Dinamika partikel mencakup sub bab, hukum satu, dua, dan tiga Newton. Berikut 10 soal dan pembahasan dinamika partikel yang dapat dipahami sebelum kuis.
Baca sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Gerak Melingkar (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
1. Fenomena diamnya sebuah buku di atas meja terjadi karena . . .
A. Total gaya yang bekerja sama dengan nol
B. Hanya bekerja gaya berat
C. Hanya bekerja gaya sentuh buku dan meja
D. Terjadi aksi dan reaksi antara gaya berat dan gaya normal
E. Percepatan sistem sama dengan percepatan gravitasi
Pembahasan :
Hukum 1 Newton menyatakan total gaya yang bekerja pada benda adalah sama dengan nol. Benda dalam keadaan diam (buku) tidak ada interaksi dengan benda lain (gaya luar).
Sedangkan berdasarkan hukum 3 Newton, benda diam bukan berarti benar-benar diam tanpa sentuhan. Misal, benda besar didorong ke kanan oleh tangan dan ia diam karena melawan dengan gaya yang sama besar ke arah kiri (aksi-reaksi). Terdapat gaya luar yang bekerja padanya.
Gaya aksi-reaksi memiliki syarat bekerja pada benda yang berbeda. Vektor gaya normal dan gaya berat memang tampak saling berpelurus, sama besar, dan berlawanan. Tetapi, mereka bukanlah pasangan gaya aksi-reaksi.
Pasangan gaya tarik bumi terhadap benda (gaya berat) adalah gaya tarik benda terhadap bumi, bukan gaya nromal.
Jawaban A.
2. Perhatikan gambar berikut!
A. 15 N ke arah sumbu x positif
B. 15 N ke arah sumbu y negatif
C. 35 N arah sumbu x negatif
D. 35 N ke arah sumbu y positif
E. Tidak perlu diberikan gaya luar
Pembahasan :
Diketahui :
a = 3 m/s² (bergerak ke kanan pada sumbu x positif)
W = 50 N
g = 10 m/s²
*Mencari nilai massa (m)
W = m.g
m = W/g
m = 50/10
m = 5 kg
*Mencari nilai gaya (F)
ΣF = m.a
ΣFx = m.ax
ΣFx = 5.(3)
ΣFx = 15 (bergerak searah percepatan, yaitu sumbu x positif)
Jawaban A
3. Perhatikan gambar berikut!
A. Resultan gaya sumbu y bernilai m.a
B. Resultan gaya sumbu x bernilai nol
C. Resultan gaya sumbu x bernilai -m.a
D. Resultan gaya sumbu y bernilai -m.a
E. Resultan gaya sumbu x bernilai m.a
Pembahasan :
Pada gambar di atas, benda bergerak ke kanan (sumbu x positif). Hal ini menandakan bahwa gaya F3 dan F1 yang menang. Resultan gaya-nya pasti ke kanan.
Kita misalkan percepatan a bernilai positif, sehingga gaya F3 dan F1 juga positif karena searah dengan a dan F2 negatif karena berlawanan. Persamaannya menjadi
ΣFx = m.ax
F3 + F1 - F2 = m.ax
4. Agar Maruko memperoleh berat badan yang lebih ringan, maka ia harus menimbang berat badan di dalam lift saat lift dalam keadaan . . .
A. Diam menunggu orang lain masuk
B. Tepat akan bergerak naik
C. Tepat akan bergerak turun
D. Sedang bergerak naik
E. Sedang bergerak turun
Pembahasan :
Penurunan persamaan tentang gerak normal benda yang berada dalam lift yang dipercepat ke atas atau ke bawah dapat dilihat pada pembahasan dalam link berikut (gambar 1.3) “gaya netto (bersih) benda yang berada dalam lift yang dipercepat naik atau turun”
*Keadaan naik (percepatan a ke atas, gaya yang searah dengan percepatan akan bernilai positif, yaitu gaya normal N, dan gaya berat W negatif)
ΣFy = m.ay
N – W = m.ay
W = N – m.ay
*Keadaan turun (percepatan a ke bawah, gaya yang searah dengan percepatan akan bernilai positif, yaitu gaya berat W, dan gaya normal N negatif)
ΣFy = m.ay
W – N = m.ay
W = N + m.ay
Dari persamaan W pada masing-masing keadaan, kita dapat melihat bahwa nilai W pada keadaan naik lebih kecil dibanding nilai W pada keadaan turun.
