20 Contoh soal Hukum Newton
Hukum I Newton
1. Jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol, maka …
(1) benda tidak akan dipercepat
(2) benda selalu diam
(3) perubahan kecepatan benda nol
(4) benda tidak mungkin bergerak lurus beraturan
Yang benar adalah …
A. (1), (2) dan (3)
B. (1) dan (3) saja
C. (2) dan (4) saja
D. (4) saja
E. (1), (2), (3) dan (4)
Pembahasan
Jawaban yang benar adalah :
(1) Benda tidak akan dipercepat
Resultan gaya menyebabkan benda mengalami percepatan. Jika resultan gaya nol maka benda tidak dipercepat.
(2) Benda selalu diam
Hukum I Newton menyatakan bahwa jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol maka benda yang sedang diam akan tetap diam dan benda yang sedang bergerak dengan kecepatan konstan (gerak lurus beraturan) akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan.
(3) Perubahan kecepatan benda nol
Perubahan kecepatan = percepatan. Perubahan kecepatan benda nol artinya percepatan benda nol. Jika percepatan nol maka resultan gaya yang bekerja pada benda bernilai nol.
Jawaban yang benar adalah A.
Benda di dalam Lift
2. Sewaktu berada di dalam lift yang diam, berat Sandi adalah 500 N. Percepatan gravitasi = 10 m s–2 . Sewaktu lift dipercepat, tegangan tali menjadi 750 N. Dengan demikian percepatan lift adalah…
B. 7,5 m s–2
C. 10,0 m s–2
D. 12,5 m s–2
E. 15,0 m s–2
Pembahasan
Diketahui :
Berat sandi (w) = 500 Newton = 500 kg m s–2 (lift diam)
Percepatan gravitasi (g) = 10 m s–2
Massa Sandi (m) = 500 / 10 = 50 kg
Tegangan tali (T) = 750 N (lift dipercepat)
Massa lift diabaikan.
Ditanya : Percepatan lift
Jawab :
Lift diam, tidak ada percepatan (a = 0). Gaya yang arahnya ke atas bertanda positif, gaya yang arahnya ke bawah bertanda negatif.
ΣF = m a
T – w = 0
T = w
T = 500 Newton
Jika lift dipercepat ke bawah maka gaya tegangan tali menjadi lebih kecil dari 500 Newton. Sebaliknya apabila lift dipercepat ke atas maka gaya tegangan tali menjadi lebih besar dari 500 Newton.
Gaya tegangan tali menjadi 750 N karenanya lift dipercepat ke atas. Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif.
T – w = m a
750 – 500 = 50 a
250 = 50 a
a = 250 / 50
a = 5,0 m s–2
Jawaban yang benar adalah A.
3. Seseorang dengan massa 60 kg berada dalam lift yang sedang bergerak ke bawah dengan percepatan 3 m.s-2. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m.s-2, maka besar gaya normal yang dikerjakan lantai lift terhadap orang tersebut adalah….
A. 180 N
B. 200 N
C. 340 N
D. 420 N
E. 600 N
Pembahasan
Diketahui :
Massa (m) = 60 kg
Percepatan orang dan lift (a) = 3 m/s2
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Gaya berat (w) = m g = (60)(10) = 600 Newton
Ditanya : gaya normal (N)
Jawab :
Terdapat dua gaya yang bekerja pada orang di dalam lift yakni gaya berat (w) dan gaya normal yang dikerjakan lantai lift pada orang (N). Terdapat tiga besaran vektor yakni gaya berat, gaya normal dan percepatan lift, di mana gaya berat berarah ke bawah, gaya normal berarah ke atas, percepatan lift berarah ke bawah. Besaran vektor yang berarah ke bawah dipilih bertanda positif dan besaran vektor berarah ke atas dipilih bertanda negatif.
∑F = m a
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
N = 420 Newton
Jawaban yang benar adalah D.
4. Reza bermassa 40 kg berada di dalam lift yang sedang bergerak ke atas. Jika gaya lantai lift terhadap kaki Reza 520 N dan percepatan gravitasi 10 m.s-2, maka percepatan lift tersebut adalah….
A. 1,0 m.s-2
B. 1,5 m.s-2
C. 2,0 m.s-2
D. 2,5 m.s-2
E. 3,0 m.s-2
Pembahasan
Diketahui :
Massa (m) = 40 kg
Gaya normal (N) = 520 N
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Gaya berat (w) = m g = (40)(10) = 400 N
Ditanya : Percepatan lift
Jawab :
∑F = m a
400 – 520 = (40)(a)
-120 = (40)(a)
a = -120/40
a = -3 m/s2
Percepatan lift adalah 3 m/s2. Tanda negatif artinya lift bergerak ke atas.
