Contoh Soal Gaya Normal pada Bidang Datar + Jawabannya Lengkap dan Mudah
Daftar Materi Fisika
Ketika benda berada pada suatu bidang, bidang tersebut akan memberikan gaya pada benda tadi yang disebut gaya kontak. Jika gaya kontak ini tegak lurus permukaan bidang maka disebut gaya normal.
Besarnya gaya normal bergantung pada besar gaya lain yang bekerja pada benda. Gambar berikut ini memperlihatkan beberapa arah gaya normal (dibandingkan dengan gaya gravitasi yang arahnya selalu tegak lurus permukaan bumi). Arah gaya normal selalu tegak lurus bidang tempat benda itu berada.
Rumus gaya normal suatu benda yang terletak diam pada bidang horizontal adalah sebagai berikut
N = w |
Keterangan:
N = gaya normal (N)
w = berat benda (N) = mg (massa × percepatan gravitasi bumi)
Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas beberapa contoh soal tentang gaya normal pada bidang datar lengkap dengan jawabannya. Silahkan kalian pelajari dan simak baik-baik soalnya.
1. Sebuah benda bermassa m kg terletak pada telapak tangan. Apabila percepatan gravitasi adalah g, berapakah gaya normal yang dikerjakan oleh tangan pada benda ketika:
a) tangan diam
b) tangan digerakkan ke atas dengan percepatan a
c) tangan digerakkan ke bawah dengan percepatan a
Penyelesaian:
a) tangan diam, maka gaya normal = berat benda. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut ini.
Berdasarkan gambar diagram gaya di atas, maka:
ΣFY = 0
N = w
N = mg
b) tangan digerakkan ke atas dengan percepatan a m/s2, perhatikan gambar berikut.
Berdasarkan gambar diagram gaya di atas, maka:
ΣFY = ma
N – w = ma
N = ma + w
N = ma + mg
N = m (a + g)
c) tangan digerakkan ke bawah dengan percepatan a m/s2, perhatikan gambar berikut.
Berdasarkan gambar diagram gaya di atas, maka:
ΣFY = ma
w - N = ma
N = w – ma
N = mg – ma
N = m (g – a)
2. Sebuah balok diam di atas permukaan bidang datar. Massa balok sebesar 2 kg, percepatan gravitasi bumi 10 m/s2. Besar dan arah gaya normal adalah...
Pembahasan:
Diketahui:
m = 2 kg
g = 10 m/s2
Ditanyakan: besar dan arah gaya berat (w)
Jawab:
Perhatikan gambar diagram gaya yang bekerja pada balok di bawah ini.
Karena balok dalam keadaan diam, maka pada arah vertikal (tegak lurus) berlaku persamaan sebagai berikut:
ΣFY = 0
N – w = 0
N = w
N = mg
N = (2 kg)(10 m/s2)
N = 20 Newton
Dengan demikian besar gaya berat balok tersebut adalah 20 N dan arahnya ke atas tegak lurus bidang.
3. Perhatikan gambar berikut ini.
Kedua balok dalam keadaan diam. Massa balok 1 adalah = 1 kg, massa balok 2 adalah 2 kg, percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2. Besar gaya normal yang bekerja pada balok 1 dan balok 2 adalah...
Pembahasan:
Diketahui:
m1 = 1 kg
m2 = 2 kg
g = 10 m/s2
Ditanyakan: besar gaya normal yang dialami benda 1 dan 2.
Jawab:
Perhatikan gambar diagram gaya yang bekerja pada balok di bawah ini.
Untuk balok 1
Gaya vertikal yang bekerja pada balok atas adalah sebagai berikut.
ΣFY = 0
N1 – w1 = 0
N1 = w1
N1 = m1g
N1 = (1)(10)
N1 = 10 N
Dengan demikian, gaya normal yang dialami balok 1 sebesar 10 Newton.
Untuk balok 2
Gaya vertikal yang bekerja pada balok bawah adalah sebagai berikut.
ΣFY = 0
N2 – w1 – w2 = 0
N2 = w1 + w2
N2 = m1g + m2g
N2 = (m1 + m2)g
N2 = (1 + 2)10
N2 = (3)(10)
N2 = 30 N
Dengan demikian, gaya normal yang dialami oleh balok 2 sebesar 30 Newton.
4. Suatu balok yang memiliki massa 2 kg dalam keadaan diam. Apabila pada balok diberi gaya tekan sebesar 10 N, berapakah besar gaya normal yang bekerja pada balok tersebut (besar pecepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2).
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 2 kg
F = 10 N
g = 10 m/s2
Ditanyakan: gaya normal yang bekerja pada balok.
Jawab:
Untuk dapat menjawab soal di atas dengan mudah, maka kamu harus menggambarkan garis-garis gaya yang bekerja pada balok tersebut. Perhatikanlah diagram gaya di bawah ini.
Resultan gaya dalam arah vertikal yang bekerja pada balok tersebut adalah sebagai berikut.
ΣFY = 0 (karena tidak terjadi gerak vertikal)
N – w – F = 0
N = w + F
N = mg + F
N = (2 × 10) + 10
N = 20 + 10
N = 30 N
Jadi, gaya normal yang bekerja pada balok tersebut adalah sebesar 30 Newton.
5. Pada sebuah balok yang diam diberi gaya tarik sebesar 10 Newton dan gaya tekan sebesar 20 Newton. Apabila massa balok tersebut adalah 1 kg dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2, maka hitunglah gaya normal yang bekerja pada balok tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 1 kg
F1 = 10 N
F2 = 20 N
g = 10 m/s2
Ditanyakan: gaya normal (N)
Jawab:
Untuk lebih dapat memahami cara menyelesaikan soal tersebut, maka perhatikan diagram gaya yang bekerja pada balok berikut ini:
Berdasarkan diagram gaya di atas, maka resultan gaya yang bekerja pada balok tersebut adalah sebagai berikut.
ΣFY = 0 (karena tidak terjadi gerak vertikal)
N + F1 – w – F2 = 0
N = (w + F2) – F1
N = (mg + F2) – F1
N = [(1 ×10) + 20] – 10
N = (10 + 20) – 10
N = 30 – 10
N = 20 N
Dengan demikian, gaya normal yang bekerja pada balok tersebut sebesar 20 Newton.
6. Pongki menarik sebuah balok yang bermassa 10 kg dengan gaya sebesar 100 N dengan arah membentuk sudut 37o terhadap lantai. Koefisien gesek statis dan kinetik benda terhadap lantai adalah 0,5 dan 0,4. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka tentukan besar gaya normal yang dialami balok tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 10 kg
F = 100 N
α = 37o
µs = 0,5
µk = 0,4
g = 10 m/s2
Ditanyakan: gaya normal (N)
Jawab:
Untuk dapat menentukan besar gya normal, maka harus digambarkan terlebih dahulu garis-garis gaya yang bekerja pada balok, untuk itu perhatikan skema berikut ini.
Karena gaya normal hanya bekerja dalam arah vertikal, maka kita hanya berfokus pada komponen gaya pada sumbu-Y saja. Resultan gaya yang bekerja pada sumbu-Y adalah nol karena tidak ada gerak dalam arah vertikal, sehingga berlaku persamaan Hukum I Newton sebagai berikut.
ΣFY = 0
N + F sin α – w = 0
N = w – F sin α
N = mg – F sin 37o
N = (10 × 10) – (100 × 0,6)
N = 100 – 60
N = 40 N
Dengan demikian, gaya normal yang bekerja pada balok tersebut sebesar 40 N.
