . 1,25 . 10 = 1,25 . a
12,5 – 1,25 = 1,25 a
11,25 = 1,25 a
a = 11,25 / 1,25
a = 9m/s2
benda bermassa 10 kg dan 5 kg dihubungkan dengan sebatang besi seragam bermassa 5 kg. sebuah gaya vertikal ke atas 250 N bekerja pada benda yang atas. hitung :
a. percepatan sistem bergerak ke atas
b. tegangan pada ujung atas batang besi
c. tegangan pada ujung bawah batang besi
Pembahasan :
a. Percepatan sistem bergerak ke atas
Untuk menjawab soal ini kita dapat menggunakan Hukum Newton II dengan persamaan :
ΣF = Σm. a (Lihat di resultan F, arah W berlawanan dengan F, maka W adalah – )
F – ΣW = Σm. a
F – Σm. g = Σm. a
F – (m1 + m2 + m3). g = (m1 + m2 + m3). a, sehingga
a = (F – (m1 + m2 + m3). g) / (m1 + m2 + m3)
di mana
F : gaya (N)
m : massa (kg)
a : percepatan benda (m/s²)
g : percepatan gravitasi (m/s²)
Masukkan nilai-nilai yang diketahui,
a = (250 N – (10 kg + 5 kg + 5 kg). 10 m/s²) / (10 kg + 5 kg + 5 kg)
a = (250 N – 20 kg. 10 m/s²) / (20 kg)
a = (250 N – 200 N) / (20 kg)
a = 50 N / (20 kg)
a = 2,5 m/s²
b. Tegangan pada ujung atas batang besi
Tegangan pada ujung atas batang besi dapat dihitung dengan 2 cara.
- Dengan menganggap bahwa tegangan tersebut merupakan penghambat gerakan benda yang paling atas, atau ;
- Dengan menganggap bahwa tegangan tersebut merupakan penarik batang besi serta benda di bawahnya.
Hasilnya akan sama saja. Mari kita lihat :
– Tegangan sebagai penghambat benda paling atas
ΣF = m. a
F – W1 – T1 = m. a
F – m1. g – T1 = m1. a
T1 = F – m1. g – m1. a
T1 = F – m1 (g + a)
T1 = 250 N – 10 kg (10 m/s² + 2,5 m/s²)
T1 = 250 N – 10 kg. 12,5 m/s²
T1 = 250 N – 125 N
T1 = 125 N
– Tegangan sebagai penggerak batang besi dan benda paling bawah
ΣF = Σm. a
T1 – ΣW = Σm. A
T1 – Σm. g = Σm. a
T1 – (m2 + m3) g = (m2 + m3) a
T1 = (m2 + m3) a + (m2 + m3) g
T1 = (m2 + m3) (a + g)
T1 = (5 kg + 5 kg) (2,5 m/s² + 10 m/s²)
T1 = 10 kg. 12,5 m/s²
T1 = 125 N
c. Tegangan pada ujung bawah batang besi
Tegangan pada ujung bawah batang besi juga dapat dihitung dengan 2 cara. Yang pertama adalah dengan menganggap bahwa tegangan tersebut merupakan penghambat gerakan batang besi, dan cara kedua adalah dengan menganggap bahwa tegangan tersebut merupakan penarik benda paling bawah. Hasilnya akan sama saja. Perhatikan perhitungan berikut.
– Tegangan sebagai penghambat gerakan batang besi
ΣF = m. a
T1 – W2 – T2 = m. a
T1 – m2. g – T2 = m2. a
T2 = T1 – m2. g – m2. a
T2 = T1 – m2 (g + a)
T2 = 125 N – 5 kg (10 m/s² + 2,5 m/s²)
T2 = 125 N – 5 kg. 12,5 m/s²
T2 = 125 N – 62,5 N
T2 = 62,5 N
– Tegangan sebagai penggerak benda paling bawah
ΣF = m. a
T2 – W3 = m. A
T2 – m3. g = m3. a
T2 = m3. a + m2. g
T2 = m3 (a + g)
T2 = 5 kg. (2,5 m/s² + 10 m/s²)
T2 = 5 kg. 12,5 m/s²
T1 = 62,5 N
Perhatikan gambar. Balok 2 (massa 2 kg) pada permukaan horizontal dihubungkan ke balok 1 (massa 1 kg) melalui seutas tali dan dua katrol licin. Koefisien gesekan statis dan kinetis antara balok 2 dan permukaan masing-masing adalah 0,60 kg dan 0,40 kg. Suatu gaya dengan besar P dikerjakan secara langsung pada balok 1.
