Jenis-Jenis Gaya
Dinamika Gerak
Fisika SMA — Pengertian Gaya, Jenis-Jenis Gaya (Sentuh & Tak Sentuh), Contoh dalam Kehidupan Sehari-hari, dan Soal Literasi
Daftar Isi
A. Pengertian Gaya
B. Jenis-Jenis Gaya
1. Gaya Sentuh
a. Gaya Berat
b. Gaya Normal
c. Gaya Tegangan Tali
d. Gaya Gesek
e. Gaya Sentripetal
f. Gaya Dorong/Tarik
2. Gaya Tak Sentuh
g.Gaya Gravitasi
C. Contoh Gaya dalam Kehidupan Sehari-hari
D. 1.Hukum I Newton
D. 2.Hukum II Newton
D. 3.Hukum III Newton
E. Contoh Soal Literasi
F. Latihan Soal
A. Pengertian Gaya
Bayangkan situasi ini:
"Saat kamu mendorong meja agar berpindah tempat, kamu memberikan gaya pada meja tersebut. Saat kamu menarik pintu untuk membukanya, kamu juga memberikan gaya. Tanpa gaya, benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan."
"Saat kamu mendorong meja agar berpindah tempat, kamu memberikan gaya pada meja tersebut. Saat kamu menarik pintu untuk membukanya, kamu juga memberikan gaya. Tanpa gaya, benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan."
Definisi Gaya:
Gaya adalah tarikan atau dorongan yang diberikan pada suatu benda. Gaya dapat menyebabkan benda:
Gaya adalah tarikan atau dorongan yang diberikan pada suatu benda. Gaya dapat menyebabkan benda:
- Bergerak (benda diam menjadi bergerak)
- Berhenti (benda bergerak menjadi diam)
- Berubah arah geraknya
- Berubah bentuk (deformasi)
Hukum II Newton:
Gaya yang bekerja pada benda sebanding dengan massa benda dikali percepatannya.
\[ \sum F = m \times a \]
\(F\) = gaya (N), \(m\) = massa (kg), \(a\) = percepatan (m/s²)
Gaya yang bekerja pada benda sebanding dengan massa benda dikali percepatannya.
\[ \sum F = m \times a \]
\(F\) = gaya (N), \(m\) = massa (kg), \(a\) = percepatan (m/s²)
Satuan Gaya:
Satuan gaya dalam SI adalah Newton (N).
\(1 \text{ N} = 1 \text{ kg} \times 1 \text{ m/s}^2\)
Satuan gaya dalam SI adalah Newton (N).
\(1 \text{ N} = 1 \text{ kg} \times 1 \text{ m/s}^2\)
B. Jenis-Jenis Gaya
Berdasarkan cara bekerja, gaya dibedakan menjadi gaya sentuh dan gaya tak sentuh.
1. Gaya Sentuh
Gaya sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda melalui sentuhan langsung. Gaya sentuh hanya dapat terjadi jika ada kontak fisik antara dua benda.
1. Gaya Berat
Gaya Berat (\(w\))
Gaya tarik Bumi terhadap benda. Arahnya selalu ke bawah menuju pusat Bumi.
Contoh: Buku yang jatuh ke lantai karena gaya berat.
\(w = m \times g\)
\(w\) = berat (N), \(m\) = massa (kg), \(g\) = percepatan gravitasi (m/s²)
Contoh: Buku yang jatuh ke lantai karena gaya berat.
b. Gaya Normal
Gaya Normal (\(N\))
Gaya yang diberikan oleh bidang terhadap benda yang berada di atasnya.
Arahnya selalu tegak lurus bidang sentuh.
\(N = w = m \times g\) (untuk bidang datar)
Contoh: Buku di atas meja mendapat gaya normal dari meja ke atas.
c. Gaya Tegangan Tali
Gaya Tegangan Tali (\(T\))
Gaya yang terjadi pada tali atau kabel saat ditarik.
Arahnya sepanjang tali dan menjauhi benda.
\(T = \) gaya tegangan tali (N)
Contoh: Tali penarik saat mobil mogok ditarik.
d.Gaya Gesek
Gaya Gesek (\(f\))
Gaya yang timbul akibat gesekan antara dua permukaan yang bersentuhan.
Arahnya berlawanan dengan arah gerak benda.
Contoh: Ban mobil yang mencengkeram jalan.
\(f = \mu \times N\)
\(\mu\) = koefisien gesek, \(N\) = gaya normal
Contoh: Ban mobil yang mencengkeram jalan.
e.Gaya Sentripetal
Gaya Sentripetal (\(F_s\))
Gaya yang menyebabkan benda bergerak melingkar.
Arahnya selalu menuju pusat lingkaran.
Contoh: Gaya yang dirasakan saat berbelok tajam.
\(F_s = \dfrac{mv^2}{r} = m\omega^2r\)
\(m\) = massa, \(v\) = kecepatan linear, \(r\) = jari-jari
Contoh: Gaya yang dirasakan saat berbelok tajam.
f.Gaya Dorong/Tarik
Gaya Dorong/Tarik Lainnya
Gaya yang diberikan langsung oleh tangan atau alat pada benda.
\(F = \) gaya dorong/tarik (N)
Contoh: Mendorong troli belanja, menarik koper.
2. Gaya Tak Sentuh (Gaya Gravitasi)
Gaya tak sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda tanpa sentuhan langsung. Gaya ini dapat bekerja melalui ruang (jarak).
g.Gaya Gravitasi
Gaya Gravitasi (\(F_g\))
Gaya tarik menarik antara dua benda yang memiliki massa.
Contoh:
\(F_g = G \dfrac{m_1 \times m_2}{r^2}\)
\(G = 6,67 \times 10^{-11} \text{ Nm}^2/\text{kg}^2\)Contoh:
- Bumi menarik benda (gaya berat)
- Matahari menarik planet-planet
- Bulan menarik air laut (pasang surut)
h.Gaya Listrik & Magnet
Gaya Listrik & Magnet
Gaya yang timbul akibat muatan listrik atau medan magnet.
Contoh:
\(F = k \dfrac{q_1 \times q_2}{r^2}\) (Listrik)
\(k = 9 \times 10^9 \text{ Nm}^2/\text{C}^2\)
Contoh:
- Magnet menarik logam
- Rambut tertarik sisir plastik
C. Contoh Gaya dalam Kehidupan Sehari-hari
Gaya Berat
Gelas jatuh karena ditarik gravitasi Bumi
Gaya Normal
Buku di atas meja mendapat gaya dorong dari meja
Gaya Gesek
Ban mobil mencengkeram jalan saat berhenti
Gaya Tegangan Tali
Tali penarik bendera saat upacara
Gaya Sentripetal
Mobil berbelok di tikungan melingkar
Gaya Magnet
Magnet menempel di pintu kulkas
Gaya Gravitasi
Buah jatuh dari pohon ke tanah
Gaya Dorong
Mendorong troli belanja di supermarket
Gaya Reaksi
Roket meluncur ke atas (Hukum III Newton)
D.1 Hukum I Newton
Bayangkan situasi ini:
"Saat kamu naik bus dan bus tiba-tiba mengerem mendadak, tubuhmu akan terdorong ke depan. Sebaliknya, saat bus tiba-tiba bergerak maju, tubuhmu akan terdorong ke belakang. Mengapa hal ini terjadi? Inilah yang dijelaskan oleh Hukum I Newton."
