5 Contoh soal hukum II Newton pada gerak rotasi
1. Tali dililitkan pada tepi silinder berongga lalu ujung tali ditarik dengan gaya F sehingga silinder berotasi pada porosnya. Jika momen gaya adalah 2 Nm dan momen inersia silinder adalah 1 kg m2, tentukan percepatan sudut silinder!
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Momen gaya (τ) = 2 Nm
Momen inersia (I) = 1 kg m2
Ditanya: Percepatan sudut silinder!
Jawapan:
Formula hukum kedua Newton untuk gerakan putaran:
Στ = Iα
Keterangan : Στ = resultan momen gaya, I = momen inersia, α = percepatan sudut
Percepatan sudut silinder :
α = Στ / I = 2 / 1 = 2
Percepatan sudut silinder adalah 2 radian per sekon kuadrat = 2 rad/s2.
2. Tali dililitkan pada tepi silinder berongga lalu ujung tali ditarik dengan gaya F sehingga silinder berotasi pada porosnya. Besar gaya tarik F adalah 10 Newton, jari-jari silinder adalah 0,2 meter dan momen inersia silinder adalah 1 kg m2. Tentukan percepatan sudut silinder!
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Besar gaya tarik (F) = 10 N
Jari-jari silinder (R) = 0,2 m
Momen inersia (I) = 1 kg m2
Ditanya: Percepatan sudut silinder!
Jawapan:
Rumus momen gaya alias torsi :
τ = FR
Keterangan : τ = momen gaya, F = gaya, R = jari-jari silinder
Momen gaya adalah :
τ = F R = (10 N)(0,2 m) = 2 N m
Formula hukum kedua Newton untuk gerakan putaran:
Στ = Iα
Keterangan : Στ = resultan momen gaya, I = momen inersia, α = percepatan sudut
Percepatan sudut silinder :
α = Στ / I = 2 / 1 = 2 rad/s2
3. Tali dililitkan pada tepi silinder berlubang lalu ujung tali ditarik ke kanan dengan gaya F sehingga silinder berotasi pada porosnya. Besar gaya tarik F adalah 10 Newton, jari-jari silinder adalah 0,2 meter, massa silinder adalah 20 kilogram. Tentukan percepatan sudut silinder!
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Besar gaya tarik (F) = 10 N
Jari-jari silinder (R) = 0,2 m
Massa silinder (M) = 20 kg
Ditanya: Percepatan sudut silinder
Jawapan:
Momen gaya adalah :
τ = F R = (10 N)(0,2 m) = 2 N m
Momen inersia silinder berongga :
I = 1/2 MR2 = 1/2 (20)(0,2)2 = 1⁄2 (20)(0,04) = 0,4 kg m2
Percepatan sudut silinder :
α = Στ / I = 2 / 0,4 = 5 rad/s2
4. Pada katrol cakram pejal digantungi beban. Momen inersia katrol adalah 1 kg m2, massa beban adalah 1 kg dan jari-jari katrol adalah 0,2 meter. Tentukan percepatan sudut katrol! Pecutan graviti adalah 10 m/s2.
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Momen inersia katrol (I) = 1 kg m2
Jisim beban (m) = 1 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Berat beban (w) = m g = (1 kg)(10 m/s2) = 10 kg m/s2 = 10 Newton
Jari-jari katrol (R) = 0,2 meter
Ditanya: Percepatan sudut katrol
Jawapan:
Momen gaya adalah :
τ = F R = w R = (10 N)(0,2 m) = 2 N m
Momen inersia katrol :
I = 1 kg m2
Percepatan sudut katrol :
α = Στ / I = 2 / 1 = 2 rad/s2
5. Pada katrol cakram pejal digantungi beban. Massa katrol adalah 20 kg, jari-jari katrol adalah 0,2 meter dan massa beban adalah 1 kg. Tentukan percepatan sudut katrol dan percepatan jatuh beban! Percepatan gravitasi adalah 10 m/s2.
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Massa katrol (M) = 20 kg
Jari-jari katrol (R) = 0,2 meter
Jisim beban (m) = 1 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Berat beban (w) = mg = (1 kg)(10 m/s)2) = 10 kg m/s2 = 10 Newton
Ditanya: Percepatan sudut katrol dan percepatan jatuh beban
Jawapan:
Momen gaya adalah :
τ = F R = w R = (10 N)(0,2 m) = 2 N m
Momen inersia katrol cakram pejal :
I = 1/2 MR2 = 1/2 (20)(0,2)2 = (10)(0,04) = 0,4 kg/m2
Percepatan sudut katrol :
α = Στ / I = 2 / 0,4 = 5 rad/s2
Percepatan jatuh beban sama dengan percepatan linear tepi katrol, dihitung menggunakan rumus hubungan antara percepatan sudut dan percepatan linear :
a = R α = (0,2)(5) = 1 m/s2
Percepatan sudut katrol (α) adalah 100 rad/s2 dan percepatan jatuh beban adalah 20 m/s2.
