4 contoh soalan tentang aplikasi hukum Newton terhadap gerakan lurus lif atau lif
1. Seorang yang berjisim 50 kg berada di dalam lif. Pecutan akibat graviti = 10 m/s2Tentukan magnitud daya normal yang dikenakan oleh lantai lif ke atas orang itu jika:
(a) lif senyap
(b) lif bergerak ke bawah pada kelajuan malar
(c) lif bergerak ke atas dengan pecutan 5 m/s2
(d) lif bergerak ke bawah dengan pecutan 5 m/s2
(e) lif jatuh bebas
Perbincangan
Dikenali :
Jisim orang (m) = 50 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Berat seseorang (w) = mg = (50)(10) = 500 Newton
Jawab :
(a) lif senyap
Lif itu berhenti, tiada pecutan (a = 0)
Daya yang diarahkan ke atas adalah positif, daya yang diarahkan ke bawah adalah negatif.
(b) lif bergerak ke bawah pada kelajuan malar
Lif bergerak pada kelajuan malar, tiada pecutan (a = 0)
Daya yang diarahkan ke atas adalah positif, daya yang diarahkan ke bawah adalah negatif.
(c) lif bergerak ke atas dengan pecutan 5 m/s2
Lif itu bergerak ke atas dengan pecutan (a) 5 m/s2
Daya dalam arah yang sama dengan pergerakan lif adalah positif, manakala daya dalam arah yang bertentangan dengan pergerakan lif adalah negatif.
N – w = ma
N = w + ma
N = 500 + (50)(5)
N = 500 + 250
N = 750 Newton
Magnitud daya normal (N) adalah sama dengan berat (w), oleh itu apabila lif bergerak ke atas, badan seseorang terasa lebih berat. Dalam erti kata lain, apabila lif bergerak ke atas, berat ketara seseorang menjadi lebih besar. Jika seseorang berdiri di atas penimbang, apabila lif bergerak ke atas, penimbang akan menunjukkan jisim seseorang lebih besar.
(d) lif bergerak ke bawah dengan pecutan 5 m/s2
Lif itu bergerak ke bawah dengan pecutan (a) 5 m/s2
Daya dalam arah yang sama dengan pergerakan lif adalah positif, manakala daya dalam arah yang bertentangan dengan pergerakan lif adalah negatif.
w – N = ma
N = w – ma
N = 500 – (50)(5)
N = 500 – 250
N = 250 Newton
Apabila lif bergerak ke bawah, badan seseorang terasa lebih ringan. Dalam erti kata lain, apabila lif bergerak ke bawah, berat ketara seseorang itu meningkat. Jika seseorang itu berdiri di atas penimbang, apabila lif bergerak ke bawah, penimbang itu akan menunjukkan jisim yang lebih rendah.
(e) lif jatuh bebas
Lif jatuh bebas bermaksud lif bergerak ke bawah, di mana pecutan lif (a) = pecutan graviti (g). Contohnya, g = 10 m/s2 maka a = 10 m/s2
Daya dalam arah yang sama dengan pergerakan lif adalah positif, manakala daya dalam arah yang bertentangan dengan pergerakan lif adalah negatif.
w – N = ma
N = w – ma
N = 500 – (50)(10)
N = 500 – 500
N = 0
Apabila lif jatuh bebas, berat ketara orang itu adalah sifar. Dalam erti kata lain, orang itu akan menganggap diri mereka tidak berberat. Jika orang itu berdiri di atas penimbang, apabila lif bergerak ke bawah, penimbang itu akan menunjukkan jisim mereka adalah sifar. Keadaan ini serupa dengan berada di ruang tanpa graviti.
2. Tentukan magnitud daya tegangan pada kabel sokongan angkat berjisim 2000 kg, jika:
(a) lif senyap
(b) lif bergerak ke bawah dengan pecutan 5 m/s2
(c) lif bergerak ke atas dengan pecutan 5 m/s2
(d) lif jatuh bebas
Andaikan pecutan graviti (g) = 10 m/s2
Perbincangan
Dikenali :
Jisim angkat (m) = 2000 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Berat angkat (w) = mg = (2000)(10) = 20.000 Newton
Jawab :
(a) lif senyap
Lif itu berhenti, tiada pecutan (a = 0)
Daya yang diarahkan ke atas adalah positif, daya yang diarahkan ke bawah adalah negatif.
