Contoh soal Dinamika Partikel

14 Contoh soal Dinamika Partikel

1. Balok A yang massanya 5 kg, diletakkan pada bidang datar yang licin, balok B yang massanya 3 kg digantung dengan tali dan dihubungkan dengan balok A melalui sebuah katrol, jika g = 10 m/s2 tentukan percepatan balok tersebut!

A. 3,50 m/s2Contoh soal Dinamika Partikel 1

B. 3,75 m/s2

C. 4,00 m/s2

D. 5,00 m/s2

E. 5,25 m/s2

Pembahasan

Diketahui :

Bidang datar licin.

Massa balok A (mA) = 5 kg

Massa balok B (mB) = 3 kg

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Berat balok B (wB) = mB g = (3)(10) = 30 Newton

Ditanya : Percepatan balok (a)

Jawab :

Bidang datar licin sehingga tidak ada gaya gesek yang menghambat gerakan balok A. Gaya yang menggerakan sistem balok adalah gaya berat balok B.

ΣF = m a

wB = (mA + mB) a

30 = (5 + 3) a

30 = 8 a

a = 30 / 8

a = 3,75 m/s2

Jawaban yang benar adalah B.

2. Berdasar gambar, diketahui :

(1) percepatan benda nolContoh soal Dinamika Partikel 2

(2) benda bergerak lurus beraturan

(3) benda dalam keadaan diam

(4) benda akan bergerak jika berat benda lebih kecil dari gaya tariknya

Pernyataan benar adalah….

A. (1) dan (2) saja

B. (1) dan (3) saja

C. (1) dan (4)

D. (1), (2) dan (3) saja

E. (1), (2), (3) dan (4)

Pembahasan

(1) percepatan benda nol

Percepatan benda nol jika resultan gaya sama dengan nol. Resultan gaya :

F = m a percepatan (a) = 0

F = 0

F1 + F2 – F3 = 12 + 24 – 36 = 36 – 36 = 0 N

(2) benda bergerak lurus beraturan

Percepatan benda nol bisa berarti benda diam atau benda bergerak lurus beraturan (benda bergerak dengan kecepatan tetap).

(3) benda dalam keadaan diam

Resultan gaya nol bisa berarti benda sedang diam.

(4) benda akan bergerak jika berat benda lebih kecil dari gaya tariknya

Berat benda bekerja pada arah vertikal, sedangkan gaya tarik bergerak pada arah horisontal. Karena bergerak pada arah horisontal maka hanya gaya-gaya pada arah horisontal yang mempengaruhi benda.

Jawaban yang benar adalah D.

3. Perhatikan gambar di samping!

Jika koefisien gesek kinetik antara balok A dan meja 0,1 dan percepatan gravitasi 10 m s-2 maka gaya yang harus diberikan pada A agar sistem bergerak ke kiri dengan percepataContoh soal Dinamika Partikel 3n 2 m s-2 adalah ….

A. 70 N

B. 90 N

C. 150 N

D. 250 N

E. 330 N

Pembahasan

Diketahui :

Massa balok A (mA) = 30 kg

Berat balok A (wA) = (30 kg)(10 m/s2) = 300 kg m/s2 atau 300 Newton

Massa balok B (mB) = 20 kg

Berat balok B (wB) = (20 kg)(10 m/s2) = 200 kg m/s2 atau 200 Newton

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Koefisien gesek kinetis (uq7i6o6pXF5tG4Mmhkiw4rDCB7nlZ9+o2sHAX7P1ac8QYzYbZdi0eSokFMBpKeqBhvbHOkAAAAASUVORK5CYII=) = 0,1

Percepatan sistem (a) = 2 m/s2 (arah percepatan ke kiri)

Gaya gesek kinetis (fk) = uq7i6o6pXF5tG4Mmhkiw4rDCB7nlZ9+o2sHAX7P1ac8QYzYbZdi0eSokFMBpKeqBhvbHOkAAAAASUVORK5CYII= N = uq7i6o6pXF5tG4Mmhkiw4rDCB7nlZ9+o2sHAX7P1ac8QYzYbZdi0eSokFMBpKeqBhvbHOkAAAAASUVORK5CYII= wA = (0,1)(300) = 30 Newton

Ditanya : Besar gaya F ?

