.com - Dinamika Gerak Lurus di Bidang Miring. Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika perihal dinamika gerak lurus di bidang miring untuk tingkat menengah atas. Dinamika gerak lurus merupakan topik dalam bidang studi fisika yang membahas perihal gerak dan perubahan gerak benda dengan meninjau sebab-sebab gerak tersebut. Salah satu subtopik yang cukup sering dibahas dalam kinematka gerak lurus yaitu gerak benda di bidang miring. Pada kesempatan ini, edutafsi akan membahas penyelesaian dari beberapa soal perihal gerak lurus di bidang miring yang pernah muncul dalam soal ujian nasional sebelumnya.
A. 5 m/s2
B. 3 m/s2
C. 2,5 m/s2
D. 2 m/s2
E. 0,5 m/s2
Pembahasan :
Dik : m = 5 kg, θ = 37o, F = 71 N, μ = 0,4, g = 10 m/s2
Dit : a = .... ?
Untuk menjawaban soal menyerupai ini, ada baiknya jikalau digambar terlebih lampau untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada benda. Pada soal disebutkan bahwa gaya ditarik ke atas bidang miring, berarti benda bergerak ke atas sehingga gaya-gaya yang bekerja pada benda sanggup diuraikan menyerupai terlihat pada gambar di bawah ini.
Karena benda bergerak sejajar dengan permukaan bidang miring (dalam hal ini permukaan bidang miring berlaku sebagai sumbu horizontal atau sumbu-x), maka tinjau gaya yang arahnya sejajar dengan bidang miring. Berdasarkan gambar di atas, maka gaya-gaya tersebut yaitu komponen gaya berat dalam arah mendatar (wx), gaya ukiran (fg), dan gaya tarik (F).
Karena benda bergerak ke atas, maka gaya yang arahnya ke atas (searah dengan arah gerak) bertanda nyata sedangkan gaya yang berlawanan dengan arah gerak bertanda negatif. Berdasarkan konsep aturan II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ F - wx - fg = m.a
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a
Karena N belum diketahui, maka kita tentukan terlebih lampau. N bekerja dalam arah vertikal (tegak lurus terhadap permukaan bidang miring). Jadi, perhatikan gambar dan lihat gaya-gaya yang bekerja dalam arah vertikal. Gaya-gaya tersebut yaitu fg dan wy. Karena benda tidak bergerak dalam arah vertikal, maka berlaku aturan I Newton :
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ
Dengan demikian, persamaan pertama menjadi :
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a
⇒ F - (mg sin 37o) - (μ . m.g cos 37o) = m.a
⇒ 71 - {5(10)(3/5)} - {0,4(5)(10)(4/5) = 5a
⇒ 71 - 30 - 16 = 5a
⇒ 5a = 25
⇒ a = 25/5
⇒ a = 5 m/s2
Penyelesaian ringkas :
⇒ a = ∑F/m
⇒ a = (F - wx - fg)/m
⇒ a = {F - (w sin 37o) - (μ . w cos 37o)}/m
⇒ a = {71 - {50(3/5)} - {0,4(50)(4/5)}/5
⇒ a = 25/5
⇒ a = 5 m/s2
Jadi, percepatan benda tersebut yaitu 5 m/s2.
Perbandingan energi potensial dan energi kinetik balok saat berada di titik M yaitu ....
A. Ep : Ek = 1 : 3
B. Ep : Ek = 1 : 2
C. Ep : Ek = 2 : 1
D. Ep : Ek = 2 : 3
E. Ep : Ek = 3 : 2
Pembahasan :
Energi potensial di titik awal :
⇒ Ep = m.g.h
Energi kinetik di titik awal :
⇒ Ek = 0
Energi mekanik di titik awal :
⇒ Em = Ep + Ek
⇒ Em = mgh + 0
⇒ Em = mgh
Energi potensial di titik M :
⇒ Epm = m.g. (1/3h)
⇒ Epm = 1/3 mgh
Berdasarkan konsep aturan kekekalan energi mekanik, energi mekanik benda di titik M sama dengan energi mekanik benda di titik awal. Dengan demikian energi kinetik benda di titik M adalah:
⇒ Ekm = Em - Epm
⇒ Ekm = mgh - 1/3 mgh
⇒ Ekm = 2/3 mgh
Perbandingan antara energi potensial dan energi kinetik di titik M adalah:
⇒ Epm/Ekm = (1/3 mgh)/(2/3 mgh)
⇒ Epm/Ekm = 1/3 . 3/2
⇒ Epm/Ekm = 3/6 = 1/2
⇒ Epm : Ekm = 1 : 2
Jadi, perbandingan energi potensial dan energi kinetik di titik M yaitu 1 : 2.
