< Previous Gaya dan Gerak133 FwNwN∑−===00 Karena gaya normal sama dengan berat, kita tidak merasakan perubahan berat badan. b. Lift bergerak ke atas atau ke bawah dengan kecepatan konstan Berdasarkan Hukum I Newton, benda yang bergerak dengan kecepatan tetap, resultan gayanya sama dengan nol. Karena tidak ada gaya lain yang memengaruhi berat, maka kita tidak merasakan perubahan berat badan. Jadi berat badan kita di dalam lift yang bergerak dengan kecepatan konstan, sama dengan berat badan kita ketika di luar lift. Pada keadaan ini juga berlaku N = w.c. Lift dipercepat ke atas Apakah yang kita rasakan saat kita berada di dalam lift yang dipercepat ke atas? Saat lift bergerak ke atas dengan percepatan a, lantai lift juga memberikan percepatan yang sama terhadap kita. Karena lift mempunyai percepatan, pada kasus ini berlaku Hukum II Newton. FmaNwmaNmgmaNmag∑−−+=== =() Dari persamaan tersebut N > w, akibatnya badan kita terasa bertambah berat. d. Lift dipercepat ke bawah Pada saat kita berada di dalam lift yang dipercepat ke atas, kita merasakan badan kita bertambah berat. Bagaimanakah jika kita berada di dalam lift yang dipercepat ke bawah? Pada saat lift dipercepat ke bawah, berlaku Hukum II Newton. FmaNwmaNmgmaNmag∑++−====() Persamaan tersebut menunjukkan N < w. Akibatnya, badan kita terasa menjadi lebih ringan.e. Tali lift putus Apakah yang akan kita rasakan saat berada di dalam lift, dan tiba-tiba talinya putus? (Tentu kita tidak ingin ini terjadi, tapi ini hanya permisalan). Kita akan merasakan “seolah-olah” badan kita Gambar 5.24 Di dalam lift yang bergerak dipercepat ke bawah, gaya normal lebih kecil dari gaya berat.N < wGambar 5.25 Di dalam lift yang talinya putus, gaya normal sama dengan nol.N = 0Gambar 5.23 Di dalam lift yang bergerak dipercepat ke atas, gaya normal lebih besar dari gaya berat.w < NFisika Kelas X134melayang dan tidak mempunyai berat. Bagaimanakah Hukum Newton menjelaskan peristiwa ini? Jika tali lift putus, berarti lift dan orang di dalamnya mengalami gerak jatuh bebas. Pada gerak jatuh bebas, benda mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi. Berdasarkan Hukum II Newton: FmaNwmaNmgmaNmag∑++−====() Pada gerak jatuh bebas a = g, sehingga: N = 0 Karena N = 0, maka kita merasa “seolah-olah” kehilangan berat badan kita.Agar kalian lebih paham, perhatikan contoh berikut. Contoh1. Sebuah benda dengan massa 1 kg berada di dalam sebuah lift yang bergerak ke atas dengan percepatan 1 m/s2. Jika g = 10 m/s2, berapakah pertambahan berat benda di dalam lift? Penyelesaian: Diketahui: lift bergerak ke atas m = 1 kg a = 1 m/s2 Ditanyakan: pertambahan berat benda di dalam lift. Jawab: Berat benda di dalam lift ditunjukkan oleh gaya normal. Pada gerak lift ke atas, berlaku persamaan: N = m (g + a) = 1 (10 + 1) = 11 N Pertambahan berat = N − w = N − mg = 11 − (1×10) = 1 N Jadi, penambahan berat benda di dalam lift adalah 1 N.2. Seorang siswa sedang membuktikan konsep fisika yang mengatakan bahwa di dalam lift, berat sebuah benda akan berubah. Sebelum masuk ke lift, siswa tersebut menimbang berat badannya sendiri yaitu 500 N. Ketika lift sedang bergerak turun, siswa tersebut menimbang badannya