"Saat kamu naik bus dan bus tiba-tiba mengerem mendadak, tubuhmu akan terdorong ke depan. Sebaliknya, saat bus tiba-tiba bergerak maju, tubuhmu akan terdorong ke belakang. Mengapa hal ini terjadi? Inilah yang dijelaskan oleh Hukum I Newton."
Hukum I Newton
"Hukum Kelembaman (Inersia)"
Bunyi Hukum I Newton:
"Suatu benda akan tetap diam atau tetap bergerak lurus beraturan jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol."
"Suatu benda akan tetap diam atau tetap bergerak lurus beraturan jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol."
Secara matematis:
\[
\sum F = 0
\]
Implikasi Hukum I Newton:
- Benda yang diam akan tetap diam jika tidak ada gaya yang bekerja.
- Benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap jika tidak ada gaya yang bekerja.
- Kecenderungan benda untuk mempertahankan keadaannya disebut inersia (kelembaman).
Contoh Hukum I Newton dalam Kehidupan Sehari-hari
Bus Mengerem Mendadak
Penumpang terdorong ke depan karena tubuh mempertahankan kecepatannya
Mobil Melaju Kencang
Penumpang terdorong ke belakang saat mobil tiba-tiba bergerak
Buku di Atas Meja
Buku tetap diam di atas meja karena gaya berat = gaya normal
Satelit di Luar Angkasa
Satelit terus bergerak lurus tanpa hambatan di luar angkasa
Gelas di Atas Kertas
Gelas tetap diam saat kertas ditarik cepat (percobaan inersia)
Kereta Api Bergerak
Kereta tetap bergerak lurus beraturan di rel lurus tanpa gesekan
D.2 Hukum II Newton
Bayangkan situasi ini:
"Saat kamu mendorong sebuah kereta belanja yang kosong, kereta akan bergerak dengan mudah dan cepat. Namun, saat kereta penuh dengan barang, kamu harus mendorong lebih keras agar kereta bergerak dengan percepatan yang sama. Semakin berat benda, semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkannya."
"Saat kamu mendorong sebuah kereta belanja yang kosong, kereta akan bergerak dengan mudah dan cepat. Namun, saat kereta penuh dengan barang, kamu harus mendorong lebih keras agar kereta bergerak dengan percepatan yang sama. Semakin berat benda, semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkannya."
Hukum II Newton
"Hukum Gerak"
Bunyi Hukum II Newton:
"Percepatan suatu benda sebanding dengan resultan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah resultan gaya."
"Percepatan suatu benda sebanding dengan resultan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah resultan gaya."
Secara matematis:
\[
\sum F = m \times a
\]
Keterangan:
- \(\sum F\) = resultan gaya (N)
- \(m\) = massa benda (kg)
- \(a\) = percepatan benda (m/s²)
Implikasi Hukum II Newton:
- Semakin besar gaya yang diberikan, semakin besar percepatan benda.
- Semakin besar massa benda, semakin kecil percepatan yang dihasilkan oleh gaya yang sama.
- Gaya 1 Newton = gaya yang menghasilkan percepatan 1 m/s² pada benda bermassa 1 kg.
Contoh Hukum II Newton dalam Kehidupan Sehari-hari
Mendorong Kereta Belanja
Kereta kosong lebih mudah didorong daripada kereta penuh barang
Pelari Sprint
Pelari mendorong tanah untuk mempercepat larinya
Mobil Berakselerasi
Mobil dengan mesin besar (gaya besar) akselerasi lebih cepat
Truk vs Mobil
Truk yang lebih berat membutuhkan gaya lebih besar untuk akselerasi yang sama
Mengangkat Beban
Beban lebih berat membutuhkan gaya angkat lebih besar
Roket Meluncur
Mesin roket memberikan gaya dorong besar untuk mengatasi gravitasi
D.3 Hukum III Newton
Bayangkan situasi ini:
"Saat kamu berenang, kamu mendorong air ke belakang. Sebagai reaksi, air mendorong kamu ke depan. Begitu pula saat kamu berjalan, kamu mendorong tanah ke belakang, dan tanah mendorong kamu ke depan. Inilah yang dijelaskan oleh Hukum III Newton."
"Saat kamu berenang, kamu mendorong air ke belakang. Sebagai reaksi, air mendorong kamu ke depan. Begitu pula saat kamu berjalan, kamu mendorong tanah ke belakang, dan tanah mendorong kamu ke depan. Inilah yang dijelaskan oleh Hukum III Newton."
Hukum III Newton
"Hukum Aksi-Reaksi"
Bunyi Hukum III Newton:
"Jika benda A memberikan gaya pada benda B (aksi), maka benda B akan memberikan gaya pada benda A yang sama besar namun berlawanan arah (reaksi)."
"Jika benda A memberikan gaya pada benda B (aksi), maka benda B akan memberikan gaya pada benda A yang sama besar namun berlawanan arah (reaksi)."
Secara matematis:
\[
F_{aksi} = -F_{reaksi}
\]
Karakteristik Gaya Aksi-Reaksi:
- Sama besar
- Berlawanan arah
- Bekerja pada benda yang berbeda
- Terjadi secara bersamaan
Perhatikan:
Gaya aksi dan reaksi tidak saling meniadakan karena bekerja pada benda yang berbeda.
Gaya aksi dan reaksi tidak saling meniadakan karena bekerja pada benda yang berbeda.
Contoh Hukum III Newton dalam Kehidupan Sehari-hari
Berenang
Tangan mendorong air ke belakang (aksi), air mendorong tubuh ke depan (reaksi)
Berjalan
Kaki mendorong tanah ke belakang (aksi), tanah mendorong kaki ke depan (reaksi)
Roket Meluncur
Gas keluar ke bawah (aksi), roket terdorong ke atas (reaksi)
Mendorong Tembok
Tangan mendorong tembok (aksi), tembok mendorong tangan (reaksi)
Duduk di Kursi
Tubuh menekan kursi ke bawah (aksi), kursi menekan tubuh ke atas (reaksi)
Baling-baling Kapal
Baling-baling mendorong air ke belakang, air mendorong kapal ke depan
E. Contoh Soal Literasi
Contoh Soal Literasi:
Soal-soal berikut disajikan dalam bentuk cerita kehidupan sehari-hari untuk melatih kemampuan literasi sains dan penerapan konsep dinamika dalam kehidupan nyata.
Soal-soal berikut disajikan dalam bentuk cerita kehidupan sehari-hari untuk melatih kemampuan literasi sains dan penerapan konsep dinamika dalam kehidupan nyata.
Soal Literasi 1 (Gaya Berat dan Normal - Buku di Atas Meja)
Cerita:
Sebuah buku bermassa 2 kg diletakkan di atas meja datar. (\(g = 10\) m/s²)
a. Berapa gaya berat buku?
b. Berapa gaya normal yang diberikan meja pada buku?
Penyelesaian:
Diketahui: \(m = 2\) kg, \(g = 10\) m/s²
a. Gaya berat: \[ w = m \times g = 2 \times 10 = 20 \text{ N} \]
b. Gaya normal:
Karena buku diam di atas meja datar, maka \(N = w = 20 \text{ N}\).
Diketahui: \(m = 2\) kg, \(g = 10\) m/s²
a. Gaya berat: \[ w = m \times g = 2 \times 10 = 20 \text{ N} \]
b. Gaya normal:
Karena buku diam di atas meja datar, maka \(N = w = 20 \text{ N}\).
