Hukum Newton 2 (menguraikan gaya-gaya)

Pada kesempatan ini saya akan memberikan beberapa contoh penguraian gaya yang berhubungan dengan hukum Newton 2. Rumus jangan dihafalkan, tetapi dipahami bagaimana suatu persamaan diturunkan dan diselesaikan dengan menggunakan kesetimbangan gaya – gaya dan hukum Newton 2. Dengan demikian soal yang berhubungan dengan kesetimbangan gaya dan hukum Newton 2 yang bagaimanapun bentuknya akan dengan mudah dapat diselesaikan.

Dalam pembahasan ini sengaja saya tidak menampilkan angka, tetapi hanya huruf saja, karena fisika itu adanya pada pemahaman bagaimana suatu persamaan diturunkan bukan menyelesaikan perhitungan, karena penyelesaian perhitungan itu matematikanya saja. (singkatnya pake kalkulator beres :) ). Pembahasan di mulai dengan soal yang paling mudah hingga bertahap menuju yg lebih sulit.

Kepada para pembaca, mohon dikoreksi bila ada kesalahan dalam penguraian, penurunan atau apa saja agar materi ini tidak menjadi suatu pelajaran yang salah bagi pembaca lain yang mempelajarinya. Ok, selamat mengikuti !

Contoh 1

Sebuah pegas mempunyai konstanta k dan sebuah benda dengan massa m digantungkan pada pegas tersebut, pegas tersebut diregangkan sebesar ∆x, hitunglah percepatan pegas pada saat dilepaskan pada regangan ∆x!

Gambar diagram benda bebas :

Gambar 1 diagram benda bebas untuk pegas dan massa m

Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbu X tidak ada, sedangkan jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbu Y adalah :

Contoh 2

Gambar 2 balok pada papan luncur yang licin

Perhatikan gambar 2, sebuah balok dengan massa m berada pada papan luncur yang licin. Uraikan gaya – gaya pada balok dan berapa besar percepatan balok ?

Gambar 3 gaya-gaya yang bekerja pada balok dan arah percepatan balok

Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbuh Y adalah :

N disebut gaya normal atau biasa ada yang menulis dalam notasi FN

W adalah gaya berat benda yang besarnya massa dikali dengan gravitasi bumi.

Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbuh X adalah :

Contoh 3

Sama seperti pada soal no 2 hanya saja pada papan luncur terdapat gesekan yang menghambat balok untuk bergerak. Hitunglah besar gaya (F) minimum untuk memulai balok bergerak bila koefisien gesek statis di ketahui sebesar μs.

diagram benda bebas :

Gambar 4 diagram benda bebas untuk balok dengan gaya gesek pada papan luncur

Jumlah gaya-gaya searah sumbu Y adalah:

Jumlah gaya-gaya searah sumbu X adalah :

Jadi besarnya gaya minimum untuk menggerak balok adalah sebesar koefisien gesek statis dikali dengan gaya normal balok.

 Gaya gesek ada 2 yaitu gaya gesek statis yang besarnya koefisien gesek statis ( μs )dikali dengan gaya normal ( N )dan gaya gesek kinetik (μk) yang besarnya koefisien gesek kinetik dikali gaya normal ( N ). Gaya gesek kinetik bekerja pada benda yang bergerak sedangkan gaya gesek statis bekerja pada benda yang diam. Koefisien gesek statis lebih besar dari pada koefisien gesek kinetik.

Contoh 4

Sama seperti soal pada no 2, tetapi balok bergerak dan papan luncur memiliki koefisien gesek kinetik (μk), carilah percepatan balok

diagram benda bebas adalah :

Gambar 5 diagram benda bebas untuk soal no 4

Jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

Jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu X adalah :

Contoh 5

Carilah percepatan pada balok yang ditarik dengan gaya F yang membentuk sudut terhadap garis horizontal sebesar α seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 6 balok yang ditarik pada papan luncur  dengan sudut alfa dan gaya gesek fk

Diagram benda bebas adalah :

Gambar 7 diagram benda bebas untuk soal no 5

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y adalah :

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :

N di subtitusi dari hasil penguraian gaya-gaya pada sumbu Y.

