Hukum Newton pada Gerak Benda di Dalam Lift, Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Pada gedung-gedung tinggi yang memiliki banyak lantai, tidak mungkin seseorang naik turun menggunakan tangga. Selain memerlukan waktu lama, juga memerlukan energi yang tidak sedikit alias melelahkan. Oleh karena 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 saat lift bergerak naik atau bergerak turun?

Ketika kita berada di dalam lift yang bergerak naik, badan kita akan terasa semakin berat. Namun sebaliknya, pada saat lift bergerak turun, badan kita akan terasa lebih ringan. Kenapa hal tersebut bisa terjadi? Untuk menjelaskan keadaan ini, kita bisa menggunakan Hukum Newton. Untuk bisa memahami bagaimana Hukum Newton bisa menjelaskan gerak benda di dalam lift, simak baik-baik penjelasan 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 adalah karena lift hanya bergerak naik-turun, maka kita hanya meninjau komponen gaya vertikal saja. Oke, langsung saja kita mulai.

#1 Lift Diam

Seorang anak berada di dalam lift yang diam seperti yang diilustrasikan pada gambar di atas. Di dalam lift, gaya yang kita tinjau adalah gaya yang arahnya vertikal sesuai dengan arah gerak lift yang juga vertikal. Pada lift yang berada dalam kondisi diam berlaku Hukum I Newton dan dapat 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 merasakan 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 merasakan perubahan berat badan. Jadi, berat badan kita di dalam lift yang bergerak ke atas maupun ke bawah dengan kecepatan konstan, sama dengan berat badan kita ketika diluar lift. Pada keadaan ini juga berlaku persamaan (1) N = w.

#3 Lift Bergerak Dipercepat ke Atas

Apa yang kalian rasakan saat berada di dalam lift yang bergerak dipercepat ke atas? Saat lift bergerak vertikal ke atas dengan percepatan a, lantai lift juga memberikan percepatan yang sama terhadap kita. Karena lift memiliki percepatan, pada kasus ini berlaku Hukum II Newton sebagai berikut.

ΣF = ma

Sebagai acuan 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, akibatnya badan 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 seperti 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 adalah 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 saat kita berada di dalam lift yang bergerak dipercepat ke atas, kita merasakan badan kita bertambah berat. Lalu bagaimanakah jika kita berada di dalam lift yang bergerak dipercepat ke bawah? Pada saat lift bergerak dipercepat ke bawah, berlaku Hukum II Newton sebagai berikut.

ΣF = ma

Sebagai acuan 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) menunjukkan bahwa N < w, sehingga ketika kita berada di dalam lift yang bergerak dipercepat ke bawah, badan kita akan terasa menjadi lebih ringan.

#6 Tali Lift Putus

Apakah yang akan kita rasakan saat 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 merasakan “seolah-olah” badan kita melayang dan tidak memiliki berat sama sekali. Lalu bagaimanakah Hukum Newton menjelaskan peristiwa 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:

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 badan kita.

Catatan Penting:

Berdasarkan Hukum III Newton, gaya normal yang yang dikerjakan alas lift terhadap kaki penumpang lift sama dengan gaya tekan kaki penumpang pada alas lift. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa, gaya normal juga berperan sebagai gaya tekan kaki pada alas 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 adalah sebesar 1 N.

Contoh Soal #2

Seorang siswa sedang membuktikan konsep fisika yang mengatakan 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 adalah 2 m/s2.

Contoh Soal #3

Rizki amalia yang massanya 53 kg berdiri 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 menggunakan 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 adalah 636 N.

Demikianlah artikel tentang penerapan hukum Newton pada gerak benda di dalam lift lengkap dengan gambar ilustrasi, contoh soal dan pembahasannya. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, huruf maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.