5. Seorang dengan massa 60 kg berada dalam lift yang sedang bergerak ke bawah dengan percepatan 3 ms-2. Berapakah desakan kaki orang pada lantai lift?
Pembahasan
Diketahui :
Massa orang (m) = 60 kg
Berat orang (w) = m g = (60 kg)(10 m/s2) = 600 kg m/s2 = 600 Newton
Percepatan lift (a) = 3 m/s2, ke bawah.
Ditanya : Berapa desakan kaki orang pada lantai lift ?
Jawab :
Lift bergerak ke bawah dengan percepatan (a) 3 m/s2. Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif.
w – N = m a
N = w – m a
N = 600 – (60)(3)
N = 600 – 180
N = 420 Newton
Ini adalah gaya normal yang dikerjakan oleh lantai lift pada orang tersebut. Orang itu diam di atas lift sehingga besar gaya normal sama dengan berat semu orang itu. Berat semu sama dengan desakan kaki orang itu pada lantai.
Sistem Beban Tali Katrol
6. Dua benda A dan B masing-masing bermassa 6 kg dan 2 kg diikat dengan tali melalui sebuah katrol seperti gambar. Jika gesekan tali dan katrol diabaikan dan g = 10 m s-2, maka besar tegangan talinya adalah ….
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N
Pembahasan
Diketahui :
mA = 6 kg, mB = 2 kg, g = 10 m/s2
wA = mA g = (6 kg)(10 m/s2) = 60 kg m/s2
wB = mB g = (2 kg)(10 m/s2) = 20 kg m/s2
Ditanya : gaya tegangan tali (T) ?
Jawab :
wA > wB karenanya sistem bergerak berlawanan arah putaran jarum jam (mA bergerak ke bawah, mB bergerak ke atas).
Percepatan
ΣF = m a
wA – wB = (mA + mB) a
60 – 20 = (6 + 2) a
40 = (8) a
a = 40 / 8 = 5 m/s2
Tegangan tali
mA bergerak ke bawah
wA – TA = mA a
60 – TA = (6)(5)
60 – TA = 30
TA = 60 – 30
T2 = 30 Newton
mB bergerak ke atas
TB – wB = mB a
TB – 20 = (2)(5)
TB – 20 = 10
TB = 10 + 20
T1 = 30 Newton
Tegangan tali (T) = 30 Newton.
Jawaban yang benar adalah D.
7. Perhatikan gambar di samping! Gesekan tali dan katrol diabaikan. Jika massa A = 5 kg, g = 10 m s—2 dan A bergerak ke bawah dengan percepatan 2,5 m.s—2, maka berapakah massa B ?
A. 0,5 kg
B. 1 kg
C. 1,5 kg
D. 2 kg
E. 3 kg
Pembahasan
Diketahui :
Massa A (mA) = 5 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Percepatan A atau percepatan sistem (a) = 2,5 m/s2
Berat A (wA) = (mA)(g) = (5)(10) = 50 Newton
Ditanya : berapa massa B (mB) ?
Jawab :
Balok A bergerak ke bawah karenanya berat A (wA) lebih besar daripada berat B (wB).
Terapkan hukum II Newton :
ΣF = m a
wA – wB = (mA + mB) a
50 – (mB)(10) = (5 + mB) (2,5)
50 – 10 mB = 12,5 + 2,5 mB
50 – 12,5 = 2,5 mB + 10 mB
37,5 = 12,5 mB
mB = 3 kg
Jawaban yang benar adalah E.
8. Dua benda bermassa 2 kg dan 3 kg diikat tali kemudian ditautkan pada katrol yang massanya diabaikan seperti gambar.
Bila besar percepatan gravitasi = 10 m s-2, gaya tegangan tali yang dialami sistem adalah….
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N
Pembahasan
Diketahui :
m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 m/s2
w1 = (m1)(g) = (2 kg)(10 m/s2) = 20 kg m/s2 atau 20 Newton
w2 = (m2)(g) = (3 kg)(10 m/s2) = 30 kg m/s2 atau 30 Newton
Ditanya : gaya tegangan tali (T) ?
Jawab :
w2 > w1 karenanya sistem bergerak searah putaran jarum jam (m2 bergerak ke bawah, m1 bergerak ke atas).
Percepatan
ΣF = m a
w2 – w1 = (m1 + m2) a
30 – 20 = (2 + 3 ) a
10 = (5) a
a = 10 / 5 = 2 m/s2.
