Dinamika 2 Gaya GesekCategory:Fisika XI SMA Written by fisikastudycenterFisikastudycenter.com - Contoh Soal dan Pembahasan tentang Dinamika Gerak, Materi Fisika kelas 2 (XI) SMA dengan melibatkan gaya gesek dalam beberapa kasus dinamika, variasi menentukan nilai gaya normal, gaya kontak dan penguraian gaya-gaya.

Rumus - Rumus MinimalHukum Newton I F = 0 benda diam atau benda bergerak dengan kecepatan konstan / tetap atau percepatan gerak benda nol atau benda bergerak lurus beraturan (GLB)

Hukum Newton II F = ma benda bergerak dengan percepatan tetap benda bergerak lurus berubah beraturan (GLBB) kecepatan gerak benda berubah

Gaya GesekGaya Gesek Statis fs= sNGaya Gesek Kinetis fk= kNdengan N = gaya normal, s= koefisien gesek statis, k= koefisien gesek kinetis

Gaya BeratW = mgContoh Soal dan Pembahasan

Soal No. 1Perhatikan gambar berikut!

Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 12 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :a) Gaya normalb) Gaya gesek antara benda dan lantaic) Percepatan gerak benda

PembahasanGaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal Fy= 0N W = 0N mg = 0N (10)(10) = 0N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantaiCek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:fsmaks= sNfsmaks= (0,2)(100) = 20 NTernyata gaya gesek statis maksimum masih lebih besar dari gaya yang menarik benda (F) sehingga benda masih berada dalam keadaan diam. Sesuai dengan hukum Newton untuk benda diam : Fx= 0F fges= 012 fges= 0fges= 12 N

c) Percepatan gerak bendaBenda dalam keadaan diam, percepatan benda NOL

Soal No. 2Perhatikan gambar berikut, benda mula-mula dalam kondisi rehat!

Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 25 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :a) Gaya normalb) Gaya gesek antara benda dan lantaic) Percepatan gerak bendad) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon

PembahasanGaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal Fy= 0N W = 0N mg = 0N (10)(10) = 0N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantaiCek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:fsmaks= sNfsmaks= (0,2)(100) = 20 NTernyata gaya yang gesek statis maksimum (20 N) lebih kecil dari gaya yang menarik benda (25 N), Sehingga benda bergerak. Untuk benda yang bergerak gaya geseknya adalah gaya gesek dengan koefisien gesek kinetis :fges= fk= kNfges= (0,1)(100) = 10 N

c) Percepatan gerak bendaHukum Newton II : Fx= maF fges= ma25 10 = 10aa =15/10= 1,5 m/s2

d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekonS = Vot +1/2at2S = 0 +1/2(1,5)(22)S = 3 meter

Soal No. 3Perhatikan gambar berikut, benda 5 kg mula-mula dalam kondisi tidak bergerak!

Jika sudut yang terbentuk antara gaya F = 25 N dengan garis mendatar adalah 37o, koefisien gesek kinetis permukaan lantai adalah 0,1 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2tentukan nilai:a) Gaya normalb) Gaya gesekc) Percepatan gerak benda(sin 37o= 0,6 dan cos 37o= 0,8)

PembahasanGaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal Fy= 0N + F sin W = 0N = W F sin = (5)(10) (25)(0,6) = 35 N

b) Gaya gesekJika dalam soal hanya diketahui koefisien gesek kinetis, maka dipastikan benda bisa bergerak, sehingga fges= fk:fges= kNfges= (0,1)(35) = 3,5 N

c) Percepatan gerak benda Fx= maF cos fges= ma(25)(0,8) 3,5 = 5a5a = 16,5a = 3,3 m/s2

Soal No. 4Perhatikan gambar berikut, balok 100 kg diluncurkan dari sebuah bukit!

Anggap lereng bukit rata dan memiliki koefisien gesek 0,125. Percepatan gravitasi bumi 10 m/s2dan sin 53o= 0,8, cos 53o= 0,6. Tentukan nilai dari :a) Gaya normal pada balokb) Gaya gesek antara lereng dan balokc) Percepatan gerak balok

PembahasanGaya-gaya pada balok diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal pada balok Fy= 0N W cos = 0N mg cos 53o= 0N (100)(10)(0,6) = 0N = 600 Newton

b) Gaya gesek antara lereng dan balokfges= kNfges= (0,125)(600) = 75 newton

c) Percepatan gerak balok Fx= maW sin fges= mamg sin 53o fges= ma(100)(10)(0,8) 75 = 100aa =725/100= 7,25 m/s2

Soal No. 5Balok A massa 40 kg dan balok B massa 20 kg berada di atas permukaan licin didorong oleh gaya F sebesar 120 N seperti diperlihatkan gambar berikut!

Tentukan :a) Percepatan gerak kedua balokb) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B

Pembahasana) Percepatan gerak kedua balokTinjau sistem : F = ma120 = (40 + 20) aa =120/60m/s2

b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan BCara pertama, Tinjau benda A :

F = maF Fkontak= mAa120 Fkontak= 40(2)Fkontak= 120 80 = 40 Newton

Cara kedua, Tinjau benda B :

F = maFkontak= mBaFkontak= 20(2) = 40 Newton

Soal No. 6Balok A dan B terletak pada permukaan bidang miring licin didorong oleh gaya F sebesar 480 N seperti terlihat pada gambar berikut!

Tentukan :a) Percepatan gerak kedua balokb) Gaya kontak antara balok A dan B

Pembahasana) Percepatan gerak kedua balokTinjau Sistem :Gaya-gaya pada kedua benda (disatukan A dan B) terlihat pada gambar berikut:

F = maF W sin 37o= ma480 (40 + 20)(10)(0,6) = (40 + 20) aa =120/60= 2 m/s2

b) Gaya kontak antara balok A dan B

Cara pertama, tinjau balok AGaya-gaya pada balok A terlihat pada gambar berikut :

F = maF WAsin 37o Fkontak= mAa480 (40)(10) (0,6) Fkontak= (40)(2)480 240 80 = FkontakFkontak= 160 Newton

Cara kedua, tinjau benda B

F = maFkontak WBsin 37o= mBaFkontak (20)(10)(0,6) =(20)(2)Fkontak= 40 + 120 = 160 Newton

Soal No. 7

Balok A beratnya 100 N diikat dengan tali mendatar di C (lihat gambar). Balok B beratnya 500 N. Koefisien gesekan antara A dan B = 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai = 0,5. Besarnya gaya F minimal untuk menggeser balok B adalah....newtonA. 950B. 750C. 600D. 320E. 100(Sumber Soal : UMPTN 1993)

PembahasanfAB gaya gesek antara balok A dan BfBL gaya gesek antara balok B dan lantai

fAB= ABNfAB= (0,2)(100) = 20 N

fBL= BLNfBL= (0,5)(100 + 500) = 300 N

Tinjau benda B

Fx= 0F fABfBL= 0F 20 300 = 0F = 320 Newton

Soal No. 8Benda pertama dengan massa m1= 6 kg dan benda kedua dengan massa m2= 4 kg dihubungkan dengan katrol licin terlihat pada gambar berikut !

Jika lantai licin dan m2ditarik gaya ke kanan F = 42 Newton, tentukan :a) Percepatan benda pertamab) Percepatan benda keduac) Tegangan tali T

Pembahasana) Percepatan benda pertamaHubungan antara percepatan benda pertama (a1) dan percepatan benda kedua (a2) adalah:a1= 2a2ataua2=1/2a1

Tinjau m2

F 2T = m2a242 2T = 4a242 2T = 4(1/2)a142 2T = 2a1(Pers. 1)

Tinjau m1

T = m1a1T = 6 a1(Pers. 2)

GabungPers. 1danPers. 242 2T = 2a142 2(6a1) = 2a142 = 14 a1a1=42/14= 3 m/s2

b) Percepatan benda keduaa2=1/2a1a2=1/2(3) = 1,5 m/s2

c) Tegangan tali TT = 6a1= 6(3) = 18 Newton

Soal No. 9Massa A = 4 kg, massa B = 6 kg dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F = 40 N ke kanan dengan sudut 37oterhadap arah horizontal!

Jika koefisien gesekan kinetis kedua massa dengan lantai adalah 0,1 tentukan:a) Percepatan gerak kedua massab) Tegangan tali penghubung antara kedua massa

PembahasanTinjauan massa B :

Nilai gaya normal N : Fy= 0N + F sin 37o= WN + (40)(0,6) = (6)(10)N = 60 24 = 36 N

Besar gaya gesek :fgesB= kNfgesB= (0,1)(36) = 3,6 N

Hukum Newton II: Fx= maF cos 37ofgesB T = ma(40)(0,8) 3,6 T = 6 a28,4 T = 6 a (persamaan 1)

Tinjauan gaya-gaya pada massa A

Fx= maT fgesA= maT kN = maT kmg = maT (0,1)(4)(10) = 4 aT = 4a + 4 Persamaan 2

Gabung 1 dan 228,4 T = 6 a28,4 ( 4a + 4) = 6 a24,4 = 10aa = 2,44 m/s2

b) Tegangan tali penghubung antara kedua massaT = 4a + 4T = 4(2,44) + 4T = 13,76 Newton

Soal No. 10Diberikan gambar sebagai berikut!