lagi. Ternyata beratnya berkurang menjadi 480 N. Berapakah percepatan lift tersebut? Penyelesaian: Diketahui: wluar = 500 N wdalam = N = 400 N Lift bergerak ke bawah. Ditanyakan: a Jawab: Untuk lift yang bergerak ke bawah berlaku: w − N = m a 500 − 400 = 50 a a = 2 m/s2 Jadi percepatan lift tersebut adalah 2 m/s2. Gaya dan Gerak135 Untuk menguji kemampuan Kalian dalam menyelesaikan soal yang berkaitan dengan aplikasi Hukum Newton, kerjakan soal-soal pada Uji Kompetensi berikut. Uji Kompetensi1. Sebuah truk gandeng bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. 10 sekon kemudian, kecepatan truk menjadi 90 km/jam. Jika massa bak truk depan 8 ton, dan massa bak truk belakang 7 ton, tentukan:a. gambar diagram gaya,b. gaya yang diperlukan untuk mempercepat truk tersebut,c. tegangan sambungan truk tesebut. 2. Seorang siswa SMA bermassa 60 kg bermain di papan luncur. Papan luncur tersebut mempunyai kemiringan 45o. Siswa meluncur tanpa kecepatan awal dan sampai di bawah dalam waktu 10 sekon. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, dan gaya gesek diabaikan, tentukan:a. gambar diagram gaya,b. percepatan yang dialami siswa,c. panjang papan luncur tersebut,d. kecepatan siswa ketika sampai di bawah.4. Aminah menimba air dari dalam sumur dengan menggunakan katrol. Jika massa air yang diambil 3 kg dan percepatan naiknya timba 2 m/s, berapakah besar gaya yang dilakukan Aminah?5. Seorang pilot melakukan atraksi dengan pesawatnya. Ia melakukan gerak melingkar secara vertikal. Massa pilot tersebut 70 kg. Ia melakukan satu putaran penuh dalam waktu 5 sekon. Jika jejari lintasan gerak 50 m, tentukan:a. besar kecepatan sudut dan kecepatan linear,b. besar percepatan sentripetal,c. besar gaya sentripetal,d. berat pilot di titik terendah dan berat pilot di titik tertinggi.Petunjuk: gerakan pesawat sama dengan gerakan pilot.7. Seorang petugas cleaning service sebuah hotel membawa barang lewat lift. Sebelum masuk lift, barang tersebut mempu-nyai massa 25 kg. Hitunglah berat barang tersebut jika:a. lift belum bergerak,b. lift bergerak ke atas dengan kecepatan tetap 3 m/s,c. lift bergerak ke atas dengan percepatan 1 m/s2,d. lift bergerak ke bawah dengan percepatan 1 m/s2.8. Dua buah benda dihubungkan seperti gambar berikut. Massa A dan B adalah 2 kg dan 4 kg. Benda A ditarik dengan gaya (FA) 5 N. Koefisien gesekan kinetis antara permukaan Fisika Kelas X136Telaah Istilah Gaya gesek Gaya yang muncul ketika dua buah benda bersinggungan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak salah satu benda Gaya gesek kinetik Gaya gesek yang timbul ketika benda sudah bergerak Gaya gesek statik Gaya gesek yang timbul sesaat sebelum benda bergerak Gaya normal Gaya yang tegak lurus dengan permukaan sentuh benda Gaya sentripetal Gaya yang arahnya menuju pusat lingkaran Inersia/kelembaman Sifat benda yang berusaha mempertahankan kedudukannyaKecepatan anguler Perubahan sudut yang ditempuh dalam selang waktu tertentuKecepatan linear Kecepatan yang arahnya menyinggung lingkaran/lintasan lengkungv1. Hukum I Newton menyatakan bahwa jika resultan gaya yang bekerja pada benda nol, berarti benda tersebut bergerak dengan kelajuan konstan