A. 100 N
B. 50√3 N
C. 80 N
D. 60 N
E. 50 N
Pembahasan :
Dik : m = 10 kg, g = 10 m/s2, θ = 30o
Dit : N = .... ?
Jika digambarkan, maka gaya-gaya yang bekerja pada benda sanggup dilihat pada gambar di bawah ini.
Karena yang ditanya yaitu gaya normal (N) dan gaya tersebut bekerja dalam arah vertikal atau sumbu-y, maka cukup tinjau gaya yang bekerja dalam arah tersebut. Karena benda tidak bergerak dalam arah vertikal, maka berlaku aturan I Newton:
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ
⇒ N = 10 (10) cos 30o
⇒ N = 100 (1/2√3)
⇒ N = 50√3 N
Jadi, gaya normal balok pada bidang miring tersebut yaitu 50√3 N.
A. 260 N
B. 220 N
C. 160 N
D. 80 N
E. 60 N
Pembahasan :
Dik : m = 20 kg, a = 3 m/s2, μ = 1/3, θ = 53o
Dit : F = .... ?
Soal ini menyerupai dengan soal nomor 1 hanya saja yang ditanya berbeda. Untuk menuntaskan soal ini sanggup kita gambar ilustrasi untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada benda. Karena bergerak di bidang miring, maka permukaan bidang miring bertindak sebagai sumbu horizontal atau sumbu x.
Tinjau gaya dalam arah vertikal :
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ
Tinjau gaya dalam arah horizontal :
⇒ ∑F = m.a
⇒ F - wx - fg = m.a
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a
⇒ F - (mg sin 53o) - (μ . m.g cos 53o) = m.a
⇒ F - {20(10)(4/5)} - {1/3(20)(10)(3/5)} = 20.(3)
⇒ F - 160 - 40 = 60
⇒ F - 200 = 60
⇒ F = 60 + 200
⇒ F = 260 N
Penyelesaian ringkas :
⇒ F = ma + wx + fg
⇒ F = 20(3) + w sin 53o + μ w cos 53o
⇒ F = 60 + 200(4/5) + 1/3(200)(3/5)
⇒ F = 60 + 160 + 40
⇒ F = 260 N
Jadi, gaya F yang bekerja menarik benda ke atas yaitu 260 N.
Jika percepatan gravitasi di kawasan tersebut yaitu 10 m/s2, maka percepatan yang dialami balok yaitu ....
A. 4,5 m/s2
B. 6,0 m/s2
C. 7,5 m/s2
D. 8,0 m/s2
E. 9,0 m/s2
Pembahasan :
Dik : m = 5 kg, θ = 37o, g = 10 m/s2
Dit : a = .... ?
Jika digambarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda, maka lebih kurang akan terlihat menyerupai gambar di bawah ini.
Karena benda bergerak pada bidang miring, maka kita pandang bidang miring sebagai sumbu horizontal atau sumbu x. Pada benda hanya bekerja gaya berat dan gaya yang bergerak dalam arah horizontal yaitu komponen gaya dalam sumbu x (wx). Berdasarkan konsep aturan II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ wx = m.a
⇒ mg sin θ = m.a
⇒ 5(10) sin 37o = 5 a
⇒ 50(3/5) = 5a
⇒ 30 = 5a
⇒ a = 30/5
⇒ a = 6 m/s2
Penyelesaian ringkas :
⇒ a = ∑F/m
⇒ a = mg sin θ/m
⇒ a = g sin 37o
⇒ a = 10(3/5)
⇒ a = 6 m/s2
Jadi, percepatan yang dialami oleh benda tersebut yaitu 6 m/s2.
Demikianlah pembahasan beberapa soal ujian nasional (UN) bidang studi fisika perihal dinamika gerak lurus di bidang miring. Jika pembahasan ini berkhasiat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share di bawah ini. Terimakasih.