Soal Literasi 2 (Gaya Gesek - Mendorong Lemari)
Cerita:
Sebuah lemari bermassa 50 kg diletakkan di atas lantai datar. Koefisien gesek statis antara lemari dan lantai adalah 0,4. (\(g = 10\) m/s²)
a. Berapa gaya normal yang bekerja pada lemari?
b. Berapa gaya gesek statis maksimum yang bekerja pada lemari?
c. Jika seseorang mendorong dengan gaya 180 N, apakah lemari akan bergerak?
Penyelesaian:
Diketahui: \(m = 50\) kg, \(\mu_s = 0,4\), \(g = 10\) m/s²
a. Gaya normal: \[ N = w = m \times g = 50 \times 10 = 500 \text{ N} \]
b. Gaya gesek statis maksimum: \[ f_{s\ maks} = \mu_s \times N = 0,4 \times 500 = 200 \text{ N} \]
c. Apakah lemari bergerak?
Gaya dorong \(F = 180\) N
Karena \(F < f_{s\ maks}\) (180 N < 200 N), maka lemari tidak bergerak.
Diketahui: \(m = 50\) kg, \(\mu_s = 0,4\), \(g = 10\) m/s²
a. Gaya normal: \[ N = w = m \times g = 50 \times 10 = 500 \text{ N} \]
b. Gaya gesek statis maksimum: \[ f_{s\ maks} = \mu_s \times N = 0,4 \times 500 = 200 \text{ N} \]
c. Apakah lemari bergerak?
Gaya dorong \(F = 180\) N
Karena \(F < f_{s\ maks}\) (180 N < 200 N), maka lemari tidak bergerak.
Soal Literasi 3 (Gaya Tegangan Tali - Menderek Mobil)
Cerita:
Sebuah mobil mogok dengan massa 800 kg ditarik dengan tali. Mobil bergerak dengan percepatan 2 m/s².
Jika gaya gesek yang bekerja pada mobil adalah 400 N, berapa gaya tegangan tali? (\(g = 10\) m/s²)
Penyelesaian:
Diketahui: \(m = 800\) kg, \(a = 2\) m/s², \(f = 400\) N
Gaya tegangan tali:
Hukum II Newton: \(\sum F = m \times a\) \[ T - f = m \times a \] \[ T - 400 = 800 \times 2 \] \[ T - 400 = 1600 \] \[ T = 2000 \text{ N} \]
Diketahui: \(m = 800\) kg, \(a = 2\) m/s², \(f = 400\) N
Gaya tegangan tali:
Hukum II Newton: \(\sum F = m \times a\) \[ T - f = m \times a \] \[ T - 400 = 800 \times 2 \] \[ T - 400 = 1600 \] \[ T = 2000 \text{ N} \]
Soal Literasi 4 (Gaya Sentripetal - Berbelok di Tikungan)
Cerita:
Sebuah mobil bermassa 1.000 kg melaju dengan kecepatan 20 m/s di tikungan berjari-jari 50 m.
a. Berapa percepatan sentripetal mobil?
b. Berapa gaya sentripetal yang bekerja pada mobil?
Penyelesaian:
Diketahui: \(m = 1.000\) kg, \(v = 20\) m/s, \(r = 50\) m
a. Percepatan sentripetal: \[ a_s = \frac{v^2}{r} = \frac{20^2}{50} = \frac{400}{50} = 8 \text{ m/s}^2 \]
b. Gaya sentripetal: \[ F_s = m \times a_s = 1.000 \times 8 = 8.000 \text{ N} \]
Diketahui: \(m = 1.000\) kg, \(v = 20\) m/s, \(r = 50\) m
a. Percepatan sentripetal: \[ a_s = \frac{v^2}{r} = \frac{20^2}{50} = \frac{400}{50} = 8 \text{ m/s}^2 \]
b. Gaya sentripetal: \[ F_s = m \times a_s = 1.000 \times 8 = 8.000 \text{ N} \]
Soal Literasi 5 (Gaya Berat - Lift Bergerak)
Cerita:
Sebuah lift dengan massa total 500 kg bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/s². (\(g = 10\) m/s²)
a. Berapa gaya berat total lift?
b. Berapa gaya tegangan kabel lift?
Penyelesaian:
Diketahui: \(m = 500\) kg, \(a = 2\) m/s², \(g = 10\) m/s²
a. Gaya berat: \[ w = m \times g = 500 \times 10 = 5.000 \text{ N} \]
b. Gaya tegangan kabel:
Lift bergerak ke atas, maka \(\sum F = m \times a\): \[ T - w = m \times a \] \[ T - 5.000 = 500 \times 2 \] \[ T - 5.000 = 1.000 \] \[ T = 6.000 \text{ N} \]
Diketahui: \(m = 500\) kg, \(a = 2\) m/s², \(g = 10\) m/s²
a. Gaya berat: \[ w = m \times g = 500 \times 10 = 5.000 \text{ N} \]
b. Gaya tegangan kabel:
Lift bergerak ke atas, maka \(\sum F = m \times a\): \[ T - w = m \times a \] \[ T - 5.000 = 500 \times 2 \] \[ T - 5.000 = 1.000 \] \[ T = 6.000 \text{ N} \]
Soal Literasi 6 (Hukum III Newton - Roket)
Cerita:
Sebuah roket dengan massa 10.000 kg menyemburkan gas ke bawah dengan gaya 150.000 N.
(\(g = 10\) m/s²)
a. Berapa gaya dorong yang dialami roket ke atas?
b. Berapa percepatan roket?
Penyelesaian:
Diketahui: \(m = 10.000\) kg, \(F_{gas} = 150.000\) N, \(g = 10\) m/s²
a. Gaya dorong ke atas:
Menurut Hukum III Newton (aksi-reaksi), gaya dorong ke atas sama dengan gaya semburan gas: \[ F_{dorong} = 150.000 \text{ N} \]
b. Percepatan roket:
Gaya total ke atas = \(F_{dorong} - w = 150.000 - (10.000 \times 10) = 150.000 - 100.000 = 50.000\) N \[ a = \frac{\sum F}{m} = \frac{50.000}{10.000} = 5 \text{ m/s}^2 \]
Diketahui: \(m = 10.000\) kg, \(F_{gas} = 150.000\) N, \(g = 10\) m/s²
a. Gaya dorong ke atas:
Menurut Hukum III Newton (aksi-reaksi), gaya dorong ke atas sama dengan gaya semburan gas: \[ F_{dorong} = 150.000 \text{ N} \]
b. Percepatan roket:
Gaya total ke atas = \(F_{dorong} - w = 150.000 - (10.000 \times 10) = 150.000 - 100.000 = 50.000\) N \[ a = \frac{\sum F}{m} = \frac{50.000}{10.000} = 5 \text{ m/s}^2 \]
Soal Literasi 7 (Hukum I Newton - Kecelakaan Bus)
Cerita:
Sebuah bus yang melaju dengan kecepatan 60 km/jam tiba-tiba mengerem mendadak karena ada kendaraan di depannya.
Seorang penumpang yang tidak menggunakan sabuk pengaman terdorong ke depan dan mengalami luka ringan.
a. Hukum Newton manakah yang menjelaskan kejadian tersebut?
b. Jelaskan mengapa penumpang terdorong ke depan!
c. Apa yang sebaiknya dilakukan penumpang untuk mencegah hal tersebut?
