Contoh Soal Gerak Benda di Bidang Datar Licin dan Jawabannya Lengkap

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 kesempatan kali ini, penulis akan menyajikan beberapa contoh soal dan pembahasan tentang gerak benda pada bidang datar licin berdasarkan prinsip Hukum Newton. Masih ingatkah kalian dengan konsep hukum Newton dari yang pertama hingga yang ketiga? Jika lupa, berikut ringkasan materinya yang penulis sajikan dalam bentuk tabel.

Konsep Hukum Newton

Hukum I Newton	Hukum II Newton	Hukum III Newton
ΣF = 0	ΣF = ma	Faksi = −Freaksi
Keadaan benda: ∎ diam (v = 0  m/s) ∎ bergerak lurus beraturan atau GLB (v = konstan)	Keadaan benda: ∎ benda bergerak lurus berubah beraturan atau GLBB (v≠ konstan)	Sifat gaya aksi reaksi: ∎ sama besar ∎ berlawanan arah ∎ terjadi pada 2 objek berbeda

Nah, jika kalian sudah memahami konsep Hukum 1, 2, dan 3 Newton, kini saatnya kita bahas beberapa contoh soal tentang gerak benda di bidang datar licin beserta jawabannya berikut ini. Selamat belajar dan semoga bisa paham.

1. Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s di atas bidang datar licin, kemudian benda tersebut diberi gaya tetap searah dengan gerak benda. Setelah menempuh jarak 4 m, kecepatan benda menjadi 7 m/s. Tentukan besar gaya tersebut.

Jawab

Diketahui:

v0 = 5 m/s

vt = 7 m/s

m = 2 kg

s = 4 m

Ditanyakan: Gaya (F)

Untuk lebih jelas dalam memahami soal di atas, kita gambarkan terlebih dahulu ilustrasi gerak benda sebagai berikut.

Karena kecepatan berubah atau tidak konstan (v ≠ konstan), maka benda bergerak lurus berubah beraturan. Sehingga kita gunakan rumus kecepatan pada GLBB untuk menentukan besar percepatan.

vt2 = v02 + 2as

2as = vt2 – v02

a = (vt2 – v02)/2s

a = (72 – 52)/2(4)

a = (49 – 25)/8

a = 24/8

a = 3 m/s2

Setelah besar percepatan kita dapatkan, langkah selanjutnya adalah menentukan besar gaya dengan menggunakan Hukum II Newton sebagai berikut.

F = ma

F = (2)(3)

F = 6 N

Dengan demikian, gaya yang bekerja pada benda adalah 6 N.

2. Dua balok (m1 dan m2) yang bersentuhan mula-mula diam di atas lantai licin. Jika m1 = 70 kg, m2 = 30 kg dan pada balok pertama dikerjakan gaya sebesar 200 N, maka tentukanlah percepatan masing-masing balok dan gaya kontak antarbalok tersebut.

Jawab

Diketahui:

m1 = 70 kg

m2 = 30 kg

F = 200 N

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.

Pertama, kita gambarkan terlebih dahulu diagram gaya yang bekerja pada kedua benda tersebut. Dan perlu kalian ketahui bahwa keadaan benda 1 dan 2 saling bersentuhan sehingga akan timbul gaya kontak atau gaya aksi reaksi berdasarkan Hukum III Newton. Supaya lebih jelas, perhatikan gambar berikut ini.

F12 adalah gaya aksi yang diberikan balok 1 kepada balok 2 (bekerja pada balok 2). Sedangkan F21 adalah gaya reaksi yang diberikan balok 2 kepada balok 1 (bekerja pada balok 1). Kedua gaya ini memiliki besar yang sama. Untuk menentukan besar percepatan kedua balok dan juga gaya kontak kita tinjau persamaan gerak masing-masing balok menggunakan Hukum II Newton sebagai berikut.

∎ Tinjau Balok 1

Karena lantai licin maka tidak ada gaya gesek yang bekerja, sehingga resultan gaya pada sumbu-Y tidak perlu diuraikan.