Soal 1 : Menentukan Percepatan Benda
Sebuah benda bermassa 5 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring (kemiringan 37o terhadap horizontal) yang agresif oleh sebuah gaya sebesar 71 N. Jika koefisien ukiran antara benda dan bidang yaitu 0,4 dan percepatan gravitasi sama dengan 10 m/s2, maka percepatan yang dialami benda yaitu ....A. 5 m/s2
B. 3 m/s2
C. 2,5 m/s2
D. 2 m/s2
E. 0,5 m/s2
Pembahasan :
Dik : m = 5 kg, θ = 37o, F = 71 N, μ = 0,4, g = 10 m/s2
Dit : a = .... ?
Untuk menjawaban soal menyerupai ini, ada baiknya jikalau digambar terlebih lampau untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada benda. Pada soal disebutkan bahwa gaya ditarik ke atas bidang miring, berarti benda bergerak ke atas sehingga gaya-gaya yang bekerja pada benda sanggup diuraikan menyerupai terlihat pada gambar di bawah ini.
Karena benda bergerak sejajar dengan permukaan bidang miring (dalam hal ini permukaan bidang miring berlaku sebagai sumbu horizontal atau sumbu-x), maka tinjau gaya yang arahnya sejajar dengan bidang miring. Berdasarkan gambar di atas, maka gaya-gaya tersebut yaitu komponen gaya berat dalam arah mendatar (wx), gaya ukiran (fg), dan gaya tarik (F).
Karena benda bergerak ke atas, maka gaya yang arahnya ke atas (searah dengan arah gerak) bertanda nyata sedangkan gaya yang berlawanan dengan arah gerak bertanda negatif. Berdasarkan konsep aturan II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ F - wx - fg = m.a
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a
Karena N belum diketahui, maka kita tentukan terlebih lampau. N bekerja dalam arah vertikal (tegak lurus terhadap permukaan bidang miring). Jadi, perhatikan gambar dan lihat gaya-gaya yang bekerja dalam arah vertikal. Gaya-gaya tersebut yaitu fg dan wy. Karena benda tidak bergerak dalam arah vertikal, maka berlaku aturan I Newton :
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ
Dengan demikian, persamaan pertama menjadi :
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a
⇒ F - (mg sin 37o) - (μ . m.g cos 37o) = m.a
⇒ 71 - {5(10)(3/5)} - {0,4(5)(10)(4/5) = 5a
⇒ 71 - 30 - 16 = 5a
⇒ 5a = 25
⇒ a = 25/5
⇒ a = 5 m/s2
Penyelesaian ringkas :
⇒ a = ∑F/m
⇒ a = (F - wx - fg)/m
⇒ a = {F - (w sin 37o) - (μ . w cos 37o)}/m
⇒ a = {71 - {50(3/5)} - {0,4(50)(4/5)}/5
⇒ a = 25/5
⇒ a = 5 m/s2
Jadi, percepatan benda tersebut yaitu 5 m/s2.
Jawaban : A
Soal 2 : Menentukan Perbandingan Energi Potenisal dan Energi Kinetik
Sebuah balok bermassa m kg dilepaskan dari puncak bidang miring yang licin menyerupai terlihat pada gambar di bawah ini.A. Ep : Ek = 1 : 3
B. Ep : Ek = 1 : 2
C. Ep : Ek = 2 : 1
D. Ep : Ek = 2 : 3
E. Ep : Ek = 3 : 2
Pembahasan :
Energi potensial di titik awal :
⇒ Ep = m.g.h
Energi kinetik di titik awal :
⇒ Ek = 0
Energi mekanik di titik awal :
⇒ Em = Ep + Ek
⇒ Em = mgh + 0
⇒ Em = mgh
Energi potensial di titik M :
⇒ Epm = m.g. (1/3h)
⇒ Epm = 1/3 mgh
Berdasarkan konsep aturan kekekalan energi mekanik, energi mekanik benda di titik M sama dengan energi mekanik benda di titik awal. Dengan demikian energi kinetik benda di titik M adalah:
⇒ Ekm = Em - Epm
⇒ Ekm = mgh - 1/3 mgh
⇒ Ekm = 2/3 mgh
Perbandingan antara energi potensial dan energi kinetik di titik M adalah:
⇒ Epm/Ekm = (1/3 mgh)/(2/3 mgh)
⇒ Epm/Ekm = 1/3 . 3/2
⇒ Epm/Ekm = 3/6 = 1/2
⇒ Epm : Ekm = 1 : 2
Jadi, perbandingan energi potensial dan energi kinetik di titik M yaitu 1 : 2.