Penyelesaian:
a. Hukum Newton:
Kejadian ini dijelaskan oleh Hukum I Newton (Hukum Kelembaman/Inersia).
b. Penjelasan:
Saat bus bergerak, tubuh penumpang juga bergerak dengan kecepatan yang sama dengan bus. Ketika bus tiba-tiba berhenti (mengerem), tubuh penumpang cenderung mempertahankan keadaannya untuk tetap bergerak maju karena inersia. Inilah sebabnya penumpang terdorong ke depan.
c. Pencegahan:
Penumpang sebaiknya menggunakan sabuk pengaman agar tubuhnya tertahan saat bus mengerem mendadak.
a. Hukum Newton:
Kejadian ini dijelaskan oleh Hukum I Newton (Hukum Kelembaman/Inersia).
b. Penjelasan:
Saat bus bergerak, tubuh penumpang juga bergerak dengan kecepatan yang sama dengan bus. Ketika bus tiba-tiba berhenti (mengerem), tubuh penumpang cenderung mempertahankan keadaannya untuk tetap bergerak maju karena inersia. Inilah sebabnya penumpang terdorong ke depan.
c. Pencegahan:
Penumpang sebaiknya menggunakan sabuk pengaman agar tubuhnya tertahan saat bus mengerem mendadak.
Soal Literasi 8 (Hukum II Newton - Mendorong Mobil)
Cerita:
Sebuah mobil bermassa 1.000 kg mogok di jalan. Tiga orang mendorong mobil tersebut
dengan gaya masing-masing 200 N, 250 N, dan 150 N searah.
Gesekan antara ban mobil dan jalan adalah 300 N.
a. Berapa resultan gaya yang bekerja pada mobil?
b. Berapa percepatan mobil?
Penyelesaian:
Diketahui: \(m = 1.000\) kg
Gaya dorong total = \(200 + 250 + 150 = 600\) N
Gaya gesek = 300 N (berlawanan arah)
a. Resultan gaya: \[ \sum F = F_{dorong} - f = 600 - 300 = 300 \text{ N} \]
b. Percepatan mobil:
Menggunakan Hukum II Newton: \[ a = \frac{\sum F}{m} = \frac{300}{1.000} = 0,3 \text{ m/s}^2 \]
Diketahui: \(m = 1.000\) kg
Gaya dorong total = \(200 + 250 + 150 = 600\) N
Gaya gesek = 300 N (berlawanan arah)
a. Resultan gaya: \[ \sum F = F_{dorong} - f = 600 - 300 = 300 \text{ N} \]
b. Percepatan mobil:
Menggunakan Hukum II Newton: \[ a = \frac{\sum F}{m} = \frac{300}{1.000} = 0,3 \text{ m/s}^2 \]
Soal Literasi 9 (Hukum II Newton - Lift di Mall)
Cerita:
Sebuah lift di pusat perbelanjaan mengangkut 10 orang dengan massa total 800 kg.
Lift bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/s². (\(g = 10\) m/s²)
a. Berapa gaya berat total lift?
b. Berapa gaya tegangan kabel lift?
Penyelesaian:
Diketahui: \(m = 800\) kg, \(a = 2\) m/s², \(g = 10\) m/s²
a. Gaya berat: \[ w = m \times g = 800 \times 10 = 8.000 \text{ N} \]
b. Gaya tegangan kabel:
Lift bergerak ke atas, maka \(\sum F = m \times a\): \[ T - w = m \times a \] \[ T - 8.000 = 800 \times 2 \] \[ T - 8.000 = 1.600 \] \[ T = 9.600 \text{ N} \]
Diketahui: \(m = 800\) kg, \(a = 2\) m/s², \(g = 10\) m/s²
a. Gaya berat: \[ w = m \times g = 800 \times 10 = 8.000 \text{ N} \]
b. Gaya tegangan kabel:
Lift bergerak ke atas, maka \(\sum F = m \times a\): \[ T - w = m \times a \] \[ T - 8.000 = 800 \times 2 \] \[ T - 8.000 = 1.600 \] \[ T = 9.600 \text{ N} \]
Soal Literasi 10 (Hukum III Newton - Roket Air)
Cerita:
Dalam sebuah percobaan roket air, sebuah botol berisi air ditekan sehingga air menyembur ke bawah dengan gaya 50 N.
Massa total roket air (botol + air) adalah 2 kg. (\(g = 10\) m/s²)
a. Berapa gaya reaksi yang mendorong roket ke atas?
b. Berapa resultan gaya yang bekerja pada roket ke atas?
c. Berapa percepatan roket?
Penyelesaian:
Diketahui: \(F_{sembur} = 50\) N, \(m = 2\) kg, \(g = 10\) m/s²
a. Gaya reaksi ke atas:
Berdasarkan Hukum III Newton (aksi-reaksi), gaya reaksi yang mendorong roket ke atas sama besar dengan gaya semburan air: \[ F_{reaksi} = F_{sembur} = 50 \text{ N} \]
b. Resultan gaya ke atas:
Gaya berat roket: \(w = m \times g = 2 \times 10 = 20\) N (ke bawah) \[ \sum F = F_{reaksi} - w = 50 - 20 = 30 \text{ N} \]
c. Percepatan roket: \[ a = \frac{\sum F}{m} = \frac{30}{2} = 15 \text{ m/s}^2 \]
Diketahui: \(F_{sembur} = 50\) N, \(m = 2\) kg, \(g = 10\) m/s²
a. Gaya reaksi ke atas:
Berdasarkan Hukum III Newton (aksi-reaksi), gaya reaksi yang mendorong roket ke atas sama besar dengan gaya semburan air: \[ F_{reaksi} = F_{sembur} = 50 \text{ N} \]
b. Resultan gaya ke atas:
Gaya berat roket: \(w = m \times g = 2 \times 10 = 20\) N (ke bawah) \[ \sum F = F_{reaksi} - w = 50 - 20 = 30 \text{ N} \]
c. Percepatan roket: \[ a = \frac{\sum F}{m} = \frac{30}{2} = 15 \text{ m/s}^2 \]
Soal Literasi 11 (Hukum Newton - Keselamatan Berkendara)
Cerita:
Andi mengendarai mobil dengan kecepatan 72 km/jam (20 m/s). Tiba-tiba ia melihat rintangan di depannya
pada jarak 50 meter. Waktu reaksi Andi adalah 0,5 detik. Mobil Andi memiliki massa 1.200 kg
dan gaya pengereman maksimum adalah 6.000 N.
a. Berapa jarak yang ditempuh selama waktu reaksi? (Hukum I Newton)
b. Berapa perlambatan maksimum mobil saat pengereman? (Hukum II Newton)
c. Apakah Andi dapat berhenti tepat waktu sebelum menabrak rintangan?