Jawaban D.
5. Ali membawa neraca pegas dengan sebuah botol berisi air yang bermassa 600 gram. Kemudian, Ali naik lift yang bergerak naik turun dengan percepatan 1,5 m/s², sehingga diperoleh perbedaan berat botol tersebut sebesar . . .
A. 0,9 N
B. 1,2 N
C. 1,8 N
D. 3,6 N
E. 6,0 N
Pembahasan :
Link penurunan persamaan dapat dilihat pada “gaya tegang tali pada benda yang digantung dalam lift yang bergerak naik atau turun” (gambar 1.2.). Kondisi ini mirip, nilai gaya yan dibaca neraca pegas akan sama dengan besar gaya tegang tali.
Diketahui :
a = 1,5 m/s²
m = 600 gr = 0,6 kg
W = m.g = 0,6.(10) = 6 N
Ditanya : Selisih gaya tegang tali naik – gaya tegang tali turun (Tnaik – Tturun)
*Keadaan naik (percepatan a ke atas, gaya yang searah dengan percepatan akan bernilai positif, yaitu gaya tegang tali T, dan gaya berat W negatif)
ΣFy = m.ay
T – W = m.ay
T = W + m.ay
T = 6 + (0,6).(1,5)
T = 6 + 0,9 = 6,9 N
*Keadaan turun (percepatan a ke bawah, gaya yang searah dengan percepatan akan bernilai positif, yaitu gaya berat W, dan gaya tegang tali T negatif)
ΣFy = m.ay
W – T = m.ay
T = W– m.ay
T = 6 + (0,6).(1,5)
T = 6 - 0,9 = 5,1 N
*Jadi, selisih keduanya adalah (6,9 – 5,1) = 1,8 N
Jawaban C.
6. Balok bermassa 10 kg diberikan gaya sebesar 60 N pada lantai licin, sehingga balok bergerak dengan percepatan sebesar . . .
A. 6,0 m/s2
B. 4,5 m/s2
C. 3,0 m/s2
D. 3,6 m/s2
E. 6,0 m/s2
Pembahasan :
Diketahui :
m = 10 kg
W = m.g = 10.(10) = 100 N
F = 60 N
θ = 60o
cos 60o = 1/2
| ΣF | = | m.a |
| ΣFx | = | m.ax |
| F.cosθ | = | m.ax |
| ax | = | F.cosθ /m |
| ax | = | 60.cos60o /10 |
| ax | = | 3 m/s2 |
Jawaban C.
7. Pesawat atwood memiliki dua benda dengan jumlah massa sebesar 5 kg dan selisih keduanya sebesar 1 kg. Sistem tersebut dapat diperkirakan memiliki percepatan sebesar . . .
A. 1,0 m/s2
B. 2,0 m/s2
C. 4,0 m/s2
D. 5,0 m/s2
E. 1,0 m/s2
Pembahasan :
Pesawat atwood di atas adalah katrol bertali yang ujungnya digantung oleh massa yang berbeda. Massa katrol dan tali diabaikan, begitupula gesekan dan elastisitas tali.
Lihat penurunan persamaan “percepatan pesawat atwood (katrol-tali) tanpa lantai” (gambar 1.4) pada link tersebut.
Diketahui :
m1 + m2 = 5 kg
m1 – m2 = 1 kg
Ditanya : percepatan (a)?
| a | = | g (m1 - m2)/( m1 + m2) |
| a | = | 10 (1)/(5) |
| a | = | 2 m/s2 |
Jawaban B.
8. Dua benda identik bermassa 3 kg salah satunya diletakkan pada meja licin dan lainnya digantungkan pada katrol. Besar gaya yang diperlukan agar benda yang menggantung naik dengan percepatan 2 m/s² adalah . . .
A. 30 N
B. 36 N
C. 42 N
D. 48 N
E. 52 N
Pembahasan :
Lihat penurunan persamaan “pesawat atwood (katrol-tali) di atas lantai datar” (gambar 1.2) pada link tersebut. Penurunan persamaan dapat dimodifikasi bergantung pada jenis lantai (kasar atau licin). Jika licin, maka hilangkan faktor gaya geseknya.
Kita hendak membuat massa 2 yang tergantung bergerak naik (a berlawanan arah jarum jam). Sehingga, kita perlu memberi gaya tarik pada massa 1 sebesar F ke arah kiri.