Apabila daya angkat pegun, daya tegangan pada tali (T) = berat daya angkat (w) = 20.000 Newton
(b) lif bergerak ke bawah dengan pecutan 5 m/s2
Lif itu bergerak ke bawah dengan pecutan (a) 5 m/s2
Daya dalam arah yang sama dengan pergerakan lif adalah positif, manakala daya dalam arah yang bertentangan dengan pergerakan lif adalah negatif.
w – T = ma
T = w – ma
T = 20.000 – (2000)(5)
T = 20.000 – 10.000
T = 10.000 Newton
Apabila lif bergerak ke bawah, daya tegangan pada tali (T) menjadi lebih kecil berbanding ketika lif tidak bergerak.
(c) lif bergerak ke atas dengan pecutan 5 m/s2
Lif itu bergerak ke atas dengan pecutan (a) 5 m/s2
Daya dalam arah yang sama dengan pergerakan lif adalah positif, manakala daya dalam arah yang bertentangan dengan pergerakan lif adalah negatif.
T – w = ma
T = w + ma
T = 20.000 + (2000)(5)
T = 20.000 + 10.000
T = 30.000 Newton
Apabila lif bergerak ke atas, daya tegangan pada tali (T) menjadi lebih besar daripada apabila lif pegun.
(d) lif jatuh bebas
Lif jatuh bebas bermaksud lif bergerak ke bawah, di mana pecutan lif (a) = pecutan graviti (g). Contohnya, g = 10 m/s2 maka a = 10 m/s2
Daya dalam arah yang sama dengan pergerakan lif adalah positif, manakala daya dalam arah yang bertentangan dengan pergerakan lif adalah negatif.
w – T = ma
T = w – ma
T = 20.000 – (2000)(10)
T = 20.000 – 20.000
T = 0
Apabila lif jatuh bebas, tegangan pada tali (T) menjadi sifar. Oleh kerana tegangan pada tali adalah sama dengan berat lif, apabila tegangan pada tali adalah sifar, berat lif juga kelihatan sifar. Situasi ini serupa dengan apabila objek berada dalam vakum graviti atau ruang di mana tiada daya graviti.
[Bahasa Inggeris: Aplikasi hukum gerakan Newton dalam lif]
3. Seorang yang berjisim 60 kg berada di dalam lif yang bergerak ke bawah dengan pecutan 3 m/s.-2Jika pecutan graviti di Bumi ialah 10 m/s-2, maka magnitud daya normal yang dikenakan oleh lantai lif ke atas orang itu ialah….
A. 180 U
B. 200 U
C. 340 U
D. 420 U
E. 600 U
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Massa (m) = 60 kg
Pecutan orang dan lif (a) = 3 m/s2
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Graviti (w) = mg = (60)(10) = 600 Newton
Ditanya: daya normal (N)
Jawapan:
Terdapat dua daya yang bertindak ke atas seseorang di dalam lif, iaitu graviti (w) dan daya normal yang dikenakan oleh lantai lif ke atas orang itu (N). Terdapat tiga kuantiti vektor, iaitu graviti, daya normal, dan pecutan lif, di mana graviti diarahkan ke bawah, daya normal diarahkan ke atas, dan pecutan lif diarahkan ke bawah. Kuantiti vektor arah ke bawah dipilih untuk mempunyai tanda positif dan kuantiti vektor arah ke atas dipilih untuk mempunyai tanda negatif.
∑F = ma
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
N = 420 Newton
Jawapan yang betul ialah D.
4. Reza, dengan jisim 40 kg, berada di dalam lif yang bergerak ke atas. Jika daya lantai lif pada kaki Reza ialah 520 N dan pecutan graviti ialah 10 m/s-2, maka pecutan lif ialah….
A. 1,0 ms-2
B. 1,5 ms-2
C. 2,0 ms-2
D. 2,5 ms-2
E. 3,0 ms-2
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Massa (m) = 40 kg
Daya normal (N) = 520 N
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Daya graviti (w) = mg = (40)(10) = 400 N
Ditanya: Pecutan lif
Jawapan:
∑F = ma
400 – 520 = (40)(a)
-120 = (40)(a)
a = -120/40
a = -3 m/s2
Pecutan lif itu ialah 3 m/s2Tanda negatif bermaksud lif sedang bergerak ke atas.
Jawapan yang betul ialah E.
Sumber soalan:
Soalan Fizik Peperiksaan Kebangsaan untuk Sekolah Menengah Atas/Sekolah Menengah Vokasional