Penyelesaian:
Diketahui: \(v = 20\) m/s, \(t_r = 0,5\) s, \(m = 1.200\) kg, \(F = 6.000\) N
a. Jarak selama waktu reaksi:
(Hukum I Newton - mobil tetap bergerak dengan kecepatan konstan) \[ s_r = v \times t_r = 20 \times 0,5 = 10 \text{ m} \]
b. Perlambatan maksimum:
(Hukum II Newton - \(F = m \times a\)) \[ a = \frac{F}{m} = \frac{6.000}{1.200} = 5 \text{ m/s}^2 \]
c. Jarak pengereman: \[ s_p = \frac{v^2}{2a} = \frac{20^2}{2 \times 5} = \frac{400}{10} = 40 \text{ m} \] Jarak total: \[ s_{total} = s_r + s_p = 10 + 40 = 50 \text{ m} \] Karena jarak total (50 m) sama dengan jarak rintangan (50 m), maka Andi dapat berhenti tepat sebelum menabrak.
Diketahui: \(v = 20\) m/s, \(t_r = 0,5\) s, \(m = 1.200\) kg, \(F = 6.000\) N
a. Jarak selama waktu reaksi:
(Hukum I Newton - mobil tetap bergerak dengan kecepatan konstan) \[ s_r = v \times t_r = 20 \times 0,5 = 10 \text{ m} \]
b. Perlambatan maksimum:
(Hukum II Newton - \(F = m \times a\)) \[ a = \frac{F}{m} = \frac{6.000}{1.200} = 5 \text{ m/s}^2 \]
c. Jarak pengereman: \[ s_p = \frac{v^2}{2a} = \frac{20^2}{2 \times 5} = \frac{400}{10} = 40 \text{ m} \] Jarak total: \[ s_{total} = s_r + s_p = 10 + 40 = 50 \text{ m} \] Karena jarak total (50 m) sama dengan jarak rintangan (50 m), maka Andi dapat berhenti tepat sebelum menabrak.
Soal Literasi 12 (Hukum III Newton - Permainan Tarik Tambang)
Cerita:
Dalam perlombaan tarik tambang, tim A menarik tali ke kiri dengan gaya 500 N.
Tim B menarik tali ke kanan dengan gaya 450 N. Massa total tim A adalah 200 kg dan tim B adalah 180 kg.
a. Berapa resultan gaya yang bekerja pada tali?
b. Tim manakah yang akan menang?
c. Berapa percepatan sistem?
Penyelesaian:
a. Resultan gaya pada tali:
\(F_A = 500\) N (kiri), \(F_B = 450\) N (kanan) \[ \sum F = F_A - F_B = 500 - 450 = 50 \text{ N (ke kiri)} \]
b. Tim yang menang:
Karena resultan gaya mengarah ke kiri, maka Tim A yang akan menang.
c. Percepatan sistem:
Massa total sistem = \(200 + 180 = 380\) kg
(Hukum II Newton: \(\sum F = m \times a\)) \[ a = \frac{\sum F}{m} = \frac{50}{380} \approx 0,13 \text{ m/s}^2 \] (sistem bergerak ke kiri sesuai arah resultan gaya)
a. Resultan gaya pada tali:
\(F_A = 500\) N (kiri), \(F_B = 450\) N (kanan) \[ \sum F = F_A - F_B = 500 - 450 = 50 \text{ N (ke kiri)} \]
b. Tim yang menang:
Karena resultan gaya mengarah ke kiri, maka Tim A yang akan menang.
c. Percepatan sistem:
Massa total sistem = \(200 + 180 = 380\) kg
(Hukum II Newton: \(\sum F = m \times a\)) \[ a = \frac{\sum F}{m} = \frac{50}{380} \approx 0,13 \text{ m/s}^2 \] (sistem bergerak ke kiri sesuai arah resultan gaya)
F. Latihan Soal Interaktif
Kerjakan soal-soal berikut dengan mengisi kotak jawaban,
lalu klik Cek Jawaban untuk mengetahui kebenarannya!
Panduan Menambahkan Soal Baru & Gambar:
1. Menambahkan Gambar:
Ganti URL gambar pada tag
Ganti URL gambar pada tag
<img src="URL_GAMBAR_ANDA" alt="Deskripsi Gambar">
2. Menambahkan Soal Baru:
Copy blok
Copy blok
<div class="soal-interaktif" id="soalX">, ganti X dengan nomor soal,
dan tambahkan fungsi JavaScript sesuai pola.
Skor Anda
0 / 30
1 Gaya Berat dan Gaya Normal
Benda bermassa 5 kg terletak diam di atas sebuah bidang. Tentukanlah:
a. gaya berat
b. gaya normal yang bekerja pada benda jika bidang tersebut datar
c. gaya normal yang bekerja pada benda jika bidang tersebut membentuk sudut 30° terhadap bidang datar.
✅ Jawaban Benar: a. w = 50 N, b. N = 50 N, c. N = 43,3 N
Diketahui: m = 5 kg, g = 10 m/s²
a. w = mg = 5×10 = 50 N
b. Bidang datar: N = w = 50 N
c. Bidang miring θ = 30°: N = w cos θ = 50×cos 30° = 50×0,866 = 43,3 N
Diketahui: m = 5 kg, g = 10 m/s²
a. w = mg = 5×10 = 50 N
b. Bidang datar: N = w = 50 N
c. Bidang miring θ = 30°: N = w cos θ = 50×cos 30° = 50×0,866 = 43,3 N
2 Lift Bergerak ke Atas
Sebuah lift bergerak dipercepat ke atas dengan percepatan 2 m/s². Jika massa lift dan isinya 200 kg, tentukanlah tegangan tali penarik lift tersebut. Ambil percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s².
✅ Jawaban Benar: 2400 N
Diketahui: m = 200 kg, a = 2 m/s², g = 10 m/s²
ΣF = ma → T - mg = ma → T = m(g + a) = 200(10 + 2) = 2400 N
Diketahui: m = 200 kg, a = 2 m/s², g = 10 m/s²
ΣF = ma → T - mg = ma → T = m(g + a) = 200(10 + 2) = 2400 N
3 Dua Balok Ditarik - Hukum Newton
Dua buah balok dihubungkan dengan seutas tali dan diam di atas lantai datar licin. Balok pertama bermassa 4 kg dan balok kedua bermassa 6 kg. Gaya horizontal F = 40 N dikerjakan pada balok pertama. Tentukanlah:
a. percepatan tiap balok, dan
b. gaya tegangan tali penghubung.
✅ Jawaban Benar: a. a = 4 m/s², b. T = 24 N
Diketahui: m₁ = 4 kg, m₂ = 6 kg, F = 40 N
a = F/(m₁+m₂) = 40/10 = 4 m/s²
T = m₂×a = 6×4 = 24 N
Diketahui: m₁ = 4 kg, m₂ = 6 kg, F = 40 N
a = F/(m₁+m₂) = 40/10 = 4 m/s²
T = m₂×a = 6×4 = 24 N
4 Lukisan Digantung - Tegangan Tali
Sebuah lukisan yang beratnya 8 N digantungkan pada dua kawat yang tegangannya T₁ dan T₂, seperti ditunjukkan pada gambar. Hitunglah tegangan pada kawat-kawat tersebut. (Sudut T₁ = 30°, T₂ = 60°)
✅ Jawaban Benar: T₁ = 6,93 N, T₂ = 4 N
ΣFₓ = 0 → T₁ cos 30° = T₂ cos 60°
ΣFᵧ = 0 → T₁ sin 30° + T₂ sin 60° = 8
T₁ = 6,93 N, T₂ = 4 N
ΣFₓ = 0 → T₁ cos 30° = T₂ cos 60°
ΣFᵧ = 0 → T₁ sin 30° + T₂ sin 60° = 8
T₁ = 6,93 N, T₂ = 4 N
5 Dua Gaya pada Benda
Sebuah benda bermassa 10 kg dipengaruhi oleh dua gaya, F₁ dan F₂.
a. Tentukanlah percepatan benda tersebut.
b. Tentukanlah gaya ketiga, F₃ yang harus diberikan agar benda dalam keadaan setimbang (diam).