Jawaban : B
Soal 3 : Menentukan Gaya Normal pada Bidang Miring
Sebuah balok bermassa 10 kg meluncur menuruni sebuah bidang miring licin dengan kemiringan 30o terhadap tanah. Jika percepatan gravitasi di kawasan itu yaitu 10 m/s2, maka gaya normal balok pada bidang miring tersebut adalah ....A. 100 N
B. 50√3 N
C. 80 N
D. 60 N
E. 50 N
Pembahasan :
Dik : m = 10 kg, g = 10 m/s2, θ = 30o
Dit : N = .... ?
Jika digambarkan, maka gaya-gaya yang bekerja pada benda sanggup dilihat pada gambar di bawah ini.
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ
⇒ N = 10 (10) cos 30o
⇒ N = 100 (1/2√3)
⇒ N = 50√3 N
Jadi, gaya normal balok pada bidang miring tersebut yaitu 50√3 N.
Jawaban : B
Soal 4 : Menentukan Besar Gaya Tarik
Sebuah balok bermassa 20 kg diletakkan di atas bidang miring agresif dan ditarik dengan gaya sebesar F menuju ke atas. Kemiringan bidang yaitu 53o terhadap horizontal. Jika percepatan yang dialami balok yaitu 3 m/s2, dan koefisien ukiran kinetis sama dengan 1/3, maka besar gaya F tersebut yaitu ....A. 260 N
B. 220 N
C. 160 N
D. 80 N
E. 60 N
Pembahasan :
Dik : m = 20 kg, a = 3 m/s2, μ = 1/3, θ = 53o
Dit : F = .... ?
Soal ini menyerupai dengan soal nomor 1 hanya saja yang ditanya berbeda. Untuk menuntaskan soal ini sanggup kita gambar ilustrasi untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada benda. Karena bergerak di bidang miring, maka permukaan bidang miring bertindak sebagai sumbu horizontal atau sumbu x.
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ
Tinjau gaya dalam arah horizontal :
⇒ ∑F = m.a
⇒ F - wx - fg = m.a
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a
⇒ F - (mg sin 53o) - (μ . m.g cos 53o) = m.a
⇒ F - {20(10)(4/5)} - {1/3(20)(10)(3/5)} = 20.(3)
⇒ F - 160 - 40 = 60
⇒ F - 200 = 60
⇒ F = 60 + 200
⇒ F = 260 N
Penyelesaian ringkas :
⇒ F = ma + wx + fg
⇒ F = 20(3) + w sin 53o + μ w cos 53o
⇒ F = 60 + 200(4/5) + 1/3(200)(3/5)
⇒ F = 60 + 160 + 40
⇒ F = 260 N
Jadi, gaya F yang bekerja menarik benda ke atas yaitu 260 N.
Jawaban : A
Soal 5 : Menentukan Percepatan Balok di Bidang Miring
Sebuah balok bermassa 5 kg dilepas pada bidang miring licin menyerupai pada gambar di bawah ini.A. 4,5 m/s2
B. 6,0 m/s2
C. 7,5 m/s2
D. 8,0 m/s2
E. 9,0 m/s2
Pembahasan :
Dik : m = 5 kg, θ = 37o, g = 10 m/s2
Dit : a = .... ?
Jika digambarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda, maka lebih kurang akan terlihat menyerupai gambar di bawah ini.
⇒ ∑F = m.a
⇒ wx = m.a
⇒ mg sin θ = m.a
⇒ 5(10) sin 37o = 5 a
⇒ 50(3/5) = 5a
⇒ 30 = 5a
⇒ a = 30/5
⇒ a = 6 m/s2
Penyelesaian ringkas :
⇒ a = ∑F/m
⇒ a = mg sin θ/m
⇒ a = g sin 37o
⇒ a = 10(3/5)
⇒ a = 6 m/s2
Jadi, percepatan yang dialami oleh benda tersebut yaitu 6 m/s2.
Jawaban : B
Demikianlah pembahasan beberapa soal ujian nasional (UN) bidang studi fisika perihal dinamika gerak lurus di bidang miring. Jika pembahasan ini berkhasiat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share di bawah ini. Terimakasih.
Advertisement