Tegangan tali
m2 bergerak ke bawah
w2 – T2 = m2 a
30 – T2 = (3)(2)
30 – T2 = 6
T2 = 30 – 6
T2 = 24 Newton
m1 bergerak ke atas
T1 – w1 = m1 a
T1 – 20 = (2)(2)
T1 – 20 = 4
T1 = 20 + 4
T1 = 24 Newton
Tegangan tali (T) = 24 Newton.
Jawaban yang benar adalah B.
9. Dua buah balok dihubungkan dengan katrol licin dan massa katrol diabaikan seperti pada gambar. Massa A = mA, massa B = mB dan balok B turun dengan percepatan a. Jika percepatan gravitasinya g, maka besar tegangan tali yang terjadi pada balok B adalah…
A. T = mB.a
B. T = mA (a – g)
C. T = mA (g – a)
D. T = mB (a – g)
E. T = mB (g – a)
Pembahasan
Bidang datar licin sehingga tidak ada gaya gesek yang menghambat gerakan balok A. Gaya yang menggerakan sistem balok adalah gaya berat balok B.
Hitung percepatan sistem :
Hitung gaya tegangan tali (T) :
Tinjau gerakan salah satu benda, misalnya A. A bergerak ke kanan.
Gantikan mA pada persamaan 1 dengan mA pada persamaan 2.
Jawaban yang benar adalah E.
10. Balok massanya 10 kg berada di atas lantai kasar kemudian ditarik oleh gaya F arah mendatar. Jika koefisien gesekan statis μs = 0,5 dan koefisien gesekan kinetik μk = 0,3. Tentukan besarnya gaya gesek pada saat balok tepat akan bergerak. (g = 10 m/s2)
Pembahasan
Balok tepat akan bergerak jika besar gaya tarik = besar gaya gesek statis maksimum. Gaya gesek statis bekerja pada benda (menghambat gerakan benda) ketika benda sudah sedang ditarik tetapi benda belum bergerak. Gaya gesek statis bernilai maksimum ketika benda tepat akan bergerak (benda belum bergerak, benda hampir bergerak). Sebaliknya gaya gesek kinetis bekerja pada benda (menghambat gerakan benda) ketika benda sudah sedang bergerak.
Diketahui :
Ditanya : Gaya gesek statis maksimum (fs) ?
Jawab :
Jika benda berada pada bidang datar seperti pada gambar, besar gaya normal = berat benda.
Gaya normal (N) = gaya berat (w) = 100 Newton
Rumus gaya gesek statis maksimum :
Koefisien gesek kinetis tidak digunakan dalam perhitungan.
11. Dua buah balok dihubungkan dengan seutas tali ringan di tarik oleh gaya horisontal F = 20 N (lihat gambar). Jika g = 10 ms–2 dan koefisien gesekan kinetik antara balok dan permukaan adalah 0,1 tentukan besarnya percepatan balok tersebut…
Pembahasan
Diketahui :
Ditanya : percepatan (a) balok ?
Jawab :
12. Balok A bermassa 2 kg dan B bermassa 4 kg disusun seperti pada gambar. Bila koefisien gesekan lantai adalah 3 kali koefisien gesekan balok B, balok A tepat akan bergerak dengan percepatan 5 m s–2. Maka perbandingan gaya gesekan antara balok A dan lantai dengan balok A dan B adalah… g = 10 m/s2
Pembahasan
Diketahui :
Ditanya :
Perbandingan gaya gesek balok A dan lantai (fs A) dengan gaya gesek balok A dan B (fs B) ?
Jawab :
13. Perhatikan gambar di samping! Massa balok masing-masing m1 = 2 kg dan m2 = 3 kg serta massa katrol diabaikan. Jika permukaan bidang licin dan g = 10 m.s−2, maka percepatan sistem adalah ….
A. 0,5 m.s−2
B. 2,0 m.s−2
C. 2,5 m.s−2
D. 4,0 m.s−2
E. 6,0 m.s−2
Pembahasan
Diketahui :
m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 m.s−2
w2 = m2 g = (3)(10) = 30 kg m/s2 atau 30 Newton
Ditanya : Percepatan sistem (a) ?
Jawab :
14. Benda bermassa dan dihubungkan dengan tali melalui katrol licin seperti gambar. Jika m1 = 2 kg, m2 = 3 kg dan g = 10 ms-2, maka besar gaya tegangan tali T adalah…
A. 10,2 N
B. 13,3 N
C. 15,5 N
D. 18,3 N
E. 24,0 N
Pembahasan
Diketahui :
m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w1 = (2)(10) = 20 Newton
w2 = (3)(10) = 30 Newton
Ditanya : besar gaya tegangan tali (T) ?