atau diam. Secara metematis, hukum Newton dapat dituliskan sebagai berikut. v = 0, benda diam. F = 0 v = konstan, benda melakukan GLB.2. Hukum II Newton menyatakan bahwa per-cepatan berbanding lurus dengan besar gaya yang bekerja, dan berbanding ter-balik dengan massanya. Secara matematis, Hukum II Newton dapat dituliskan sebagai berikut. F = m a3. Hukum III Newton menyatakan bahwa jika suatu gaya bekerja pada benda, maka benda tersebut akan memberikan gaya yang sama besar tetapi arahnya berlawanan. Secara matematis, Hukum III Newton dapat dituliskan sebagai berikut. Faksi = – Freaksi 4. Benda yang bergerak melingkar mempunyai gaya sentripetal, yang dapat dirumuskan sebagai berikut. Fs = m as Fmvrs2= dimana v = r, sehingga: F = m2rInti Saribidang dengan benda A 0,3. Sementara itu, koefisien gesekan permukaan bidang dengan benda B 0,2 N, dan gesekan tali dengan katrol diabaikan.a. Gambarkan gaya yang bekerja pada sistem benda tersebut.b. Ke arah manakah sistem tersebut bergerak?c. Berapakah percepatan gerak sistem tersebut?d. Hitunglah besar tegangan tali yang digunakan. Gaya dan Gerak137Ulangan Harian A Pilihlah jawaban yang paling teapat.1. Berdasarkan Hukum I Newton, jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda adalah nol, kemungkinan benda tersebut akan . . . . a. diamb. bergerak lurus beraturanc. bergerak lurus berubah beraturand. diam atau bergerak lurus beraturane. diam atau bergerak lurus berubah beraturan2. Seekor ikan bermassa 1 kg tergantung pada tali kail. Jika g = 10 m/s2, besar tegangan tali adalah . . . .a. 5 N d. 20 Nb. 10 N e. 25 Nc. 15 N3. Sebuah bola dipengaruhi gaya tetap sebesar 5 N. Jika massa bola 0,5 kg, percepatan yang dialami bola adalah . . . .a. 10 m/s2 d. 0,25 m/s2b. 25 m/s2 e. 1 m/s2c. 5 m/s24. Seorang nelayan berhasil memancing ikan bermassa 2 kg. Nelayan tersebut meng-gunakan senar pancing yang akan putus jika tegangannya melebihi 6 N. Jika ikan menggantung di udara dan g = 10 m/s2, percepatan maksimum untuk menarik ikan agar senar tidak putus adalah . . . .a. 20 m/s2 d. 4 m/s2b. 14 m/s2 e. 3 m/s2c. 7 m/s25. Sebuah batu semula diam di dasar sumur. Kemudian, batu diangkat menggunakan tambang dengan gaya 30 N. Setelah 2 sekon, batu mencapai ketinggian 10 m. Jika g = 10 m/s2, massa batu tersebut adalah . . . .a. 1 kg d. 5 kgb. 2 kg e. 6 kgc. 3 kg6. Sebuah mobil-mobilan bermassa 0,5 kg ditarik dengan gaya 2 N. Arah tarikan membentuk sudut 30o terhadap tanah. Jika mobil-mobilan semula diam, jarak yang ditempuh dalam waktu 5 sekon adalah . . . .a. 10 m d. 253 mb. 103 m e. 50 mc. 25 m7. Pada bidang miring, gaya normal . . . .a. sama dengan berat bendab. lebih besar dari berat bendac. lebih kecil dari berat bendad. bisa lebih kecil atau lebih besar dari berat bendae. bisa lebih kecil, sama, atau lebih besar dari berat benda8. Bola bermassa 1 kg menggelinding di atas sebuah bidang miring. Sudut kemiringan benda adalah 30o. Jika panjang bidang miring tersebut 62,5 m, dan g = 10 m/s2, kecepatan bola pada saat sampai di tanah adalah . . . .a. 505 m/s d. 25 m/sb. 50 m/s e. 6,25 m/sc. 255 m/s9. Dua buah balok bermassa 4 kg dan 5 kg terletak pada bidang datar. Kedua balok dihubungkan