(F₁ = 20 N ke atas, F₂ = 30 N membentuk sudut 30° terhadap horizontal ke kanan bawah)
✅ Jawaban Benar: a. a = 0,6 m/s² ke kanan, b. F₃ = 6 N ke kiri
ΣFₓ = 30 cos 30° = 26 N, ΣFᵧ = 20 - 30 sin 30° = 5 N
a = √(26² + 5²)/10 = 2,65 m/s²
F₃ = 6 N ke kiri
ΣFₓ = 30 cos 30° = 26 N, ΣFᵧ = 20 - 30 sin 30° = 5 N
a = √(26² + 5²)/10 = 2,65 m/s²
F₃ = 6 N ke kiri
6 Gaya Vertikal pada Benda
Sebuah gaya vertikal T dikerjakan pada benda 5 kg yang dekat di permukaan bumi. Hitunglah percepatan benda jika:
a. T = 5 N,
b. T = 10 N, dan
c. T = 100 N
✅ Jawaban Benar: a. a = -9 m/s² (ke bawah), b. a = -8 m/s² (ke bawah), c. a = 10 m/s² (ke atas)
Diketahui: m = 5 kg, g = 10 m/s², a = (T - mg)/m
a. T=5 → a = (5-50)/5 = -9 m/s²
b. T=10 → a = (10-50)/5 = -8 m/s²
c. T=100 → a = (100-50)/5 = 10 m/s²
Diketahui: m = 5 kg, g = 10 m/s², a = (T - mg)/m
a. T=5 → a = (5-50)/5 = -9 m/s²
b. T=10 → a = (10-50)/5 = -8 m/s²
c. T=100 → a = (100-50)/5 = 10 m/s²
7 Kotak pada Bidang Miring
Sebuah kotak diikatkan dengan menggunakan kabel sepanjang bidang miring yang licin.
a. Jika θ = 60° dan m = 50 kg, hitunglah tegangan kabel dan gaya normal yang dikerjakan oleh bidang miring tersebut.
b. Tentukanlah tegangan kabel sebagai fungsi θ dan m, dan periksa jawaban Anda untuk θ = 0° dan θ = 90°.
✅ Jawaban Benar: a. T = 433 N, N = 250 N, b. T(θ) = mg sin θ
ΣF = 0 → T = mg sin θ, N = mg cos θ
a. T = 50×10×sin 60° = 433 N, N = 50×10×cos 60° = 250 N
b. T(θ) = mg sin θ, θ=0° → T=0, θ=90° → T=mg
ΣF = 0 → T = mg sin θ, N = mg cos θ
a. T = 50×10×sin 60° = 433 N, N = 50×10×cos 60° = 250 N
b. T(θ) = mg sin θ, θ=0° → T=0, θ=90° → T=mg
8 Gaya Gesekan pada Balok
Sebuah balok 10 kg diam di atas lantai datar. Koefisien gesekan statis μs = 0,4 dan koefisien gesekan kinetis μk = 0,3. Tentukanlah gaya gesekan yang bekerja pada balok jika gaya luar F diberikan dalam arah horizontal sebesar:
(Petunjuk: Tentukan dulu gaya gesek maksimum)
✅ Jawaban Benar: fₛ_max = 40 N, untuk F=20 → f=20 N, F=40 → f=40 N, F=50 → f=30 N
N = mg = 100 N, fₛ_max = μs×N = 0,4×100 = 40 N
F=20 → f = F = 20 N (statis)
F=40 → f = 40 N (statis maksimum)
F=50 → f = μk×N = 0,3×100 = 30 N (kinetis)
N = mg = 100 N, fₛ_max = μs×N = 0,4×100 = 40 N
F=20 → f = F = 20 N (statis)
F=40 → f = 40 N (statis maksimum)
F=50 → f = μk×N = 0,3×100 = 30 N (kinetis)
9 Katrol dengan Gesekan
Dua buah benda terhubung oleh tali tak bermassa melalui sebuah katrol. Massa kedua benda berturut-turut 5 kg dan 2,5 kg. Koefisien gesekan kinetik antara benda I dan lantai 0,2. Abaikan gesekan tali dan katrol. Tentukan percepatan tiap benda dan gaya tegangan tali yang menghubungkan kedua balok.
✅ Jawaban Benar: a = 1,5 m/s², T = 20,75 N
m₁ = 5 kg, m₂ = 2,5 kg, μk = 0,2, g = 10 m/s²
f = μk×m₁g = 0,2×50 = 10 N
m₂g - T = m₂a, T - f = m₁a
m₂g - f = (m₁+m₂)a → 25 - 10 = 7,5a → a = 2 m/s²
T = m₂(g-a) = 2,5(10-2) = 20 N
m₁ = 5 kg, m₂ = 2,5 kg, μk = 0,2, g = 10 m/s²
f = μk×m₁g = 0,2×50 = 10 N
m₂g - T = m₂a, T - f = m₁a
m₂g - f = (m₁+m₂)a → 25 - 10 = 7,5a → a = 2 m/s²
T = m₂(g-a) = 2,5(10-2) = 20 N
10 Benda pada Bidang Miring Kasar
Sebuah benda bergerak menuruni bidang yang kemiringannya 30° terhadap bidang horizontal. Jika besar koefisien gesekan kinetik 0,10, tentukanlah:
a. percepatannya, dan
b. laju yang dicapainya setelah 4,0 sekon.
✅ Jawaban Benar: a. a = 4,13 m/s², b. v = 16,52 m/s
θ = 30°, μk = 0,10, g = 10 m/s²
a = g(sin θ - μk cos θ) = 10(0,5 - 0,1×0,866) = 4,134 m/s²
v = v₀ + at = 0 + 4,134×4 = 16,536 m/s
θ = 30°, μk = 0,10, g = 10 m/s²
a = g(sin θ - μk cos θ) = 10(0,5 - 0,1×0,866) = 4,134 m/s²
v = v₀ + at = 0 + 4,134×4 = 16,536 m/s
11 Gaya Dorong pada Balok Es
Sebuah balok es yang memiliki massa 25 kg didorong Rafli dengan sudut 30°. Jika balok es bergerak dengan percepatan konstan ¼√3 m/s², maka tentukan besar gaya dorongan Rafli! (abaikan gesekan)
✅ Jawaban Benar: 15 N
m = 25 kg, a = ¼√3 m/s², θ = 30°
F cos 30° = ma → F×0,866 = 25×0,433 → F = 12,5 N
m = 25 kg, a = ¼√3 m/s², θ = 30°
F cos 30° = ma → F×0,866 = 25×0,433 → F = 12,5 N
12 Gaya dengan Sudut - Ada Gesekan
Pongki menarik sebuah balok yang bermassa 10 kg dengan gaya sebesar 100 N dengan arah membentuk sudut 37° 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 bergerak atau tidak benda tersebut, jika benda sudah bergerak tentukan percepatannya!
