Dinamika partikel (sistem beban, tali, katrol) – Pembahasan soal dan jawaban UN Fisika SMA/MA

1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.6

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

Pembahasan
Diketahui :
Massa balok A (m_A) = 2 kg
Massa balok B (m_B) = 1 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²
Berat balok B (w_B) = m_B 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
w_B = (m_A + m_B) 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 = m_A a = (2)(10/3) = 20/3 = 6,7 Newton
Tegangan tali pada balok B
∑F = m a
w_B – T = m_B 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.

2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.6

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^-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 (m_A) = 2 kg
Massa balok B (m_B) = 1 kg
Gaya gesek antara balok A dan bidang datar (f_{ges A}) = 2,5 Newton
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²
Berat balok B (w_B) = m_B g = (1)(10) = 10 Newton
Ditanya : Percepatan kedua benda (a)
Jawab :
Percepatan kedua benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton.
∑F = m a
w_B – f_ges = (m_A + m_B) a
10 – 2,5 = (2 + 1) a
7,5 = 3 a
a = 7,5 / 3 = 2,5 m/s²
Jawaban yang benar adalah E.

3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.6
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^-2
B. 10 ms^-2
C. 12 ms^-2
D. 15 ms^-2
E. 18 ms^-2
Pembahasan
Diketahui :
Massa balok A (m_A) = 30 kg
Massa balok B (m_B) = 10 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²
Berat balok B (w_B) = m_B g = (10)(10) = 100 Newton
Ditanya : Percepatan sistem (a)
Jawab :
∑F = m a
w_B = (m_A + m_B) a
100 = (30 + 10) a
100 = 40 a
a = 100 / 40
a = 2,5 m/s²
Jawaban yang benar adalah A.