dengan tali dan ditarik dengan gaya 180 N. Perhatikan gambar berikut ini.Fisika Kelas X138 Jika gaya gesek diabaikan besar tegangan tali antara kedua balok adalah . . . . a. 20 N d. 90 Nb. 40 N e. 100 Nc. 80 N10. Sebuah katrol digunakan untuk mengang-kat mobil yang terperosok ke dalam jurang. Mobil tersebut ditarik dengan gaya 21.100 N. Jika massa mobil yang jatuh adalah 2.000 kg dan g = 10 m/s2, besar percepatan naiknya mobil adalah . . . .a. 44 m/s2 d. 4,4 m/s2b. 40 m/s2 e. 0,55 m/s2c. 5,5 m/s211. Massa seorang astronot di bumi 60 kg. Jika gaya gravitasi bulan 1/6 gaya gravitasi bumi, maka berat astronot di bulan adalah . . . . a. 10 N d. 300 Nb. 50 N e. 500 Nc. 100 N12. Dua buah balok dihubungkan dengan katrol seperti pada gambar. Massa balok A yaitu 4 kg, dan massa balok B 6 kg. Percepatan gerak balok A dan tegangan tali yang terjadi sebesar . . . .a. 6 m/s2 dan 60 Nb. 6 m/s2 dan 40 Nc. 6 m/s2 dan 24 Nd. 4 m/s2 dan 40 Ne. 4 m/s2 dan 24 N13. Sebuah mobil bermassa 4 ton melaju dengan kecepatan tetap 72 km/jam. Tiba-tiba mobil direm, sehingga berhenti dalam waktu 2 sekon. Jika koefisien gesekan roda dengan jalan 0,5 dan percepatan gravitasi 10m/s2, besarnya gaya pengereman yang dilakukan adalah . . . .a. 124.000 N b. 60.000 N c. 40.000 Nd. 20.000 Ne. 10.000 N14. Sebuah peti kayu bermassa 100 kg akan dinaikkan ke atas truk. Untuk memudahkan kerja tersebut, dipasang papan miring dengan sudut 30º. Peti kayu tersebut didorong tiga orang, sehingga bergerak dengan percepatan 1 m/s2. Jika koefisien gesekan peti dengan papan adalah 133, maka besarnya gaya dorong ketiga orang tersebut adalah . . . .a. 1.000 N d. 1.500 Nb. 1.250 N e. 1.750 Nc. 1.350 N15. Seseorang bermassa 60 kg berada di lift yang bergerak. Ketika di dalam lift beratnya menjadi 720 N. Besar percepatan dan arah gerak lift adalah . . . .a. 22 m/s2 ke bawahb. 22 m/s2 ke atasc. 12 m/s2 ke atasd. 2 m/s2 ke bawahe. 2 m/s2 ke atas16. Seorang astronot berada di dalam pesawat ulang-alik yang bergerak ke atas. Percepatan gravitasi di dalam pesawat adalah 15 m/s2. Jika berat astronot di bumi adalah 650 N dan gbumi =10 m/s2, maka berat astronot di dalam pesawat menjadi . . . . a. 1.875 N d. 325 Nb. 1.300 N e. 225 Nc. 975 N Gaya dan Gerak13917. Balok kayu bermassa 10 kg didorong dengan gaya 60 N sehingga bergerak. Kayu berada di atas lantai dengan μs = 0,45 dan μk = 0,30. Percepatan yang dialami benda adalah . . . .a. 4,5 m/s2 d. 1,5 m/s2b. 3 m/s2 e. 0,5 m/s2c. 2,5 m/s218. Sebuah balok besi dengan massa 5 kg berada di lantai dengan μs = 0,5 dan μk = 0,4. Besi tersebut ditarik dengan gaya 5 N yang membentuk sudut 37o terhadap lantai. Jika tan 37o = 8/6, dan g = 10 m/s2. Besarnya gaya gesek antara besi dan lantai pada saat besi tepat akan bergerak adalah . . . . a. 5 N d. 2,5 Nb. 4 N e. 2 Nc. 3 N19. Benda bermassa 5 kg yang semula diam, diberi gaya tetap sebesar 50 N. Jika koefisien gesek kinetik 0,2, waktu yang diperlukan benda untuk mencapai jarak 100 m adalah . . . .a. 20 s d. 5 sb. 10 s e. 5 sc. 8 s20. Sebuah truk bermassa 1,96 ton melaju di suatu tikungan dengan kecepatan 54 km/jam. Tikungan tersebut mempunyai jejari 98 m. Gaya sentripetal yang dialami truk tersebut adalah . . . .a. 4.500 N d. 1.125 Nb. 3.500 N e. 450 N c. 2.250 N B Jawablah soal-soal berikut dengan benar.1. Seseorang yang bergerak dengan kecepatan tertentu menuju atau menjauhi bumi akan mengalami perubahan gaya berat. Bagaimanakah penjelasan atas pernyataan tersebut? 