10 Soal & Pembahasan Hukum Gravitasi Newton (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda - Cuntorio

  

Hukum gravitasi Newton terdiri dari topik gaya gravitasi, kuat medan gravitasi, energi potensial gravitasi, potensial gravitasi, dan hukum Kepler. Berikut 10 soal dan pembahasan gravitasi Newton yang dapat dipelajari sebelum kuis sekolah.

 

Baca sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Dinamika Partikel (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda

 

Pilihlah jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.

1. Matahari, Bumi, dan Bulan berada pada satu garis lurus. Jika massa Matahari, Bumi, dan Bulan masing-masing adalah m_S, m_E, m_M. Jika jarak Bumi ke Matahari adalah r_S dan jarak Bumi ke bulan adalah r_M, maka resultan gaya gravitasi yang dirasakan oleh Bumi sebesar . . .

   A. (G.m_E.m_S/r_M²) - (G.m_E.m_S/r_S²)

   B. (G.m_E.m_M/r_M²) - (G.m_E.m_M/r_S²)

   C. (G.m_E.m_M/r_S²) - (G.m_E.m_S/r_M²)

   D. (G.m_E.m_S/r_S²) - (G.m_E.m_M/r_M²)

   E. (G.m_E.m_M/r_S²) - (G.m_E.m_S/r_M²)

Pembahasan :

Persamaan untuk gaya gravitasi adalah G.m_A.m_B/r_AB². Pada kondisi di atas, Bumi (Earth) tertarik oleh Matahari (Sun) dan tertarik oleh Bulan (Moon). Jadi, persamaan gaya tariknya menjadi

F_total= F_{tarik Sun-Earth} – F_{tarik Moon-Earth}

F_total= (G.m_S.m_E/r_S²) - (G.m_M.m_E/r_M²)

Jawaban D.

 

2. Jarak Bumi ke Matahari adalah R,  sedangkan jarak Jupiter ke Matahari adalah 3R/2. Massa Bumi dan Matahari berturut-turut adalah m_E dan m_J. Pernyataan terkait kecepatan orbit dan periode keduanya adalah . . .

   A. Kecepatan orbit Bumi terhadap Matahari lebih besar daripada Jupiter

   B. Kecepatan orbit Bumi terhadap Matahari lebih kecil daripada Jupiter

   C. Kecepatan orbit Bumi terhadap Matahari sama dengan Jupiter

   D. Periode orbit Bumi terhadap Matahari lebih besar daripada Jupiter

   E. Periode orbit Bumi terhadap Matahari sama dengan Jupiter

Pembahasan :

Berdasarkan persamaan hukum 3 Kepler

(T₁/ T₂)² = (R₁/R₂)³

(T_Earh/ T_Jupiter)² = (R_Earth/R_Jupiter)³

(T_Earth/ T_Jupiter)² = (R/1,5R)³

(T_Earth/ T_Jupiter)² = (1/3,375)

Dari persamaan di atas, kita tahu bahwa periode (T_bumi) Bumi terhadap Matahari lebih kecil dibanding periode (T_Jupiter) Jupiter terhadap Jupiter. (perhatikan perbandingan keduanya)

 

Sedangkan, kecepatan gerak Bumi terhadap orbit Matahari.

v = √(G.M_Sun/R_Sun-Earth)

v = √(G.M_Sun/R)

Kecepatan gerak Jupiter terhadap orbit Matahari

v = √(G.M_Sun/R_Sun-Jupiter)

v = √(G.M_Sun/1,5R)

Dari persamaan di atas, kita tahu bahwa kecepatan gerak Jupiter terhadap Matahari lebih kecil daripada kecepatan bumi terhadap Matahari. (penyebut 1,5 lebih besar dibanding penyebut 1)

Jawaban A

 

3. Besar gaya gravitasi antara dua massa yang berjarak tertentu satu sama lain adalah . . .

   A. Berbanding lurus dengan jarak kedua benda

   B. Berbanding terbalik dengan jarak kedua benda

   C. Berbanding lurus dengan kuadrat jarak kedua benda

   D. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda

   E. Berbanding lurus dengan akar jarak kedua benda

Pembahasan :

Persamaan untuk gaya gravitasi F = G.m_A.m_B/r_AB². Kita dapat menyimpulkan hubungan anatara gaya tarik gravitasi dengan G, m, dan r². Gaya F berbanding lurus dengan konstanta gravitasi (G) dan massa kedua benda (m). Gaya F berbanding terbalik dengan jarak kuadrat (r²)

Jawaban D.

 

4. Kita dapat mengabaikan gaya gravitasi dalam tinjauan partikel elementer. Hal ini karena . . .

   A. Pengaruhnya sangat kecil

   B. Partikel-partikel elementer tidak ada gaya gravitasinya

   C. Pengaruhnya sangat besar

   D. Terlalu sulit perhitungannya

   E. Jarak antar partikel terlalu kecil

Pembahasan :

Hal ini terjadi karena massa partikel sangat kecil. Padahal F = G.m_A.m_B/r_AB²

Jawaban A.

