Rumus hukum-hukum Newton tentang gerak-gravitasi

10 Contoh Soal dan rumus hukum-hukum Newton tentang gerak-gravitasi

1. Sebuah benda bermassa m kg diam pada bidang datar. Hubungan antara gaya normal (N) dan berat benda (w) yang tepat adalah . . . .

A. N = 0,5 w

B. N = 0,75 w

C. N = w

D. N = 1,5 w

E. N = 2 w

Pembahasan

N = w

Jawaban yang benar C.

2. Sebuah balok bermassa 5 kg diberi gaya ke bawah yang membentuk sudut seperti pada gambar sebesar F = 10 N. Gaya normal benda tersebut adalah … ( √3 ≈ 1,7).

A. 40,5 Newton

B. 44 Newton

C. 49 Newton

D. 54 Newton

E. 57,5 Newton

Pembahasan

Diketahui:

m = 5 kg, g = 9,8 m/s², w = 49 N

F = 10 N, Fy = F sin 30 = (10)(0,5) = 5 N

Ditanya: Gaya normal (N)

Jawab:

N = w + F_y = 49 + 5 = 54 N

Soal untuk nomor 3-4:

Mobil bermassa 1000 kg mula-mula diam. Kemudian dipercepat selama 10 s sehingga kecepatannya menjadi 30 m/s.

Diketahui:

Massa (m) = 1000 kg

Kecepatan awal (v_o) = 0

Waktu (t) = 10 s

Kecepatan akhir (v_t) = 30 m/s

3. Asumsikan jalanan licin, gaya dorong yang dibutuhkan oleh mobil adalah . . .

A. 1000 N

B. 1500 N

C. 2000 N

D. 2500 N

E. 3000 N

Pembahasan

Hitung percepatan:

v_t – v_o = a t

30 = a 10

a = 30/10 = 3 m/s²

Hitung gaya:

F = m a = (1000 kg)(3 m/s²) = 3000 N

Jawaban yang benar E.

4.

Jarak yang ditempuh oleh mobil adalah . . .

A. 50 m

B. 100 m

C. 150 m

D. 200 m

E. 250 m

Pembahasan

v_t² – v_o² = 2 a s

30² = 2 (3) s

900 = 6 s

s = 900/6 = 150 meter

Jawaban yang benar C.

5. Doni ingin menggeser lemari pakaiannya yang bermassa 25 kg. Koefisien gesek statis dan kinetik antara lemari dan meja adalah 0,5 dan 0,2 berturut-turut. Gaya mendatar yang harus dilakukan oleh Doni supaya lemari tepat akan bergerak adalah . . .

A. 10 N

B. 49 N

C. 100 N

D. 122,5 N

E. 245 N

Pembahasan

Diketahui:

Massa (m) = 25 kg

Koefisien gesek statik (μ_s) = 0,5

Koefisien gesek kinetik (μ_k) = 0,2

Ditanya: Gaya agar lemari tepat akan bergerak

Jawab:

Rumus gaya gesek statis:

F_s = μ_s N = μ_s w = μ_s m g

Lemari berada di atas bidang datar sehingga gaya Normal (N) = gaya berat (w)

Menggunakan koefisien gesek statis karena lemari tepat akan bergerak (belum bergerak). Jika sudah bergerak, menggunakan koefisien gesek kinetis

F_s = μ_s m g = (0,5)(25)(9,8) = 122,5 N

Jawaban yang benar D.

Soal untuk nomor 6-7:

Sebuah balok bermassa 5 kg mula-mula diam pada bidang miring kasar yang memiliki sudut kemiringan 30°. Koefisien gesek statis dan kinetik antara balok dengan permukaan bidang miring adalah 0,4 dan 0,2.