Jawab :

Hukum II Newton :

ΣF = m a

Sistem bergerak ke kiri

F – fk – wB = (mA + mB) a

F – 30 – 200 = (30 + 20)(2)

F – 230 = (50)(2)

F – 230 = 100

F = 230 + 100

F = 330 Newton

Jawaban yang benar adalah E.

4. Dua benda A dan B masing-masing bermassa 2 kg dan 6 kg diikat dengan tali melalui sebuah katrol yang licin seperti gambar. Mula-mula benda B ditahan kemudian dilepaskan. Jika g = 10 ms-2 maka percepatan benda B adalah…

A. 8,0 ms-2Contoh soal Dinamika Partikel 4

B. 7,5 ms-2

C. 6,0 ms-2

D. 5,0 ms-2

E. 4,0 ms-2

Pembahasan

Diketahui :

mA = 2 kg, mB = 6 kg, g = 10 m/s2

wA = (mA)(g) = (2)(10) = 20 N

wB = (mB)(g) = (6)(10) = 60 N

Ditanya : percepatan benda B atau percepatan sistem ?

Jawab :

wB > wA karenanya benda B bergerak ke bawah, benda A bergerak ke atas (sistem bergerak searah putaran jarum jam).

ΣF = m a

wB – wA = (mA + mB) a

60 – 20 = (2 + 6) a

40 = (8) a

a = 5 m/s2

Jawaban yang benar adalah D.

5. Benda bermassa dan dihubungkan dengan tali melalui katrol licin seperti gambar. Jika m1 = 1 kg, m2 = 2 kg, dan g = 10 ms-2, maka tegangan T sebesar ….

A. 10,2 N Contoh soal Dinamika Partikel 5

B. 13,3 N

C. 15,5 N

D. 18,3 N

E. 20,0 N

Pembahasan

Diketahui :

m1 = 1 kg, m2 = 2 kg, g = 10 m/s2

w1 = m1 g = (1 kg)(10 m/s2) = 10 kg m/s2 atau 10 Newton

w2 = m2 g = (2 kg)(10 m/s2) = 20 kg m/s2 atau 20 Newton

Ditanya : gaya tegangan tali (T) ?

Jawab :

Percepatan sistem

w2 > w1 karenanya sistem bergerak searah putaran jarum jam (m2 bergerak ke bawah, m1 bergerak ke atas).

Hukum II Newton :

ΣF = m a

w2 – w1 = (m1 + m2) a

20 – 10 = (1 + 2 ) a

10 = (3) a

a = 3,3 m/s2

Percepatan sistem adalah 3,3 m/s2.

Tegangan tali ?

m2 bergerak ke bawah

w2 – T2 = m2 a

20 – T2 = (2)(3,33)

20 – T2 = 6,66

T2 = 20 – 6,66

T2 = 13,3 Newton

m1 bergerak ke atas

T1 – w1 = m1 a

T1 – 10 = (1)(3,3)

T1 – 10 = 3,33

T1 = 10 + 3,33

T1 = 13,3 Newton

Tegangan tali (T) = 13,3 Newton.

Jawaban yang benar adalah B.

6. Perhatikan gambar di samping! Massa balok masing-masing m1 = 6 kg dan m2 = 4 kg serta massa katrol diabaikan. Jika permukaan bidang licin dan g = 10 m.s−2, maka percepatan sistem adalah….

A. 0,5 m.s−2Contoh soal Dinamika Partikel 6

B. 2,0 m.s−2

C. 2,5 m.s−2

D. 4,0 m.s−2

E. 5,0 m.s−2

Pembahasan

Diketahui :

m1 = 6 kg, m2 = 4 kg, g = 10 m/s2

w1 = m1 g = (6 kg)(10 m/s2) = 60 kg m/s2 atau 60 Newton

w2 = m2 g = (4 kg)(10 m/s2) = 40 kg m/s2 atau 40 Newton

Ditanya : percepatan sistem (a) ?

