Contoh Soal Dinamika Partikel

CONTOH SOAL DINAMIKA PARTIKEL

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

F               = 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.

F               = 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 Newton II

F = m.a (dengan F = 6 N dan m = 2 kg)

6 = 2a

a = 2 / 6

a = 3 ms-2

4.   Balok B mengalami dua gaya masing-masing F1 = 25 N dan F2 = 20 N seperti ditunjukkan pada gambar. Berapa percepatan balok B?

Dari Hukum II Newton

F                           = 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 F               = 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:

F = 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 s= 0,4 dan koefisien gesekan kinetis k= 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

     Fy = 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 = s 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,

     Fx = 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 = k 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 = s . N

fsmak = s . w cos 30

fsmak = s . 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 = k . N

fk = k . w cos 30

fk = k . 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

F = m1 . a

w1 T = m1 . a

5 . 10 T = 5 . a

T = 50 5a

Tinjau benda m2:

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 = 0,1. massa katrol 10 kg. hitunglah:

a. percepatan sistem

b. gaya tegang tali

Jawaban

a. Tinjau m1:

F = m . a

T fk = m . a

T k . 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):

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 = 30, 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 : F1 = m1 . a

T fk w1 sin 30 = m1 . a

T k . N m1 g sin 30 = m1 . a

T k . m1 . g . cos 30 m1 . g sin 30 = m1 . a

T 0,2 . 4 . 10 . 3 – 4 . 10 . = 4 . a

T 4 3 – 20 = 4a

T = 26,928 + 4a

Tinjau m2 :

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.

Posting Lebih Baru Posting Lama Beranda

Top of Form

Bottom of Form

Ruang Diskusi

Mengenai Saya

Imbe Hastungkara

Lihat profil lengkapku

Diberdayakan oleh Blogger.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>