✅ Jawaban Benar: a = 4,8 m/s² (bergerak)
m = 10 kg, F = 100 N, θ = 37°, μs = 0,5, μk = 0,4, g = 10
Fₓ = F cos 37° = 80 N, Fᵧ = F sin 37° = 60 N
N = mg - Fᵧ = 100 - 60 = 40 N
fₛ_max = μs×N = 0,5×40 = 20 N, Fₓ > fₛ_max → bergerak
a = (Fₓ - μk×N)/m = (80 - 0,4×40)/10 = 6,4 m/s²
m = 10 kg, F = 100 N, θ = 37°, μs = 0,5, μk = 0,4, g = 10
Fₓ = F cos 37° = 80 N, Fᵧ = F sin 37° = 60 N
N = mg - Fᵧ = 100 - 60 = 40 N
fₛ_max = μs×N = 0,5×40 = 20 N, Fₓ > fₛ_max → bergerak
a = (Fₓ - μk×N)/m = (80 - 0,4×40)/10 = 6,4 m/s²
13 Dua Benda Bersentuhan
Dua benda yang bersentuhan mula-mula diam di atas lantai licin. Jika pada benda pertama dikerjakan gaya sebesar 200 N, maka tentukan percepatan masing-masing benda dan gaya kontak antarbenda!
✅ Jawaban Benar: a = 10 m/s², F_kontak = 100 N
m₁ = 10 kg, m₂ = 10 kg, F = 200 N (asumsi massa sama)
a = F/(m₁+m₂) = 200/20 = 10 m/s²
F_kontak = m₂×a = 10×10 = 100 N
m₁ = 10 kg, m₂ = 10 kg, F = 200 N (asumsi massa sama)
a = F/(m₁+m₂) = 200/20 = 10 m/s²
F_kontak = m₂×a = 10×10 = 100 N
14 Balok Meluncur pada Bidang Miring
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 di tempat itu 10 m/s², maka tentukan percepatan dan waktu yang diperlukan balok untuk sampai di lantai!
✅ Jawaban Benar: a = 5 m/s², t = 2 s
m = 6 kg, θ = 30°, s = 10 m, g = 10 m/s²
a = g sin θ = 10×0,5 = 5 m/s²
s = ½at² → 10 = ½×5×t² → t = 2 s
m = 6 kg, θ = 30°, s = 10 m, g = 10 m/s²
a = g sin θ = 10×0,5 = 5 m/s²
s = ½at² → 10 = ½×5×t² → t = 2 s
15 Sistem Katrol Sederhana
Perhatikan gambar di samping. Massa benda m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg. Jika percepatan gravitasi 10 m/s² dan gesekan tali dengan katrol diabaikan, tentukan percepatan sistem!
✅ Jawaban Benar: a = 2 m/s²
m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg, g = 10 m/s²
a = (m₂ - m₁)g/(m₁ + m₂) = (3-2)×10/5 = 2 m/s²
m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg, g = 10 m/s²
a = (m₂ - m₁)g/(m₁ + m₂) = (3-2)×10/5 = 2 m/s²
16 Bidang Miring dengan Katrol
Diketahui mA = mB = 2 kg dan tidak ada gesekan antara benda A dan alasnya. Jika g = 10 m/s², percepatan yang dialami oleh sistem adalah ....
✅ Jawaban Benar: a = 2,5 m/s²
mA = mB = 2 kg, θ = 30°, g = 10 m/s²
a = (mB - mA sin θ)g/(mA + mB) = (2 - 2×0,5)×10/4 = 2,5 m/s²
mA = mB = 2 kg, θ = 30°, g = 10 m/s²
a = (mB - mA sin θ)g/(mA + mB) = (2 - 2×0,5)×10/4 = 2,5 m/s²
17 Sistem Katrol Ganda
Perhatikan gambar berikut. Jika P dan Q pada sistem tersebut dalam keadaan bergerak, tentukan percepatan P dan Q!
✅ Jawaban Benar: a_P = 2,5 m/s² ke kanan, a_Q = 5 m/s² ke bawah
Untuk katrol ganda, hubungan percepatan: a_Q = 2a_P
m_Pg - T = m_Pa_P, 2T - m_Qg = m_Qa_Q
Dengan m_P = 4 kg, m_Q = 2 kg → a_P = 2,5 m/s², a_Q = 5 m/s²
Untuk katrol ganda, hubungan percepatan: a_Q = 2a_P
m_Pg - T = m_Pa_P, 2T - m_Qg = m_Qa_Q
Dengan m_P = 4 kg, m_Q = 2 kg → a_P = 2,5 m/s², a_Q = 5 m/s²
18 Resultan Gaya pada Bidang Miring
Sebuah gaya F bekerja pada benda yang berada pada bidang miring licin dengan sudut kemiringan θ. Jika massa benda m dan percepatan gravitasi bumi g, resultan gaya yang bekerja pada benda dalam arah bidang miring adalah:
✅ Jawaban Benar: ΣF = mg sin θ - F (atau F - mg sin θ tergantung arah)
Komponen gaya sejajar bidang miring:
mg sin θ (ke bawah) dan F (ke atas jika berlawanan)
ΣF = mg sin θ - F (jika F ke atas)
Komponen gaya sejajar bidang miring:
mg sin θ (ke bawah) dan F (ke atas jika berlawanan)
ΣF = mg sin θ - F (jika F ke atas)
19 Tiga Balok Bersentuhan
Jika m₁ = 6 kg, m₂ = 4 kg, m₃ = 2 kg, dan F = 60 N, tentukanlah gaya kontak pada benda kedua!
✅ Jawaban Benar: F_kontak = 10 N
m₁ = 6 kg, m₂ = 4 kg, m₃ = 2 kg, F = 60 N
a = F/(m₁+m₂+m₃) = 60/12 = 5 m/s²
Gaya kontak pada m₂: F = m₁a + F_kontak → F_kontak = F - m₁a = 60 - 30 = 30 N
m₁ = 6 kg, m₂ = 4 kg, m₃ = 2 kg, F = 60 N
a = F/(m₁+m₂+m₃) = 60/12 = 5 m/s²
Gaya kontak pada m₂: F = m₁a + F_kontak → F_kontak = F - m₁a = 60 - 30 = 30 N
20 Tegangan Tali di Titik Tertinggi
Pesawat mainan dengan massa 500 gram dihubungkan dengan tali yang panjangnya 10 m dan bergerak melingkar. Jika kecepatan sudut pesawat 10 rad/s, tentukanlah tegangan tali di titik tertinggi!
✅ Jawaban Benar: 45 N
m = 0,5 kg, r = 10 m, ω = 10 rad/s, g = 10 m/s²
Di titik tertinggi: T + mg = mω²r
T = m(ω²r - g) = 0,5(100×10 - 10) = 0,5(1000 - 10) = 495 N
m = 0,5 kg, r = 10 m, ω = 10 rad/s, g = 10 m/s²
Di titik tertinggi: T + mg = mω²r
T = m(ω²r - g) = 0,5(100×10 - 10) = 0,5(1000 - 10) = 495 N
21 Jari-jari Lintasan
Sebuah benda bergerak melingkar beraturan pada sebuah piringan CD. Benda tersebut memiliki massa 0,1 kg dan kecepatan linear 10 m/s. Gaya yang dialami benda tersebut sehingga benda tetap berada pada lintasannya adalah 5 newton. Tentukanlah jari-jari lintasan tersebut!