2. Mengapa jalan di tikungan dibuat miring? Jelaskan dengan konsep gaya sentripetal.3. Seorang anak bermassa 30 kg meluncur pada sebuah papan luncur sepanjang 5 m dengan kemiringan 30o. Jika koefisien gesekan kinetik anak dengan papan adalah 0,1 dan g = 10 m/s2, tentukan kecepatan anak ketika sampai di bawah. 4. Seorang pemain ski bermassa 60 kg, meluncur pada sebuah lereng dengan kemiringan 60o tanpa kecepatan awal. Jika diketahui koefisien gesekan salju dengan papan ski adalah 0,08, berapakah percepatan yang dialami orang tersebut?5. Seseorang bermassa 75 kg melakukan terjun payung. Ia menggunakan parasut sebesar 5 kg. Orang tersebut turun dengan percepatan tetap 2,5 m/s2. a. Berapakah besar gaya gesek udara, jika parasut dan orang tersebut dianggap satu sistem?b. Jika parasut mulai dibuka pada keting-gian 750 m dan kecepatan jatuh pe-nerjun pada saat itu 10 m/s, berapakah waktu yang diperlukan untuk sampai di bumi? 6. Tiga buah peti bermassa sama dihubungkan dengan tali dan katrol. Massa setiap peti adalah 20 kg. Perhatikan gambar di bawah ini. Fisika Kelas X140 Gaya yang menarik ketiga peti sebesar 100 N. Arah tarikan tersebut membentuk sudut 30o terhadap lantai. Percepatan gravitasi 10 m/s2. a. Kemanakah peti bergerak?b. Gambarkan diagram gaya pada sistem benda tersebut.c. Hitunglah besar tegangan tali (T1 dan T2).d. Dengan mengabaikan semua gaya gesek, hitunglah percepatan peti (m3).7. Sebuah roket bermassa 1 ton meluncur meninggalkan bumi yang berjari-jari 6.370 km. Roket tersebut mengorbit pada ketinggian 200 km dari permukaan bumi (anggaplah orbit roket berupa lingkaran sempurna). Periode edar roket sama dengan periode rotasi bumi yaitu 24 jam.a. Berapakah besar kecepatan sudut dan kecepatan linear roket tersebut?b. Hitunglah besar percepatan sentripetal yang dialami roket.c. Berapakah besar gaya sentripetal yang dialami roket?8. Perhatikan gambar berikut. Bola bermassa 700 g didorong dengan gaya 7 N. Akibatnya, bola menggelinding pada bidang miring pertama. Setelah sampai di bawah, bola terus menggelinding dan naik bidang miring kedua. Kedua bidang tersebut mempunyai panjang sama, yaitu 3 m. Jarak kedua bidang 1 m. Bisakah bola sampai di bagian atas bidang miring ke-dua? Jelaskan dengan analisis matematika.9. Seorang pemain ski bermassa 50 kg, meluncur pada sebuah lereng dengan kemiringan 60o tanpa kecepatan awal. Jika diketahui koefisien gesekan salju dengan papan ski adalah 0,06, berapakah percepatan yang dialami orang tersebut.10. Sebuah benda yang terletak pada bidang miring, dihubungkan dengan benda lain seperti gambar berikut. Dari gambar tersebut diketahui massa benda A = 200 g, massa benda B = 500 g, dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2. Jika koefisien gesekan bidang dengan benda A adalah 0,2, tentukan:a. gaya normal benda A,b. percepatan yang dialami benda A,c. tegangan tali yang digunakan.T1T2123Next >