 

5. Kita dapat mengamati gaya gravitasi saat . . .

   A. Benda-benda bergerak relatif

   B. Benda-benda yang ditinjau memiliki massa yang kecil

   C. Benda-benda yang ditinjau memiliki massa yang besar

   D. Benda-benda yang ditinjau diam

   E. Benda-benda yang ditinjau memiliki kecepatan besar

Pembahasan :

Jika benda bermassa besar, maka gaya gravitasinya juga akan bernilai besar. Contohnya bumi dan apel. Kita dapat mengamati pergerakan apel yang ditarik bumi yang jauh lebih besar dibandingkan dirinya.

Jawaban C.

 

6. Dua benda masing-masing bermassa 10 kg dan 20 kg terpisah pada jarak 2 m. Besar gaya gravitasi antara kedua benda tersebut adalah . . .

   A. 2,73 x 10^-9 N

   B. 3,34 x 10^-9 N

   C. 1,34 x 10^-9 N

   D. 3,76 x 10^-9 N

   E. 4,37 x 10^-9 N

Pembahasan :

Diketahui :

G = 6,674 x 10^-11 m³/kg.s²

m₁ = 10 kg

m₂ = 20 kg

r₁₂ = 2 m

Ditanya : gaya gravitasi (F)

F = G.m₁.m₂/r₁₂²

F = (6,674 x 10^-11).(10)(20)/(2)²

F = 333,7 x 10^-11

F = 3,34 x 10^-9 N

Jawaban B.

 

7. Gaya gravitasi antara dua benda adalah 2,001 x 10^-10 N.  Jika massa benda adalah 3 kg dan 9 kg, jarak antara kedua benda tersebut adalah . . .

   A. 3,0 meter

   B. 3,5 meter

   C. 4,0 meter

   D. 4,5 meter

   E. 5,0 meter

Pembahasan :

Diketahui :

G = 6,674 x 10^-11 m3/kg.s²

m₁ = 3 kg

m₂ = 9 kg

F = 2,001 x 10^-10 N

Ditanya : jarak antara keduanya (r₁₂)

F = G.m₁.m₂/r₁₂²

r₁₂² = G.m₁.m₂/F

r₁₂² = (6,674 x 10^-11)(3)(9)/ (2,001 x 10^-10)

r₁₂² = 90,05 x 10^-1

r₁₂² = 9,005

r₁₂ = √(9,005) = 3 N

Jawaban A.

 

8. Benda A bermassa 5 kg terpisah pada jarak 2 m dari benda B. Jika besar gaya gravitasi antara kedua benda adalah 2,5 x 10^-10 N, maka massa benda B adalah . . .

   A. 8 kg

   B. 6 kg

   C. 3 kg

   D. 2 kg

   E. 1 kg

Pembahasan :

Diketahui :

G = 6,674 x 10^-11 m3/kg.s²

m_A = 5 kg

r_AB = 2 m

F = 2,5 x 10^-10 N

Ditanya : massa B (m_B)

F = G.m_A.m_B/r_AB²

m_B = F.r_BA²/ G.m_A

m_B = (2,5 x 10^-10).2²/ (6,674 x 10^-11).(5)

m_B = (2,5 x 10^-10).2²/ (6,674 x 10^-11).(5)

m_B = (0,299 x 10¹)

m_B = 2,9 = 3 kg

Jawaban C.

 

9. Dua benda masing-masing bermassa m₁ dan m₂ terpisah sejauh R, sehingga timbul gaya saling tarik-menarik sebesar F. Jika jarak keduanya diubah menjadi 2 kali semula, maka gaya gravitasinya menjadi . . .

   A. 4F

   B. 2F

   C. F

   D. F/2

   E. F/4

Pembahasan :

Jika F = (G.m₁.m₂/r₁₂²) maka G = (F. r₁₂²/ m₁.m₂). Pada dua kondisi ini, nilai G sama. Oleh karena itu

G	=	G
F. r12²/ m1.m2	=	F’. r12’²/ m1.m2
F. r12²	=	F’. r12²
F. R²	=	F’. (2R)²
F. R²	=	F’. 4R²
F’	=	F/4

Jawaban E.

 

10. Besar gaya gravitasi antara dua bola adalah F. Jika jarak keduanya diperkecil menjadi setengah, maka gaya gravitasinya menjadi . . .

   A. F₁

   B. 2F₁

   C. 3F₁

   D. 4F₁

   E. 5F₁

Pembahasan :

Jika F = (G.m₁.m₂/r₁₂²) maka G = (F. r₁₂²/ m₁.m₂). Pada dua kondisi ini, nilai G sama. Oleh karena itu

G	=	G
F. r12²/ m1.m2	=	F’. r12’²/ m1.m2
F. r12²	=	F’. r12²
F. R²	=	F’. (0,5R)²
F. R²	=	F’. 0,25R²
F’	=	F/0,25
F’	=	4F

Jawaban D.

 

Baca selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Hukum Gravitasi Newton (bagian 2) ǀ Pilihan Ganda

 

Itulah 10 soal dan pembahasan hukum gravitasi Newton (bagian 1) yang terdiri dari topik gaya gravitasi, kuat medan gravitasi, energi potensial gravitasi, potensial gravitasi, dan hukum Kepler.