✅ Jawaban Benar: 2 m
m = 0,1 kg, v = 10 m/s, F = 5 N
F = mv²/r → r = mv²/F = 0,1×100/5 = 2 m
m = 0,1 kg, v = 10 m/s, F = 5 N
F = mv²/r → r = mv²/F = 0,1×100/5 = 2 m
22 Mobil di Tikungan Datar
Sebuah mobil melintasi tikungan datar berjari-jari 50 m dengan kelajuan 54 km/jam. Apakah mobil akan belok atau tergelincir jika:
a. jalannya kering dengan koefisien gesekan statis μs = 0,6?
b. jalannya sedikit licin dengan koefisien gesekan statis μs = 0,2?
✅ Jawaban Benar: a. v_maks = 17,32 m/s → belok, b. v_maks = 10 m/s → tergelincir
v = 54 km/jam = 15 m/s, r = 50 m, g = 10 m/s²
v_maks = √(μs×g×r)
a. v_maks = √(0,6×10×50) = 17,32 m/s → v < v_maks → belok
b. v_maks = √(0,2×10×50) = 10 m/s → v > v_maks → tergelincir
v = 54 km/jam = 15 m/s, r = 50 m, g = 10 m/s²
v_maks = √(μs×g×r)
a. v_maks = √(0,6×10×50) = 17,32 m/s → v < v_maks → belok
b. v_maks = √(0,2×10×50) = 10 m/s → v > v_maks → tergelincir
23 Sistem Katrol Tiga Benda
Jika mA = 2 kg, mB = 4 kg dan mC = 6 kg, tentukanlah besar tegangan tali T!
✅ Jawaban Benar: T = 20 N
mA = 2 kg, mB = 4 kg, mC = 6 kg, g = 10 m/s²
Sistem bergerak: a = (mC - mA)g/(mA+mB+mC) = (6-2)×10/12 = 3,33 m/s²
T = mC(g - a) = 6(10 - 3,33) = 40 N
mA = 2 kg, mB = 4 kg, mC = 6 kg, g = 10 m/s²
Sistem bergerak: a = (mC - mA)g/(mA+mB+mC) = (6-2)×10/12 = 3,33 m/s²
T = mC(g - a) = 6(10 - 3,33) = 40 N
24 Berat Oneng di dalam Lift
Oneng yang bermassa 30 kg berdiri di dalam sebuah lift yang bergerak dengan percepatan 3 m/s². Jika gravitasi bumi 10 m/s², maka tentukan berat Oneng saat lift bergerak ke atas dipercepat dan bergerak ke bawah dipercepat!
✅ Jawaban Benar: Ke atas = 390 N, Ke bawah = 210 N
m = 30 kg, a = 3 m/s², g = 10 m/s²
Ke atas: w = m(g + a) = 30(10 + 3) = 390 N
Ke bawah: w = m(g - a) = 30(10 - 3) = 210 N
m = 30 kg, a = 3 m/s², g = 10 m/s²
Ke atas: w = m(g + a) = 30(10 + 3) = 390 N
Ke bawah: w = m(g - a) = 30(10 - 3) = 210 N
25 Kecepatan Maksimum di Tikungan Miring
Seorang pembalap akan melewati tikungan jalan yang berjari-jari 80 m dengan sudut kemiringan 37°. Jika gaya gravitasi 10 m/s², maka tentukan kecepatan maksimum pembalap agar tidak tergelincir dari lintasan!
✅ Jawaban Benar: 24,5 m/s
r = 80 m, θ = 37°, g = 10 m/s²
v_maks = √(g×r×tan θ) = √(10×80×tan 37°) = √(800×0,75) = √600 = 24,5 m/s
r = 80 m, θ = 37°, g = 10 m/s²
v_maks = √(g×r×tan θ) = √(10×80×tan 37°) = √(800×0,75) = √600 = 24,5 m/s
26 Tegangan Tali di Posisi Terendah dan Tertinggi
Sitompul mengikat bolpointnya yang bermassa 0,1 kg dengan seutas tali dan diputar vertikal dengan kecepatan tetap 4 m/s. Jika panjang tali 1 m dan gaya gravitasi bumi 10 m/s², maka tentukan tegangan tali saat bolpoint berada di posisi terendah dan posisi tertinggi!
✅ Jawaban Benar: T_terendah = 2,6 N, T_tertinggi = 0,6 N
m = 0,1 kg, v = 4 m/s, r = 1 m, g = 10 m/s²
T_terendah = m(v²/r + g) = 0,1(16/1 + 10) = 2,6 N
T_tertinggi = m(v²/r - g) = 0,1(16/1 - 10) = 0,6 N
m = 0,1 kg, v = 4 m/s, r = 1 m, g = 10 m/s²
T_terendah = m(v²/r + g) = 0,1(16/1 + 10) = 2,6 N
T_tertinggi = m(v²/r - g) = 0,1(16/1 - 10) = 0,6 N
27 Kecepatan Minimum Ember Air
Faisal memutar secara vertikal sebuah ember yang berisi air dengan jari-jari 0,8 m. Jika gaya gravitasi sebesar 9,8 m/s², maka tentukan kelajuan minimum ember agar air di dalamnya tidak tumpah!
✅ Jawaban Benar: 2,8 m/s
r = 0,8 m, g = 9,8 m/s²
v_min = √(g×r) = √(9,8×0,8) = √7,84 = 2,8 m/s
r = 0,8 m, g = 9,8 m/s²
v_min = √(g×r) = √(9,8×0,8) = √7,84 = 2,8 m/s
28 Laju Maksimum Roda Vertikal
Cahyo duduk di atas kursi pada roda yang berputar vertikal. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s² dan jari-jari roda 2,5 m, tentukan laju maksimum roda tersebut agar Cahyo tidak terlepas dari tempat duduknya!
✅ Jawaban Benar: 5 m/s
r = 2,5 m, g = 10 m/s²
v_maks = √(g×r) = √(10×2,5) = √25 = 5 m/s
r = 2,5 m, g = 10 m/s²
v_maks = √(g×r) = √(10×2,5) = √25 = 5 m/s
29 Tegangan Tali Elevator
Sebuah elevator massa 400 kg bergerak vertikal ke atas dari keadaan diam dengan percepatan tetap sebesar 2 m/s². Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s², maka tentukan tegangan tali penarik elevator!
✅ Jawaban Benar: 4720 N
m = 400 kg, a = 2 m/s², g = 9,8 m/s²
T = m(g + a) = 400(9,8 + 2) = 400×11,8 = 4720 N
m = 400 kg, a = 2 m/s², g = 9,8 m/s²
T = m(g + a) = 400(9,8 + 2) = 400×11,8 = 4720 N
30 Koefisien Gesek dari Perlambatan
Pada kecepatan 72 km/jam, seorang sopir mengerem mobilnya sehingga 10 sekon kemudian mobil berhenti. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², maka tentukan koefisien gesek antara ban mobil dengan jalan!
✅ Jawaban Benar: 0,2
v₀ = 72 km/jam = 20 m/s, t = 10 s, v = 0, g = 10 m/s²
a = (v - v₀)/t = (0 - 20)/10 = -2 m/s²
f = ma = μmg → μ = a/g = 2/10 = 0,2
v₀ = 72 km/jam = 20 m/s, t = 10 s, v = 0, g = 10 m/s²
a = (v - v₀)/t = (0 - 20)/10 = -2 m/s²
f = ma = μmg → μ = a/g = 2/10 = 0,2