Jawab :
w2 = 30 Newton lebih besar dari w1 = 20 Newton karenanya m2 bergerak ke bawah, m1 bergerak ke atas.
Rumus hukum II Newton :
Gaya tegangan tali ?
Sesuai dengan arah gerakan sistem atau arah percepatan sistem, arah gaya berat m2 ke bawah, arah gaya tegangan tali pada m2 ke atas :
w2 – T2 = m2 a
30 – T2 = (3)(2)
30 – T2 = 6
T2 = 30 – 6
T2 = 24 Newton
Arah gaya berat m1 ke bawah, arah gaya tegangan tali pada m1 ke atas :
T1 – w1 = (m1)(a)
T1 – 20 = (2)(2)
T1 – 20 = 4
T1 = 4 + 20
T1 = 24 Newton
Gaya tegangan tali (T) = T1 = T2 = 24 Newton.
15. Dua balok yang masing-masing bermassa 4 kg, dihubungkan dengan tali dan katrol seperti pada gambar. Bidang permukaan dan katrol licin. Jika balok B ditarik dengan gaya mendatar 50 N, percepatan balok adalah… (g = 10 m/s2)
A. 1,25 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 10 m/s2
D. 12,5 m/s2
E. 15 m/s2
Pembahasan
Diketahui :
mA = 4 kg, mB = 4 kg, g = 10 m/s2
wA = (mA)(g) = 4)(10) = 40 Newton
F = 50 Newton
Ditanya : percepatan sistem ?
Jawab :
Rumus hukum II Newton :
Percepatan kedua balok adalah 1,25 m/s2. Arah gerakan kedua balok = arah gaya tarik F.
16. 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−2
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 :
m1berada 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.
17. 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/s2
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.
Bidang Miring
18. Balok bermassa 2 kg berada di atas bidang miring licin dengan sudut kemiringan = 30o, sehingga balok bergerak dengan percepatan konstan. Jika g = 10 ms–2, maka besar gaya yang menggerakan balok itu adalah…
A. 5 N
B. 6 N
C. 7 N
D. 8 N
E. 10 N
Pembahasan
Diketahui :
m = 2 kg, g = 10 m/s2, teta = 30o
w = m g = (2)(10) = 20 kg m/s2 = 20 N
Ditanya : Gaya yang menggerakan balok ?
Jawab :
Gaya yang menggerakan balok adalah wx.
wx = w sin teta
wx = (20 N)(sin 30o)
wx = (20 N)(0,5)
wx = 10 N.
Gaya yang menggerakan balok adalah 10 Newton.
Jawaban yang benar adalah E.
19. Dua buah balok dihubungkan dengan seutas tali ringan di tarik oleh gaya horisontal F = 24 N. g = 10 ms–2 dan permukaan lantai licin. Besarnya percepatan balok tersebut dengan menggunakan hukum II Newton untuk masing-masing benda adalah …
Pembahasan
Diketahui :
m1 = 2 kg, m2 = 4 kg, F = 24 N
Ditanya : Besar percepatan balok (a) ?
Jawab :
Besar percepatan balok adalah 4 m/s2.
20. Sewaktu berada di dalam lift yang diam, berat Sandi adalah 500 N. Percepatan gravitasi = 10 m s–2. Sewaktu lift dipercepat, tegangan tali menjadi 750 N. Dengan demikian percepatan lift adalah …
A. 5,0 m s–2
B. 7,5 m s–2
C. 10,0 m s–2
D. 12,5 m s–2
E. 15,0 m s–2
Pembahasan
Diketahui :
w = 500 N, g = 10 m/s2, T = 750 N
Ditanya : percepatan lift (a) ?
Jawab :
Massa sandi :
w = m g
500 = m (10)
m = 500 / 10
m = 50 kg
Massa lift tidak diketahui jadi massa total lift dan isinya = massa sandi.
Menurut hukum I Newton, jika lift diam maka resultan gaya = 0.
Gaya tegangan tali (T) ketika lift diam = 500 N.
Ketika lift dipercepat, gaya tegangan tali (T) menjadi 750 N atau bertambah 250 N.
Percepatan lift adalah 5 m/s2 dan arah percepatan = arah gerakan lift adalah ke atas.
Sumber soal:
Soal UN Fisika SMA/MA