Jawab :

m1 berada di atas permukaan bidang datar licin tanpa gesekan sehingga sistem digerakkan oleh gaya berat balok 2.

Terapkan hukum II Newton :

F = m a

w2 = (m1 + m2) a

40 N = (6 kg + 4 kg) a

40 N = (10 kg) a

a = 40 N / 10 kg

a = 4 m/s2

Jawaban yang benar adalah D.

7. Dua balok yang masing-masing bermassa 2 kg, dihubungkan dengan tali dan katrol seperti pada gambar. Bidang permukaan dan katrol licin. Jika balok B ditarik dengan gaya mendatar 40 N, percepatan balok adalah… (g = 10 m/s2)

A. 5 m/s2Contoh soal Dinamika Partikel 7

B. 7,5 m/s2

C. 10 m/s2

D. 12,5 m/s2

E. 15 m/s2

Pembahasan :

Diketahui :

mA = mB = 2 kg, g = 10 m/s2, F = 40 N

wA = m g = (2)(10) = 20 N

Ditanya : percepatan balok (a) ?

Jawab :

Permukaan balok licin karenanya gaya yang mempengaruhi gerakan balok hanya gaya F dan gaya berat balok A.

Terapkan hukum II Newton :

F = m a

F – wA = (mA + mB) a

40 – 20 = (2 + 2) a

20 = (4) a

a = 20 / 4

a = 5 m/s2

Jawaban yang benar adalah A.

8. Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Balok B mula-mula diam dan kemudian bergerak ke bawah sehingga menyentuh lantai. Bila g = 10 m.s-2, nilai tegangan tali T adalah…

A. 20,0 NewtonContoh soal Dinamika Partikel 8

B. 10,0 Newton

C. 6,7 Newton

D. 3,3 Newton

E. 1,7 Newton

Pembahasan

Diketahui :

Massa balok A (mA) = 2 kg

Massa balok B (mB) = 1 kg

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Berat balok B (wB) = mB g = (1)(10) = 10 Newton

Ditanya : Nilai tegangan tali (T)

Jawab :

Pada soal tidak ada keterangan mengenai gesekan karenanya abaikan saja gesekan.

Percepatan sistem (a)

Terlebih dahulu hitung percepatan sistem menggunakan rumus hukum II Newton. Balok B digantung sehingga terdapat gaya berat balok B yang menggerakan balok B ke bawah. Balok B dan balok A dihubungkan dengan tali sehingga balok B menarik balok A hingga keduanya bergerak bersama-sama. Bedanya balok B bergerak ke bawah dan balok A bergerak ke kanan. Hanya ada satu gaya yang sejajar dengan gerakan kedua balok yakni gaya berat balok B (wB). Gaya berat balok A tegak lurus arah gerakan balok A sehingga tidak diperhitungkan dalam menyelesaikan soal. Gaya tegangan tali mempunyai besar sama sepanjang tali dan arahnya berlawanan sehingga saling meniadakan.

F = m a

wB = (mA + mB) a

10 = (2 + 1) a

10 = 3 a

a = 10/3

Tegangan tali (T)

Tegangan tali dihitung dengan meninjau masing-masing balok secara terpisah.

Tegangan tali pada balok A

F = m a

T = mA a = (2)(10/3) = 20/3 = 6,7 Newton

Tegangan tali pada balok B

F = m a

wB – T = mB a

10 – T = (1)(10/3)

10 – T = 3,3

T = 10 – 3,3 = 6,7 Newton

Gaya tegangan tali (T) = 6,7 Newton

Jawaban yang benar adalah C.

9. Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Bila gaya gesekan antara benda A dengan bidang 2,5 Newton, sedangkan gaya gesekan tali dengan katrol diabaikan, maka percepatan kedua benda adalah…

A. 20,0 m.s-2Contoh soal Dinamika Partikel 9

B. 10,0 m.s-2

C. 6,7 m.s-2

D. 3,3 m.s-2

E. 2,5 m.s-2

Pembahasan

Diketahui :

Massa balok A (mA) = 2 kg

Massa balok B (mB) = 1 kg

Gaya gesek antara balok A dan bidang datar (fges A) = 2,5 Newton

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Berat balok B (wB) = mB g = (1)(10) = 10 Newton

Ditanya : Percepatan kedua benda (a)

Jawab :

Percepatan kedua benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton.