Contoh 6.

Carilah percepatan balok bermassa m yang meluncur menuruni suatu permukaan bidang miring yang licin dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. (lihat gambar berikut ini)

Gambar 8 balok pada bidang miring yang licin

Diagram benda bebas untuk soal no 6 adalah :

Gambar 9 diagram benda bebas untuk soal no 6

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y:

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :

Jadi untuk bidang miring tanpa gesekan, maka percepatan suatu benda yang meluncur di atasnya hanya di tentukan oleh gravitasi bumi dan sudut kemiringan bidang miring. Bila sudut sama dengan 90 derajat, maka sama saja benda bergerak jatuh bebas, atau a = g.

Contoh 7.

Sebuah balok berapa pada bidang miring dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. Bidang miring memiliki koefisien gesek statis sebesar ( μs ),  Hitung berapa besar gaya minimum untuk menahan balok agar tidak bergerak pada bidang miring !.

Gambar 10 balok pada bidang miring dengan gesekan

Jawab :

Diagram benda bebas :

Gambar 11 diagram benda bebas untuk soal no 7

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y adalah:

jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :

Contoh 8.

Sebuah balok berapa pada bidang miring dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. Bidang miring memiliki koefisien gesek kinetik sebesar ( μk ),  Balok ditahan dengan sebuah gaya dari bawah yang arahnya searah bidang datar (lihat gambar) hitunglah berapa percepatan balok.

Gambar 12 gambar untuk soal no 8

jawab

diagarm benda bebas untuk soal no 8:

Gambar 13 diagram benda bebas untuk soal no 8

jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu X adalah :

Contoh 9.

Sebuah bola bertali yang massanya m digantungkan pada tali yang panjangnya L dan bergerak dengan kelajuan konstan v dalam lingkaran horizontal berjari-jari r. tali membentuk sudut θ yang diberikan oleh θ = r/L , seperti ditunjukkan pada gambar 14.  carilah tegangan dalam tali dan kelajuan bola.

Gambar 14 gerak bola yang digantung dengan tali

Jawab:

diagram benda bebas untuk soal no 9 adalah :

Gambar 15 diagram benda bebas untuk soal no 9

jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu X adalah :

 Maka tegangan tali dapat dengan mudah dihitung bila sudut θ diketahui.

kelajuan bola dapat dihitung sebagai berikut :

Contoh 10

Seember air diputar dalam lingkaran vertikal berjari-jari r. Jika kelajuannya adalah vt di puncak lingkaran, carilah gaya yang dikerjakan pada air oleh ember di puncak lingkaran. carilah juga nilai minimum vt agar air tetap di dalam ember.

Gambar 16, sebuah ember berisi air yang diputar dalam lingkaran vertikal

Jawab :

Diagram benda bebas untuk soal ini adalah :

Gambar 17 diagram benda bebas untuk soal no 10

Jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

FP adalah gaya yang dikerjakan oleh ember terhadap air. Kelajuan minimum agar air dalam ember tidak tumpah jika FP = 0 maka di dapat :

Contoh 11

Seorang berdiri di atas timbangan yang diletakan di dalam sebuah elevator, seperti digambarkan pada gambar 18. Berapakah skala yang terbaca pada timbangan jika elevator dipercepat ke atas dan dipercepat ke bawah?

Gambar 18 orang yang berdiri di atas timbangan di dalam elevator

Jawab:

diagram benda bebas untuk soal no 11 adalah :

Gambar 19 diagram benda bebas

Jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :

Pada saat elevator bergerak naik :

Pada saat elevator bergerak turun :

Posted on Oktober 24, 2012, in Fisika and tagged , , , , , , , . Bookmark the permalink. 1 Komentar.

  1. benar-benar terima kasih banget untuk artikelnya!!!!
    membantu sekali :D
    lebih mengerti baca ini dibandingkan penjelasan guruku malah -_____-
    tapi kira-kira kalau aku nanya soal boleh gak?? kalau iya itu sangat membantu >_<
    3minggu lagi UN dan otak masih kopong-_-

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 28 pengikut lainnya.

%d blogger menyukai ini: