Contoh soalan Satah Condong

9 Contoh soal Bidang Miring

Kaji bahan tersebut hukum Newton , daya normal dan daya geseran untuk lebih memahami perbincangan mengenai perkara ini.

1. Sebuah balok massa 5 kg dilepas pada bidang miring licin seperti pada gambar! (g = 10 m.s ^-2 dan tg 37 ^o = 3/4). Percepatan balok adalah …

A. 4,5 ms^-2

B. 6,0 ms^-2

C. 7,5 ms^-2

D. 8,0 ms^-2

E. 10,0 ms^-2

Perbincangan

Adalah diketahui bahawa:

m = 5 kg, g = 10 m/s²

w = m g = (5)(10) = 50 N

panjang sisi bawah = 4

panjang sisi tegak = 3

Karena sisi bawah = 4 dan sisi tegak = 3 maka sisi miring = 5. Anda dapat membuktikan dengan rumus Pythagoras.

Soalan: pecutan blok (a)?

Jawapan:

Gaya yang menyebabkan balok bergerak adalah w_x. Bidang miring licin sehingga tidak ada gaya gesek.

w_x = w dosa θ = (w)(sisi tegak / sisi miring)

w_x = (50)(3/5)

w_x = 30 Newton

Besar percepatan (a) balok ?

ΣF = ma

w_x = ma

30 = (5) satu

a = 30 / 5

a = 6 m/s²

Jawapan yang betul ialah B.

2. Perhatikan gambar! Sebuah balok mula-mula diam, lalu ditarik dengan gaya F ke atas sejajar dengan bidang miring. Massa balok 8 kg, koefisien gesekan µ_s = 0,5 dan θ = 45^o. Agar balok tepat akan bergerak ke atas, gaya F harus sebesar….

A. 40 U

B. 60 U

C. 60√2 N

D. 80 U

E. 80√2 U

Perbincangan

Dikenali :

Koefisien gesekan statis (µ_s) = 0,5

Sudut (θ) = 45^o

Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s²

Massa balok (m) = 8 kilogram

Berat bongkah (w) = mg = (8 kg)(10 m/s)²) = 80 kg m/s² = 80 Newton

Ditanya : Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas

Jawab :

Balok tepat akan bergerak ke atas jika F ≥ w_x + f_s. 

Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :

w_x = w sin θ = (80)(sin 45) = (80)(0,5√2) = 40√2

Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring :

w_y = w cos θ = (80)(cos 45) = (80)(0,5√2) = 40√2

Daya normal :

N = w_y = 40√2

Daya geseran statik :

f_s = µ_s N = (0,5)(40√2) = 20√2

Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas :

F ≥ w_x + f_s

F ≥ 40√2 + 20√2

F ≥ 60√2 Newton

Jawapan yang betul ialah C.

3. Balok yang bermassa 8 kg terletak di atas bidang miring kasar seperti gambar berikut. Gaya luar minimal yang dibutuhkan untuk menahan balok agar tidak meluncur ke bawah adalah… (sin 37^o = 0,6, kos 37^o = 0,8, g = 10 ms^-2, µ_k = 0,1)

A. 6,4 U

B. 4,6 U

C. 48,5 U

D. 54,4 U

E. 68,8 U

Perbincangan

Dikenali :

Jisim bongkah (m) = 8 kg

Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s²

Berat bongkah (w) = mg = (8)(10) = 80 Newton

Dosa 37^o = 0,6

Cos 37^o = 0,8

Koefisien gesek kinetis (µ_k) = 0,1

N = w_y = w cos 37^o = (80)(0,8) = 64 Newton

Ditanya : Gaya (F) luar minimal penahan balok agar balok tidak meluncur ke bawah

Jawab :

Balok tidak meluncur ke bawah jika F = w_x

Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :

w_x = w sin θ = (80)(sin 37) = (80)(0,6) = 48

f_k = µ_k N = (0,1)(64) = 6,4

Besar gaya F minimal agar balok tidak meluncur ke bawah :

F + f_k - w_x = 0

F = w_x - f_k = 48 – 6,4 = 41,6 Newton

4. Sebuah benda bermassa 5,0 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring yang kasar oleh sebuah gaya 71 N (g = 10 m.s^-2, dosa 37^o = 0,6, kos 37^o = 0,8). Jika koefisien gesekan antara benda dan bidang adalah 0,4, percepatan yang dialami benda adalah…

A. 0,5 ms^-2

B. 2 ms^-2

C. 2,5 ms^-2

D. 3 ms^-2

E. 5 ms^-2

Perbincangan

Dikenali :

Jisim objek (m) = 5 kg

4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.5

Sebuah benda bermassa 5,0 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring yang kasar oleh sebuah gaya 71 N (g = 10 m.s^-2, dosa 37^o = 0,6, kos 37^o = 0,8). Jika koefisien gesekan antara benda dan bidang adalah 0,4, percepatan yang dialami benda adalah…

A. 0,5 ms^-2

B. 2 ms^-2

C. 2,5 ms^-2

D. 3 ms^-2

E. 5 ms^-2

Perbincangan

Dikenali :

Jisim objek (m) = 5 kg

Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s²

Berat benda (w) = m g = (5)(10) = 50 Newton

Gaya F = 71 Newton

Dosa 37^o = 0,6

Cos 37^o = 0,8

Koefisien gesekan = 0,4

Ditanya : Percepatan benda (a)

Jawab :

Resultan Gaya

Terlebih dahulu hitung resultan gaya yang bekerja pada benda.

Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :

w_x = w sin θ = (50)(sin 37) = (50)(0,6) = 30

Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring :

w_y = w cos θ = (50)(cos 37) = (50)(0,8) = 40

Daya normal :

N = w_y = 40

Daya geseran kinetik :

f_k = µ_k N = (0,4)(40) = 16

Resultan gaya yang bekerja pada bidang miring :

∑F = F – w_x - f_k = 71 – 30 – 16 = 25 Newton

Percepatan benda

Percepatan benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton :

a = ∑F / m = 25 / 5 = 5 m/s²

Jawapan yang betul ialah E.

5.
Perhatikan gambar! Sebuah balok mula-mula diam, lalu ditarik dengan gaya F ke atas sejajar dengan bidang miring. Massa balok 8 kg, koefisien gesekan µ_s = 0,5 dan θ = 45^o. Agar balok tepat akan bergerak ke atas, gaya F harus sebesar….

A. 40 U
B. 60 U
C. 60√2 N
D. 80 U
E. 80√2 U

Perbincangan
Dikenali :
Pekali gesekan statis (µ_s) = 0,5
Sudut (θ) = 45^o
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s²
Massa balok (m) = 8 kilogram
Berat bongkah (w) = mg = (8 kg)(10 m/s)²) = 80 kg m/s² = 80 Newton
Ditanya : Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas
Jawab :

Balok tepat akan bergerak ke atas jika F ≥ w_x + f_s.
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
w_x = w sin θ = (80)(sin 45) = (80)(0,5√2) = 40√2
Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring :
w_y = w cos θ = (80)(cos 45) = (80)(0,5√2) = 40√2
Daya normal :
N = w_y = 40√2
Daya geseran statik :
f_s = µ_s N = (0,5)(40√2) = 20√2
Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas :
F ≥ w_x + f_s
F ≥ 40√2 + 20√2
F ≥ 60√2 Newton
Jawapan yang betul ialah C.

6.
Balok yang bermassa 8 kg terletak di atas bidang miring kasar seperti gambar berikut. Gaya luar minimal yang dibutuhkan untuk menahan balok agar tidak meluncur ke bawah adalah… (sin 37^o = 0,6, kos 37^o = 0,8, g = 10 ms^-2, µ_k = 0,1)

A. 6,4 U
B. 4,6 U
C. 48,5 U
D. 54,4 U
E. 68,8 U

Perbincangan
Dikenali :
Jisim bongkah (m) = 8 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s²
Berat bongkah (w) = mg = (8)(10) = 80 Newton
Dosa 37^o = 0,6
Cos 37^o = 0,8
Koefisien gesek kinetis (µ_k) = 0,1
Ditanya : Gaya (F) luar minimal penahan balok agar balok tidak meluncur ke bawah
Jawab :
Balok tidak meluncur ke bawah jika F = w_x
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
w_x = w sin θ = (80)(sin 37) = (80)(0,6) = 48
f_k = µ_k N = (0,1)(64) = 6,4
Besar gaya F minimal agar balok tidak meluncur ke bawah :
F + f_k - w_x = 0
F = w_x - f_k = 48 – 6,4 = 41,6 Newton

7.
Sebuah benda bermassa 5,0 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring yang kasar oleh sebuah gaya 71 N (g = 10 m.s^-2, dosa 37^o = 0,6, kos 37^o = 0,8). Jika koefisien gesekan antara benda dan bidang adalah 0,4, percepatan yang dialami benda adalah…
A. 0,5 ms^-2
B. 2 ms^-2
C. 2,5 ms^-2
D. 3 ms^-2
E. 5 ms^-2
Perbincangan
Dikenali :
Jisim objek (m) = 5 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s²
Berat benda (w) = m g = (5)(10) = 50 Newton
Gaya F = 71 Newton
Dosa 37^o = 0,6
Cos 37^o = 0,8
Koefisien gesekan = 0,4
Ditanya : Percepatan benda (a)
Jawab :
Resultan Gaya
Terlebih dahulu hitung resultan gaya yang bekerja pada benda.
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
w_x = w sin θ = (50)(sin 37) = (50)(0,6) = 30
Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring :
w_y = w cos θ = (50)(cos 37) = (50)(0,8) = 40
Daya normal :
N = w_y = 40
Daya geseran kinetik :
f_k = µ_k N = (0,4)(40) = 16
Resultan gaya yang bekerja pada bidang miring :
∑F = F – w_x - f_k = 71 – 30 – 16 = 25 Newton
Percepatan benda
Percepatan benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton :
a = ∑F / m = 25 / 5 = 5 m/s²
Jawapan yang betul ialah E.

8. Perhatikan gambar! Sebuah balok mula-mula diam, lalu ditarik dengan gaya F ke atas sejajar dengan bidang miring. Massa balok 2 kg, koefisien gesekan statis = 0,3 dan sudut = 45^o. Agar balok tepat akan bergerak ke atas, gaya F harus sebesar… g = 10 m/s²

Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
m = 2 kg, g = 10 m/s²,  = 45^o, μ_s = 0,3
Ditanya : Agar balok tepat bergerak ke atas, berapa besar gaya F ?
Jawapan:

Keterangan : F = gaya tarik, w = gaya berat, w_x = komponen berat balok yang sejajar permukaan bidang miring, w_y = komponen berat balok yang tegak lurus permukaan bidang miring, N = gaya normal, f_s = gaya gesek statis.

Pada soal diketahui koefisien gesek statis, ini berarti permukaan bidang miring kasar sehingga terdapat gaya gesek yang menghambat gerakan balok.
Agar balok tepat akan bergerak ke atas maka gaya F harus sama dengan w_x +f_s. Benda bergerak ke atas ketika F lebih besar daripada w_x +f_s.

w = mg = (2)(10) = 20 Newton
w_x = w sin 45^o = (20)(½ √2) = 10√2 Newton
w_y = w cos 45^o = (20)(½√2) = 10√2 Newton
N = w_y = 10√2
f_s = μ_s N = (0,3)(10√2) = 3√2 Newton

Agar balok tepat akan bergerak ke atas maka :
F = w_x +f_s = 10√2 + 3√2= 13√2 Newton
Jawapan yang betul ialah C.

9. Benda bermassa 2 kg terletak pada bidang miring seperti tampak pada gambar di bawah ini. Jika koefisien gesekan statis antara balok dan bidang miring adalah 0,2√3 dan g = 10 ms^-2, maka resultan gaya yang menggerakan benda adalah…

Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
m = 2 kg, g = 10 m/s²,  = 30^o, μ_s = 0,2√3
Ditanya : Resultan gaya yang menggerakan benda ?

Jawapan:

Gaya gesek selalu menghambat gerakan benda karenanya arah gaya gesek digambarkan berlawanan dengan arah gerak benda. Benda diperkirakan bergerak ke bawah sehingga gaya gesek digambarkan ke atas. Benda diperkirakan bergerak ke bawah karena tidak ada gaya yang menariknya ke atas.
w = mg = (2)(10) = 20 Newton
w_x = w sin 30^o = (20)( ½ ) = 10 Newton
w_y = w cos 30^o = (20)( ½ √3) = 10√3 Newton
N = w_y = 10√3 Newton
f_s = μ_s N = (0,2√3)(10√3) = (2)(3) = 6 Newton
Resultan gaya yang menggerakan benda adalah :
F = w_x - f_s = 10 – 6 = 4 Newton
w_x lebih besar daripada f_s sehingga benda bergerak ke bawah, searah dengan w_x.
Jawapan yang betul ialah A.

Sumber soalan:

Soalan Fizik Peperiksaan Kebangsaan untuk Sekolah Menengah Atas/Sekolah Menengah Vokasional