F = m a

wB – fges = (mA + mB) a

10 – 2,5 = (2 + 1) a

7,5 = 3 a

a = 7,5 / 3 = 2,5 m/s2

Jawaban yang benar adalah E.

10. Perhatikan gambar! Balok A bermassa 30 kg yang diam di atas lantai licin dihubungkan dengan balok B bermassa 10 kg melalui sebuah katrol. Balok B mula-mula ditahan kemudian dilepaskan sehingga bergerak turun. Percepatan sistem adalah… (g = 10 ms-2)

A. 2,5 ms-2Contoh soal Dinamika Partikel 10

B. 10 ms-2

C. 12 ms-2

D. 15 ms-2

E. 18 ms-2

Pembahasan

Diketahui :

Massa balok A (mA) = 30 kg

Massa balok B (mB) = 10 kg

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Berat balok B (wB) = mB g = (10)(10) = 100 Newton

Ditanya : Percepatan sistem (a)

Jawab :

F = m a

wB = (mA + mB) a

100 = (30 + 10) a

100 = 40 a

a = 100 / 40

a = 2,5 m/s2

Jawaban yang benar adalah A.

11. Balok A dan B masing-masing bermassa 8 kg dan 12 kg terletak di atas meja seperti pada gambar. Koefisien gesekan antara balok A dengan meja 0,3. Balok C bermassa 4 kg kemudian ditumpuk di atas balok A. Manakah pernyataan berikut yang benar?

Contoh soal Dinamika Partikel 11A. Tegangan tali lebih besar dari semula, percepatan lebih kecil dari semula

B. Tegangan tali dan percepatan sistem tidak berubah

C. Tegangan tali lebih kecil dari semula, percepatan lebih besar dari semula

D. Tegangan tali lebih besar dari semula, percepatan tetap

E. Tegangan tali tetap sedangkan percepatan lebih kecil dari semula

Pembahasan

Diketahui :

Massa balok A (mA) = 8 kg

Massa balok B (mB) = 12 kg

Massa balok C (mC) = 4 kg

Koefisien gesekan antara balok A dengan meja (μk) = 0,3

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Berat balok A (wA) = mA g = (8 kg)(10 m/s2) = 80 kg m/s2

Berat balok B (wB) = mB g = (12 kg)(10 m/s2) = 120 kg m/s2

Gaya gesek antara balok A dengan meja (fk) = μk NA = μk wA = (0,3)(80) = 24 N

Jawab :

Percepatan sistem :Contoh soal Dinamika Partikel 12

ΣF = m a

wB – fk = (mA + mB) a

120 – 24 = (8 + 12) a

96 = (20) a

a = 96 / 20

a = 4,8 m/s2

Tegangan tali :

Tinjau salah satu benda, misalnya B.

ΣF = m a

wBT = (mB) a

120 – T = (12) 4,8

120 – T = 57,6

T = 120 – 57,6

T = 62,4 Newton

Balok C bermassa 4 kg kemudian ditumpuk di atas balok A.

Percepatan sistem :

ΣF = m a

wB – fk = (mA + mB + mC) a

120 – 24 = (8 + 12 + 4) a

96 = (24) a

a = 96 / 24

a = 4 m/s2

Tegangan tali :

Tinjau salah satu benda, misalnya B.

ΣF = m a

wBT = (mB) a

120 – T = (12) 4

120 – T = 48

T = 120 – 48

T = 72 Newton

Jawaban yang benar adalah A.

12. Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Balok B mula-mula diam dan kemudian bergerak ke bawah sehingga menyentuh lantai. Bila g = 10 m.s-2, nilai tegangan tali T adalah…

Contoh soal Dinamika Partikel 13

A. 20,0 Newton
B. 10,0 Newton
C. 6,7 Newton
D. 3,3 Newton
E. 1,7 Newton

Pembahasan
Diketahui :
Massa balok A (mA) = 2 kg
Massa balok B (mB) = 1 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat balok B (wB) = mB g = (1)(10) = 10 Newton
Ditanya : Nilai tegangan tali (T)
Jawab :

Pada soal tidak ada keterangan mengenai gesekan karenanya abaikan saja gesekan.

Percepatan sistem (a)
Terlebih dahulu hitung percepatan sistem menggunakan rumus hukum II Newton. Balok B digantung sehingga terdapat gaya berat balok B yang menggerakan balok B ke bawah. Balok B dan balok A dihubungkan dengan tali sehingga balok B menarik balok A hingga keduanya bergerak bersama-sama. Bedanya balok B bergerak ke bawah dan balok A bergerak ke kanan. Hanya ada satu gaya yang sejajar dengan gerakan kedua balok yakni gaya berat balok B (wB). Gaya berat balok A tegak lurus arah gerakan balok A sehingga tidak diperhitungkan dalam menyelesaikan soal. Gaya tegangan tali mempunyai besar sama sepanjang tali dan arahnya berlawanan sehingga saling meniadakan.
∑F = m a
wB = (mA + mB) a
10 = (2 + 1) a
10 = 3 a
a = 10/3

Tegangan tali (T)
Tegangan tali dihitung dengan meninjau masing-masing balok secara terpisah.
Tegangan tali pada balok A
∑F = m a
T = mA a = (2)(10/3) = 20/3 = 6,7 Newton
Tegangan tali pada balok B
∑F = m a
wB – T = mB a
10 – T = (1)(10/3)
10 – T = 3,3
T = 10 – 3,3 = 6,7 Newton
Gaya tegangan tali (T) = 6,7 Newton
Jawaban yang benar adalah C.

13. Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Bila gaya gesekan antara benda A dengan bidang 2,5 Newton, sedangkan gaya gesekan tali dengan katrol diabaikan, maka percepatan kedua benda adalah…
Contoh soal Dinamika Partikel 14

A. 20,0 m.s-2
B. 10,0 m.s-2
C. 6,7 m.s-2
D. 3,3 m.s-2
E. 2,5 m.s-2

Pembahasan
Diketahui :
Massa balok A (mA) = 2 kg
Massa balok B (mB) = 1 kg
Gaya gesek antara balok A dan bidang datar (fges A) = 2,5 Newton
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat balok B (wB) = mB g = (1)(10) = 10 Newton
Ditanya : Percepatan kedua benda (a)
Jawab :
Percepatan kedua benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton.
∑F = m a
wB – fges = (mA + mB) a
10 – 2,5 = (2 + 1) a
7,5 = 3 a
a = 7,5 / 3 = 2,5 m/s2
Jawaban yang benar adalah E.

14. Contoh soal Dinamika Partikel 15Perhatikan gambar! Balok A bermassa 30 kg yang diam di atas lantai licin dihubungkan dengan balok B bermassa 10 kg melalui sebuah katrol. Balok B mula-mula ditahan kemudian dilepaskan sehingga bergerak turun. Percepatan sistem adalah… (g = 10 ms-2)
A. 2,5 ms-2
B. 10 ms-2
C. 12 ms-2
D. 15 ms-2
E. 18 ms-2
Pembahasan
Diketahui :
Massa balok A (mA) = 30 kg
Massa balok B (mB) = 10 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat balok B (wB) = mB g = (10)(10) = 100 Newton
Ditanya : Percepatan sistem (a)
Jawab :
∑F = m a
wB = (mA + mB) a
100 = (30 + 10) a
100 = 40 a
a = 100 / 40
a = 2,5 m/s2
Jawaban yang benar adalah A.

Sumber soal:

Soal UN Fisika SMA/MA 

Alexsander San Lohat

Sarjana Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Guru Fisika di SMAN 2 Nubatukan Lewoleba, Kabupaten Lembata, Provinsi Nusa Tenggara Timur.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.