Jika massa katrol diabaikan, tentukan:a) Percepatan gerak kedua bendab) Tegangan tali penghubung kedua benda

PembahasanTinjau A

Fx= maT WAsin 37o= mAaT (5)(10)(0,6) = 5 aT 30 = 5a (Persamaan 1)

Tinjau B

Fx= maWBsin 53o T = mBa(10)(0,8) T = 10 aT = 80 10 a (Persamaan 2)

Gabung 1 dan 2T 30 = 5a(80 10 a) 30 = 5 a15 a = 50a =50/15=10/3m/s2

b) Tegangan tali penghubung kedua bendaT 30 = 5aT 30 = 5(10/3)T = 46,67 Newton

Soal No. 11Diberikan gambar sebagai berikut:

Massa balok A = 6 kg, massa balok B = 4 kg. Koefisien gesekan kinetis antara balok A dengan B adalah 0,1 dan koefisien gesekan antara balok A dengan lantai adalah 0,2. Tentukan besar gaya F agar balok A bergerak lurus beraturan ke arah kanan, abaikan massa katrol!

PembahasanTinjau B

Benda bergerak lurus beraturan a =0 Fx= 0T fBA=0T =fBA= BAN = BAmg= (0,1)(4)(10) = 4 N

Tinjau A

Fx= 0F T fABfAL= 0denganfAL=ALN= (0,2)(10)(10) = 20 N(Gaya normal pada A adalah jumlah berat A ditambah berat B, karena ditumpuk)Sehingga :F 4 4 20 = 0F = 28 Newton

Soal No. 12Sebuah elevator bermassa 400 kg bergerak vertikal ke atas dari keadaan diam dengan percepatan tetap 2 m/s2. Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s2, maka tegangan tali penarik elevator adalah....A. 400 newtonB. 800 newtonC. 3120 newtonD. 3920 newtonE. 4720 newton(Sumber Soal : Proyek Perintis I 1981)

Pembahasan

Fy= maT W = maT (400)(9,8) =(400)(2)T = 800 + 3920 = 4720 Newton

Soal No. 13Dari soal nomor 12, tentukan tegangan tali penarik elevator jika gerakan elevator adalah ke bawah!

PembahasanElevator bergerak ke bawah : Fy= maW T = ma(400)(9,8) T = (400)(2)T = 3920 800 = 3120 Newton

Soal No. 14Perhatikan susunan dua buah benda berikut ini:

Koefisien gesekan kinetis antara massa pertama dengan lantai adalah 0,1 , massa benda pertama = 4 kg dan massa benda kedua 6 kg. Tentukan :a) Percepatan gerak benda pertamab) Percepatan gerak benda kedua

Pembahasana) Percepatan gerak benda pertamaHubungan percepatan benda pertama dan benda kedua adalah :a1=2a2ataua2=1/2a1

Tinjau benda pertama

Fx= m1a1T f= 4 a1T kN = 4a1T (0,1)(4)(10) = 4 a1T = 4a1+ 4 Persamaan 1

Tinjau benda kedua

Fy= m2a2W 2T = (6)(1/2a1)60 2T = 3a1 Persamaan 2

Gabung Persamaan 2 dan Persamaan 160 2T = 3 a160 2(4a1+ 4) = 3a160 8a1 8 = 3a152 = 11a1a1=52/11m/s2

b) Percepatan gerak benda keduaa2=1/2a1a2=1/2(52/11) =26/11m/s2

Soal No. 15Balok m bermassa 10 kg menempel pada dinding kasar dengan koefisien gesekan kinetis 0,1. Balok mendapat gaya horizontal F2= 50 N dan gaya vertikal F1.

Tentukan besar gaya vertikal F1agar balok bergerak vertikal ke atas dengan percepatan 2 m/s2!

PembahasanTinjauan gaya yang bekerja pada m :

Fx= 0N F2= 0N 50 = 0N = 50 Newton

Fy= maF1 W f= maF1 mg kN = maF1 (10)(10) (0,1)(50) = 10(2)F1= 20 + 100 + 5 = 125 Newton

Soal Latihan

Soal Latihan No.1Benda bermassa 4 kg diberi kecepatan awal 10 m/s dari ujung bawah bidang miring seperti gambar.

Benda mengalami gaya gesek dari bidang sebesar 16 N dan sin =0,85. Benda berhenti setelah menempuh jarak(A) 3 m(B) 4 m(C) 5 m(D) 6 m(E) 8 m(Sumber Soal : UM UGM 2009)

Soal Latihan No. 2Lima buah benda (sebutlah balok), masing-masing bermassa 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg dan 6 kg, dihubungkan dengan tali-tali tanpa massa (halus), lalu ditarik mendatar di atas lantai dengan gaya sebesar 40 N seperti gambar di bawah.

Koefisien gesek antara masing-masing benda dan lantai 0,1, percepatan gravitasi 10 m/s2. Tentukan besar tegangan tali penghubung benda :a) 2 kg dan 3 kgb) 4 kg dan 5 kg(Sumber gambar : UM UGM 2008

Read more:http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/11-dinamika-2-gaya-gesek#ixzz2h5Te0u4g