ΣFX = ma

F – F21 = m1a ............... Pers. (1)

∎ Tinjau Balok 2

ΣFX = ma

F12 = m2a ............... Pers. (2)

Karena F12 = F21, maka kita dapat mensubtitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1) sebagai berikut.

F – m2a = m1a

F = m1a + m2a

F = (m1 + m2)a

a = F/(m1 + m2) ............... Pers. (3)

Dengan memasukkan nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (3), maka kita peroleh besar percepatan kedua balok sebagai berikut.

a = 200/(70 + 30)

a = 200/100

a = 2 m/s2

Jadi, besar percepatan kedua balok adalah 2 m/s2. Untuk menentukan gaya kontak antara balok 1 dan 2, kita subtitusikan nilai percepatan yang kita peroleh ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.

F12 = m2a

F12 = (30)(2)

F12 = 60 N

Dengan demikian, besar gaya kontak antarbalok adalah 60 N.

3. Balok A bermassa 4 kg diletakkan di atas balok B yang bermassa 6 kg. Kemudian balok B ditarik dengan gaya F di atas lantai mendatar licin sehingga gabungan balok itu mengalami percepatan 1,8 m/s2. Jika tiba-tiba balok A terjatuh, maka berapakah percepatan yang dialami oleh balok B saja?

Jawab

Diketahui:

mA = 4 kg

mB = 6 kg

a1 = 1,8 m/s2

Ditanyakan: Percepatan (a)

Pada kasus ini ada dua kondisi gerak benda, yaitu kondisi pertama di mana balok A dan balok B bergerak secara bersama-sama dan kondisi kedua di mana balok B bergerak sendirian (karna balok A terjatuh). Oleh karena itu, kita bahas satu-satu kondisi tersebut.

Kondisi pertama

Karena kedua balok bergerak secara bersama-sama, maka besar gaya dipengaruhi oleh gabungan massa kedua benda. Kita gunakan Hukum II Newton yaitu sebagai berikut.

F = ma

F = (ma + mB)a1

F = (4 + 6)(1,8)

F = 18 N

Kondisi kedua

Besarnya gaya F pada kondisi pertama juga masih berlaku untuk kondisi kedua, namun karena tidak balok A terjatuh, maka gaya F hanya bekerja pada balok B saja.

F = mBa2

18 = 6a2

a2 = 18/6

a2 = 3 m/s2

Jadi, percepatan yang dialami balok B adalah sebesar 3 m/s2.

4. Sebuah balok es yang memiliki massa 25 kg didorong Zeni dengan sudut 30°. Jika balok es bergerak dengan percepatan konstan sebesar 1/4√3 m/s2, maka tentukan besar gaya dorongan Zeni tersebut.

Jawab

Diketahui:

m = 25 kg

a = 1/4√3 m/s2

θ = 30°

Ditanyakan: gaya dorong (F)

Langkah pertama adalah menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada objek. Seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Tentu kalian tahu kalau balok es permukaannya licin, sehingga kita dapat mengabaikan gaya gesek. Oleh karena tidak ada gaya gesek, maka kita tidak perlu menentukan resultan gaya pada sumbu-Y (vertikal). Berdasarkan Hukum II Newton, maka resultan gaya pada sumbu-X (horizontal) adalah sebagai berikut.

ΣFX = ma

F cos θ = ma

F cos 30° = (25)( 1/4√3)

F(1/2√3) = 25/4√3

F = (25/4√3)/(1/2√3)

F = 25/2

F = 12,5 N

Jadi, Zeni mendorong balok es tersebut dengan gaya sebesar 123,5 N.

Contoh soal lain yang perlu kalian pelajari:

■ Contoh soal gerak benda di bidang datar licin

■ Contoh soal gerak benda di bidang datar kasar

■ Contoh soal gerak benda di bidang miring licin

■ Contoh soal gerak benda di bidang miring kasar