Diketahui :
m1 = m2 = 3 kg
a = 2 m/s2
Ditanya : Besar gaya tarik pada m1 (F)?
| ΣF | = | m.a |
| F - T | = | m1.a |
| T | = | F - m1.a |
*Persamaan untuk massa 2 (Gaya tegang tali T bernilai positif karena searah dengan percepatan a, dan W negatif karena berlawanan)
| ΣF | = | m.a |
| T – W2 | = | m2.a |
| T | = | W + m2.a |
| T | = | m2.g + m2.a |
*Subtitusi persamaan 1 ke persamaan 2
| T | = | m2.g + m2.a |
| F - m1.a | = | m2.g + m2.a |
| F | = | m2.g + m2.a + m1.a |
| F | = | 3(10) + 3(2) + 3(2) |
| F | = | 42 N |
Jawaban C.
9. Balok 1 dan 2 dengan massa berturut-turut 4 kg dan 1 kg. Keduanya diletakkan berdasarkan ilustrasi di bawah ini dengan lantai dalam keadaan licin. Besar gaya yang harus diberikan agar benda 2 dapat turun dengan percepatan 3 m/s² adalah . . .
B. 15 N pada benda 1 menuju ke kanan
C. 5 N pada benda 2 menuju ke bawah
D. 15 N pada benda 2 menuju ke bawah
E. 5 N pada benda 1 menuju ke kiri
Pembahasan :
Lihat penurunan persamaan “pesawat atwood (katrol-tali) di atas lantai datar” (gambar 1.2) pada link tersebut. Penurunan persamaan dapat dimodifikasi bergantung pada jenis lantai (kasar atau licin).
Kita hendak membuat massa 2 yang tergantung bergerak turun (a searah jarum jam). Sehingga, kita perlu memberi gaya tarik pada massa 2 sebesar F ke arah bawah.
Diketahui :
m1 = 4 kg
m2 = 1 kg
a = 3 m/s2
*Persamaan untuk massa 1 (Gaya T bernilai positif karena searah dengan percepatan a)
| ΣF | = | m.a |
| T | = | m1.a |
*Persamaan untuk massa 2 (Gaya berat W dan F bernilai positif karena searah dengan percepatan a, dan gaya tegang tali T negatif karena berlawanan)
| ΣF | = | m.a |
| W2 + F – T | = | m2.a |
| T | = | F + W - m2.a |
| T | = | F + m2.g - m2.a |
*Subtitusi persamaan 1 ke persamaan 2
| T | = | F + m2.g - m2.a |
| m1.a | = | F + m2.g - m2.a |
| 4(3) | = | F + 1(10) - 1(3) |
| 12 | = | F + 10 - 3 |
| F | = | 5 N |
*Gaya sebesar 5 N diberikan pada benda 2 ke arah bawah.
Jawaban C.
10. Pesawat atwood memiliki massa 2 kg dan 3 kg, sehingga bergerak dengan percepatan tertentu, maka besar tegangan tali yang dialami sebesar . . .
A. 20 N
B. 24 N
C. 28 N
D. 30 N
E. 36 N
Pembahasan :
Lihat penurunan persamaan “percepatan pesawat atwood (katrol-tali) tanpa lantai” (gambar 1.4) pada link tersebut.
Diketahui :
m1 = 2 kg
m2 = 3 kg
a = a (searah jarum jam karena massa 2 lebih besar)
Ditanya : Besar gaya tegang tali (T)?
*Mencari percepatan (a)
| a | = | g (m2 – m1)/( m2 + m1) |
| a | = | 10 (1)/(5) |
| a | = | 2 m/s2 |
*Tinjau dari massa 2 (Gaya berat W2 bernilai positif karena searah dengan percepatan a, dan T negatif karena berlawanan)
| ΣF | = | m.a |
| W2 – T | = | m2.a |
| T | = | W2 - m2.a |
| T | = | m2.g - m2.a |
| T | = | 3(10) – 3.2 |
| T | = | 24 N |
Jawaban B.
Baca selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Dinamika Partikel (bagian 2) ǀ Pilihan Ganda
Itulah 10 soal dan pembahasan dinamika partikel terdiri dari hukum satu, dua, dan tiga Newton. Klik selanjutnya untuk soal dan pembahasan lainnya.
 ǀ Pilihan Ganda){kind=link}
Post a Comment
Post a Comment