Diketahui:

Massa (m) = 5 kg

Percepatan gravitasi (g) = 9,8 m/s²

Berat (w) = m g = (5)(9,8) = 49 N

Kecepatan awal (v_o) = 0

Sudut = 30^o

Koefisien gesek statik (μ_s) = 0,4

Koefisien gesek kinetik (μ_k) = 0,2

6. Percepatan yang dialami oleh balok adalah . . .

A. 0 m/s²

B. 1,57 m/s²

C. 3,23 m/s²

D. 4,998 m/s²

E. 6,66 m/s²

Pembahasan

Gaya berat w_y = w cos 30^o = 49 (0,87) = 42,63 N

Gaya berat w_x = w sin 30^o = 49 (0,5) = 24,5 N

Gaya normal (N) = w_y = 42,63 N

Gaya gesek kinetik F_k = μ_k N = (0,2)(42,63) = 8,5 N

Gunakan gesek kinetik karena hitung percepatan (balok bergerak). Gunakan gesek statik jika balok diam.

Hitung percepatan:

Jawaban yang benar C.

7. Kecepatan balok saat mencapai dasar bidang miring apabila balok terletak pada ujung atas bidang miring setinggi 3 m dari permukaan tanah seperti pada gambar adalah . . .

A. 0 m/s (karena balok tidak bergerak)

B. 4,34 m/s

C. 4,40 m/s

D. 6,22 m/s

E. 7,53 m/s

Pembahasan

Hitung panjang sisi miring (panjang lintasan):

Sin 30^o = 3 / s

0,5 = 3 / s

s = 3 / 0,5 = 6 meter

Gunakan rumus hukum II Newton: ΣF = m a

Gantikan a pada persamaan ini dengan a pada persamaan GLBB:

v_t² – v_o² = 2 a s

v_t² = 2 a s

a = v_t² / 2 s = v_t² / 2 (6) = v_t² / 12

Jawaban yang benar D.

8. Suatu planet X memiliki perbandingan massa dengan planet bumi 5 : 2 dan perbandingan jarak dengan matahari 1 : 4. Apabila besar gaya gravitasi yang dirasakan Bumi akibat tarikan matahari adalah F, maka gaya gravitasi yang dirasakan planet X akibat matahari adalah . . .

A. 10 F

B. 40 F

C. 1/10 F

D. 1/40 F

E. 60 F

Pembahasan

Diketahui:

Massa X (m_x) = 5

Massa bumi (m_B) = 2

Jarak X dengan matahari (r_X) = 1

Jarak bumi dengan matahari (r_B) = 4

Ditanya: Gaya gravitasi planet X dan matahari

Jawab:

Gaya gravitasi planet X

m₂ adalah massa matahari, sama sehingga dihapus

Gaya gravitasi planet B

Jawaban yang benar B.

9. Sebuah planet A memiliki jari-jari 5 kali jari-jari Bumi dan massa 45 kali massa Bumi. Apabila kecepatan lepas supaya benda dapat lepas dari potensial gravitasi Bumi adalah v, maka kecepatan lepas dari planet A adalah . . .

A. 3v

B. 1/3v

C. 9v

D. 1/9v

E. v

Pembahasan

Diketahui:

r_A = 5, r_B = 1, m_A = 45, m_B = 1

Kecepatan lepas bumi = v

Ditanya: Kecepatan lepas planet A

Jawab:

Kelajuan lepas planet Bumi:

Kelajuan lepas planet A:

Konstanta gravitasi G sama

Jawaban yang benar A.

10. Bumi membutuhkan waktu satu tahun untuk mengelilingi matahari. Jarak bumi ke matahari adalah r. Apabila planet Y membutuhkan waktu 9 tahun untuk mengelilingi matahari, maka jarak planet Y ke matahari adalah . . .

A. 2,08r

B. 4,34r

C. 0,08r

D. 3r

E. r

Pembahasan

Diketahui:

Periode revolusi Bumi (T₁) = 1 tahun

Jarak bumi ke matahari (r₁) = r

Periode revolusi planet Y (T₂) = 9 tahun

Ditanya: Jarak planet Y ke matahari (r₂)

Jawab:

Rumus hukum III Kepler

Jawaban yang benar B.

Sumber soal :

Soal Tes Formatif MODUL 2 KB 1. HUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK DAN GRAVITASI
DAR2/Profesional/184/1/2022
PENDALAMAN MATERI FISIKA
MODUL 2: DINAMIKA
Penulis : Albertus Hariwangsa Panuluh, M.Sc.
KEMENTRIAN PENDIDIKAN, KEBUDAYAAN, RISTEK,
DAN TEKNOLOGI
2022