a. Berapa nilai terkecil P yang akan menyebabkan balok bergerak?
Suatu nilai P yang lebih besar dikerjakan untuk membuat balok bergerak dan kemudian gaya P ini dihilangkan.
b. Jika balok 2 bergerak dengan jarak d dalam selang waktu tertentu t, berapa jauh balok 1 telah bergerak?
c. Bagaimana hubungan antara percepatan a1 dari balok 1 dan percepatan a2 dari balok 2?
d. Berapa nilai-nilai a1 dan a2 tersebut?
Cara menjawabnya :
Untuk memulai ada baiknya kita menggambarkan secara jelas seperti di bawah ini :
Gerak balok 1 = 2x gerak balok 2 , maka a1 = 2a2
- Untuk Benda 2
W1-2T-Fges = m2 x a2
W1 – 2(2a2 . m1)- 0,6 .m.g = m2 x a2
10 – 2 (2a2) – 6 = 2a2
4 = 6a2
a2 = 2/3 m/s kuadrat
a1 = 2a2 = 4/3 m/s kuadrat
- Untuk Benda 1
T1 = m1 . a1 ; T2 = 2a2 . m1
Dari balok 1 dan 2
a. Nilai terkecil P
P – f.ges = (m1 + m2 ) a2
P – Mk.N = ( m1 +m2) a2
P – 0,4 (20) = 3 kuadrat/3
P = 2 + 8 = 10 N
Nilai P yang lebih besar
P – f.ges = (m1 + m2 ) a2
P – Ms.N = (m1 + m2 ) a2
P – 0,6 (20) = 3 kuadrat/3
P = 12 + 2 = 14 N
b. Jika balok 2 telah bergerak dengan jarak S, maka balok 1 telah bergerak dengan jarak
1/2s (sebab a1 = 2a2 ).
c. Hubungan a1 dan a2 yaitu = a1 2 kali a2 atau percepatan balok 1 adalah 2 kali percepatan balok 2.
d. a1 = 2a2 = 4/3 m/s kuadrat dan a2 = 2/3 m/s kuadrat
Sekarang kita coba dengan soal yang lebih sederhana :
Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Bila gaya gesekan antara benda A dengan bidang 2,5 Newton, sedangkan gaya gesekan tali dengan katrol diabaikan, maka percepatan kedua benda adalah…
Cara Menjawabnya :
Diketahui :
Massa balok A (mA) = 2 kg
Massa balok B (mB) = 1 kg
Gaya gesek antara balok A dan bidang datar (fges A) = 2,5 Newton
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat balok B (wB) = mB g = (1)(10) = 10 Newton
Ditanya : Percepatan kedua benda (a)
Maka Jawabannya adalah sebagai berikut :
Percepatan kedua benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton.
∑F = m a
wB – fges = (mA + mB) a
10 – 2,5 = (2 + 1) a
7,5 = 3 a
a = 7,5 / 3 = 2,5 m/s2
Okay guys, sekian dulu ya, jika ada yang mau ditanya atau memberikan masukan dan kritikan, sekali lagi diingatkan jangan malu-malu 😀 Langsung saja ke media yang disediakan di bagian attachment (lampiran). Nantikan Latihan Online dari kami, tetap semangat dan terus berlatih. Apapun kurikulumnya Senopati Education Center akan terus ada untuk kalian karena #pintaritugratis.