Rumus gaya di bidang miring

Contoh soal dan Rumus gaya di bidang miring

1. Sebuah gaya konstan berarah horisontal dengan besar 50 N bekerja pada balok bermassa m = 5 kg. Balok bergerak ke atas dengan laju awal v_o = 4 m/s sepanjang bidang miring kasar dengan sudut kemiringan θ (tan θ = ¾). Koefisien gesekan kinetik antara balok dengan permukaan bidang miring adalah μ_k = 0,2. Jarak yang ditempuh balok sebelum akhirnya berhenti adalah…

A. 10 m

B. 12 m

C. 15 m

D. 18 m

E. 22 m

w = gaya berat

w_x = komponen gaya berat pada sumbu x

w_y = komponen gaya berat pada sumbu y

F = gaya konstan berarah horisontal

F_x = komponen gaya pada sumbu x

F_y = komponen gaya pada sumbu y

N = gaya normal

f_k = gaya gesek kinetis

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

w_x = w sin θ = 50 (3/5) = 30 N

w_y = w cos θ = 50 (4/5) = 40 N

F = 50 N

F_x = F cos θ = 50 (4/5) = 40 N

F_y = F sin θ = 50 (3/5) = 30 N

N = w_y + F_y = 40 + 30 = 70 N

f_k = μ_k N = 0,2 (70) = 14 N

Terapkan hukum II Newton:

ΣF = m a

F_x – w_x – f_k = m a

40-30-14 = 5 a

-4 = 5 a

a = -4/5 m/s²

Gunakan rumus GLBB untuk menghitung jarak balok sebelum berhenti.

Diketahui:

Kecepatan awal (v_o) = 4 m/s

Perlambatan (a) = -4/5 m/s²

Kecepatan akhir (v_t) = 0

Ditanya: Jarak tempuh (s)

Jawab:

v_t² = v_o² + 2 a s

0 = 4² + 2 (-4/5) s

0 = 16 – 8/5 s

16 = 8/5 s

16 (5) = 8 s

80 = 8 s

s = 80/8

s = 10 meter

Jawaban yang benar adalah A.

2. Sebuah balok bergerak dari keadaan diam menuruni suatu bidang miring yang panjang. Bagian pertama bidang miring itu licin dan bagian berikutnya sampai ke dasar bersifat kasar. Setelah bergerak selama beberapa saat di bagian yang kasar, balok berhenti. Pada peristiwa itu…

(1) usaha total pada balok tidak sama dengan nol

(2) usaha oleh gaya gravitasi bernilai positif

(3) usaha oleh gaya gravitasi sama dengan perubahan energi potensial balok

(4) usaha oleh gaya gesek tidak sama dengan nol

Pembahasan

Ada dua gaya yang bekerja pada benda, yakni gaya gravitasi dan gaya gesek.

Ketika benda melewati bidang miring licin, hanya gaya gravitasi yang bekerja pada benda. Ketika benda melewati bidang miring kasar, selain gaya gravitasi, ada juga gaya gesek yang bekerja pada benda.

1. Usaha total pada balok tidak sama dengan nol

Jika usaha total sama dengan nol maka tidak ada perpindahan. Balok mengalami perpindahan sehingga usaha total tidak sama dengan nol.

Pernyataan 1 benar

2. Usaha oleh gaya gravitasi bernilai positif

Usaha oleh gaya gravitasi bernilai positif karena arah gaya gravitasi (ke bawah) sama dengan arah perpindahan benda (ke bawah).

Pernyataan 2 benar

3. Usaha oleh gaya gravitasi sama dengan perubahan energi potensial gravitasi balok, dalam hal ini usaha positif yang dilakukan oleh gaya gravitasi menyebabkan energi potensial gravitasi balok berkurang.

Pernyataan 3 benar

4. Usaha oleh gaya gesek tidak sama dengan nol karena ada perpindahan yang dialami benda dan ada gaya gesek yang bekerja selama terjadi perpindahan tersebut.

Pernyataan 4 benar

Gerak pada bidang miring licin

3. Sebuah kubus yang meluncur turun tanpa gesekan pada sebuah bidang miring akan mengalami percepatan tetap.

Sebab

Dengan tidak adanya gesekan, percepatan benda sama dengan pecepatan gravitasi.

Pembahasan

Jika tidak ada gesekan maka kubus meluncur turun dengan percepatan tetap. Pada gerak jatuh bebas, benda jatuh dengan percepatan g, di mana g adalah percepatan gravitasi.

Sedangkan pada bidang miring, benda meluncur turun dengan percepatan gx, di mana nilai gx lebih kecil daripada percepatan gravitasi. Nilai gx bergantung juga pada besarnya sudut kemiringan.

Sumber soal

Soal SBMPTN Fisika