4 Contoh soal penerapan hukum Newton pada gerak lurus lift atau elevator
1. Seseorang bermassa 50 kg berada di dalam lift. Percepatan gravitasi = 10 m/s2. Tentukan besar gaya normal yang dikerjakan lantai lift pada orang tersebut jika :
(a) lift diam
(b) lift bergerak ke bawah dengan kecepatan konstan
(c) lift bergerak ke atas dengan percepatan 5 m/s2
(d) lift bergerak ke bawah dengan percepatan 5 m/s2
(e) lift jatuh bebas
Perbincangan
Dikenali :
Massa orang (m) = 50 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Berat orang (w) = m g = (50)(10) = 500 Newton
Jawab :
(a) lift diam
Lift diam, tidak ada percepatan (a = 0)
Gaya yang arahnya ke atas bertanda positif, gaya yang arahnya ke bawah bertanda negatif
(b) lift bergerak ke bawah dengan kecepatan konstan
Lift bergerak dengan kecepatan konstan, tidak ada percepatan (a = 0)
Gaya yang arahnya ke atas bertanda positif, gaya yang arahnya ke bawah bertanda negatif
(c) lift bergerak ke atas dengan percepatan 5 m/s2
Lift bergerak ke atas dengan percepatan (a) 5 m/s2
Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif
N – w = ma
N = w + ma
N = 500 + (50)(5)
N = 500 + 250
N = 750 Newton
Besar gaya normal (N) sama dengan berat (w), karenanya ketika lift bergerak ke atas, tubuh orang tersebut terasa lebih berat. Dengan kata lain, ketika lift bergerak ke atas, berat semu orang tersebut menjadi lebih besar. Jika orang tersebut berdiri di atas timbangan maka ketika lift bergerak ke atas, timbangan akan menunjukan massa orang tersebut lebih besar.
(d) lift bergerak ke bawah dengan percepatan 5 m/s2
Lift bergerak ke bawah dengan percepatan (a) 5 m/s2
Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif
w – N = ma
N = w – ma
N = 500 – (50)(5)
N = 500 – 250
N = 250 Newton
Ketika lift bergerak ke bawah, tubuh orang tersebut terasa lebih ringan. Dengan kata lain, ketika lift bergerak ke bawah, berat semu orang tersebut menjadi lebih besar. Jika orang tersebut berdiri di atas timbangan maka ketika lift bergerak ke bawah, timbangan akan menunjukan massa orang tersebut lebih kecil.
(e) lift jatuh bebas
Lift jatuh bebas artinya lift bergerak ke bawah, di mana percepatan lift (a) = percepatan gravitasi (g). Misalnya g = 10 m/s2 maka a = 10 m/s2
Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif
w – N = ma
N = w – ma
N = 500 – (50)(10)
N = 500 – 500
N = 0
Ketika lift jatuh bebas, berat semu orang tersebut sama dengan nol. Dengan kata lain, orang tersebut akan merasa ia tidak mempunyai berat. Jika orang tersebut berdiri di atas timbangan maka ketika lift bergerak ke bawah, timbangan akan menunjukan massa orang tersebut sama dengan nol. Kondisi ini mirip seperti ketika seseorang berada di ruang tanpa gaya gravitasi.
2. Tentukan besar gaya tegangan kabel penyanggah lift bermassa 2000 kg, jika :
(a) lift diam
(b) lift bergerak ke bawah dengan percepatan 5 m/s2
(c) lift bergerak ke atas dengan percepatan 5 m/s2
(d) lift jatuh bebas
Anggap percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Perbincangan
Dikenali :
Massa lift (m) = 2000 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Berat lift (w) = m g = (2000)(10) = 20.000 Newton
Jawab :
(a) lift diam
Lift diam, tidak ada percepatan (a = 0)
Gaya yang arahnya ke atas bertanda positif, gaya yang arahnya ke bawah bertanda negatif
Ketika lift diam, besar gaya tegangan tali (T) = berat lift (w) = 20.000 Newton
(b) lift bergerak ke bawah dengan percepatan 5 m/s2
Lift bergerak ke bawah dengan percepatan (a) 5 m/s2
Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif
w – T = ma
T = w – ma
T = 20.000 – (2000)(5)
T = 20.000 – 10.000
T = 10.000 Newton
Ketika lift bergerak ke bawah, gaya tegangan tali (T) menjadi lebih kecil dibandingkan ketika lift diam.
(c) lift bergerak ke atas dengan percepatan 5 m/s2
Lift bergerak ke atas dengan percepatan (a) 5 m/s2
Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif
T – w = ma
T = w + ma
T = 20.000 + (2000)(5)
T = 20.000 + 10.000
T = 30.000 Newton
Ketika lift bergerak ke atas, gaya tegangan tali (T) menjadi lebih besar dibandingkan ketika lift diam.
(d) lift jatuh bebas
Lift jatuh bebas artinya lift bergerak ke bawah, di mana percepatan lift (a) = percepatan gravitasi (g). Misalnya g = 10 m/s2 maka a = 10 m/s2
Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif
w – T = ma
T = w – ma
T = 20.000 – (2000)(10)
T = 20.000 – 20.000
T = 0
Ketika lift jatuh bebas, gaya tegangan tali (T) berubah menjadi nol. Karena gaya tegangan tali besarnya sama dengan berat lift maka ketika gaya tegangan tali bernilai nol maka berat lift juga seolah-olah bernilai nol. Situasi ini mirip seperti ketika sebuah benda berada di ruang hampa gravitasi atau ruang angkasa yang tidak ada gaya gravitasi.
[Bahasa Inggeris: Application of Newton’s law of motion in an elevator]
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 U
B. 200 N
C. 340 N
D. 420 U
E. 600 N
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Massa (m) = 60 kg
Percepatan orang dan lift (a) = 3 m/s2
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Gaya berat (w) = m g = (60)(10) = 600 Newton
Ditanya : gaya normal (N)
Jawapan:
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 = ma
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
N = 420 Newton
Jawapan yang betul ialah 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 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
Gaya berat (w) = m g = (40)(10) = 400 N
Ditanya : Percepatan lift
Jawapan:
∑F = ma
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.
Jawapan yang betul ialah E.
Sumber soalan:
Soalan Fizik Peperiksaan Kebangsaan untuk Sekolah Menengah Atas/Sekolah Menengah Vokasional
