Contoh soal dan Rumus Gaya tarik Gaya gesek Percepatan
1. Sebuah lemari besi dengan berat 300 N (awalnya dalam keadaan diam) ditarik oleh sebuah gaya dengan arah membentuk sudut θ di atas garis mendatar (cos θ = 3/5). Apabila koefisien gesek statis dan kinetik antara lemari besi dan lantai berturut-turut adalah 0,5 dan 0,4, gaya gesek kinetik yang bekerja pada lemari besi adalah 72 N, dan besar percepatan gravitasi g = 10 m/s2, maka percepatan lemari besi dan gaya yang menarik lemari besi berturut-turut adalah…
A. 18/30 m/s2 dan 90 N
B. 18/30 m/s2 dan 150 N
C. 18/30 m/s2 dan 210 N
D. 0 m/s2 dan 150 N
E. 0 m/s2 dan 90 N
Pembahasan
cos θ = bawah/miring = 3/5
Hitung massa lemari besi:
w = m g
m = w / g = 300 / 10 = 30 kg
Hitung besar gaya normal (N) menggunakan rumus gaya gesek kinetik:
Fk = µk N
72 = (0,4) N
N = 72 / 0,4
N = 180 Newton
Tinjau gaya pada arah vertikal. Benda tidak bergerak pada arah vertikal sehingga resultan gaya pada arah vertikal bernilai nol. Hitung gaya Fy menggunakan rumus ini.
ΣFy = 0
w – N – Fy = 0
300 – 180 = Fy
Fy = 120 Newton
Hitung gaya yang menarik lemari besi F menggunakan rumus berikut:
Sin θ = depan / miring = Fy / F
4 / 5 = 120 / F
F = 150 Newton
Hitung gaya Fx menggunakan rumus berikut:
Cos θ = bawah / miring = Fx / F
3 / 5 = Fx / 150
Fx = 90 Newton
Hitung percepatan lemari besi:
ΣFx = m a
Fx – Fk = m a
90 – 72 = 30 a
18 = 30 a
a = 18/30 m/s2
Jawaban yang benar adalah B.
2. Sebuah balok dengan berat 100 N diam pada sebuah bidang datar. Kemudian, dari waktu t = 0 s sampai t = 5 s balok didorong dengan gaya konstan 50 N sejajar bidang datar. Koefisien gesek kinetik dan statik antara balok dan bidang datar berturut-turut adalah 0,2 dan 0,3. Dalam selang waktu antara t = 5 s sampai t = 10 s balok…
A. selalu diam
B. diam sesaat
C. bergerak
D. bergerak kemudian diam
E. diam kemudian bergerak
Pembahasan
Diketahui:
Selang waktu (t) = 5-0 = 5 sekon
Gaya dorong (F) = 50 N
Berat balok (w) = 100 N
Gaya normal (N) = w = 100 N
Koefisien gesek kinetik (μk) = 0,2
Koefisien gesek statik (μs) = 0,3
Gaya gesek statik (fs) = μs N = (0,3)(100) = 30 N
Gaya gesek kinetik (fk) = μk N = (0,2)(100) = 20 N
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat balok (w) = 100 Newton
Massa balok (m) = 100/10 = 10 kg
Ditanya: Dalam selang waktu antara t = 5 sekon dan t = 10 sekon, balok diam atau bergerak
Jawab:
Antara selang waktu 0-5 sekon
Rumus GLBB:
Kecepatan awal (vo) = 0
Kecepatan akhir (vt) = vt
Selang waktu (t) = 5 sekon
vt = vo + a t
vt – vo = a t
(vt – vo) / t = a
Rumus hukum II Newton dan rumus GLBB:
ΣF = m a
F – fk = m (vt – vo) / t
50 – 20 = (10)(vt-0) / 5
30 = (10)(vt) / 5
150 = (10)(vt)
vt = 150/10
vt = 15 m/s
Antara selang waktu 5-10 sekon
Kecepatan awal (vo) = 15 m/s
Kecepatan akhir (vt) = vt
Selang waktu (t) = 10-5 = 5 sekon
Gaya gesek kinetis (fk) = 20 N
Rumus hukum II Newton dan rumus GLBB:
ΣF = m a
– fk = m (vt – vo) / t
– 20 = 10 (vt – 15) / 5
– 100 = 10 (vt – 15)
– 100 = 10 vt – 150
– 100 + 150 = 10 vt
50 = 10 vt
vt = 50/10
vt = 5 m/s
Dalam selang waktu antara t = 5 s sampai t = 10 s balok bergerak. Jawaban yang benar adalah C.
3. Sebuah kotak diletakkan pada bak mobil terbuka yang sedang mulai bergerak dengan percepatan 6 m/s2. Massa kotak adalah 40 kg. Jika koefisien gesekan statik dan kinetik antara lantai bak terbuka dan kotak berturut-turut adalah 0,8 dan 0,5, maka gaya gesekan yang diberikan lantai bak terbuka pada kotak adalah sebesar…
A. 120 N
B. 160 N
C. 200 N
D. 240 N
E. 320 N
Pembahasan
Diketahui:
Percepatan (a) = 6 m/s2
Massa kotak (m) = 40 kg
Koefisien gesek statis dan kinetis (μs dan μk) = 0,8 dan 0,5
Ditanya: gaya gesekan yang diberikan lantai bak terbuka pada kotak
Jawab:
Gaya pada kotak:
F = m a = (40 kg)(6 m/s2) = 240 N
Kotak diam sehingga gaya pada kotak = gaya gesek statis
Jawaban yang benar adalah D.
Sumber soal:
Soal SBMPTN Fisika
