Soal Dinamika Partikel 14 Soal

1. Gambar di samping dimaksudkan suatu benda (balok) terletak di atas bidang datar yang licin. Balok mengalami gaya tarik F1 = 15 N ke kanan dan gaya F2 ke kiri. Jika benda tetap diam berapa besar F2? a. 15 N b. 20 N c. 25 N d. 30 N Jawaban : Karena benda tetap diam, sesuai dengan Hukum I Newton F=0 F1 – F2 = 0 F2 = F1 = 15 N 2. Pada gambar 1.7. dimaksudkan beban B meluncur ke kanan dengan kecepatan tetap 4 ms-1. Jika F1 = 10 N; F2 = 20 N, berapa besar F3? a. b. c. d.

5N 10 N 15 N 20 N

Jawaban : Sesuai dengan Hukum I Newton, gaya yang bergerak lurus beraturan (kecepatan tetap) adalah nol. F=0 F1 + F3 – F2 = 0 F3 = F2 – F1 F3 = 20 – 10 F3 = 10 N

3. Beban yang beratnya 50 N tergantung pada 2 tali seperti ditunjukkan gambar 1.8. (Sin 37 = 0,6). Tentukan berapa besar gaya tegangan tali T1! a. 15 N b. 20 N c. 25 N d. 30 N

Jawaban Gambarkan dahulu diagram gayagayanya seperti pada gambar di atas. Selanjutnya kita tinjau beban w. Karena beban m diam, maka F = 0 → T – w = 0 T = w = 50 N Selanjutnya kita tinjau pada cabang tali - Arah mendatar F = 0 T2X – T1X = 0 T2 Cos 53 = T1 Cos 37 0,6 T2 = 0,8 T1 T1 = 0,75 T2 - Arah Vertikal Fy = 0 T1y + T2y – T = 0 T Sin 37 + T2 Sin 53 – 50 = 0 subtitusi dengan 0,75 T2. 0,6 + T2. 0,8 – 50 = 0 T2 = 40 N T1 = 0,75 T2 = 30 N 4. Balok B massanya 2 kg ditarik dengan gaya F yang besarnya 6 Newton. Berapa percepatan yang dialami beban? a. 1 m/s2 b. 2 m/s2 c. 3 m/s2 d. 4 m/s2 Jawaban : Berdasarkan Hukum Newton II F = m.a (dengan F = 6 N dan m = 2 kg) 6 = 2a a= a = 3 ms-2

5. Balok B mengalami dua gaya masingmasing F1 = 25 N dan F2 = 20 N seperti ditunjukkan pada gambar. Berapa percepatan balok B? a. 7,5 m/s2 b. 8,5 m/s2 c. 9,5 m/s2 d. 10,5 m/s2 Jawaban : Dari Hukum II Newton F = m.a F1 – F2 Cos 60 = m.a 25 – 20. 0,5 = 2.a a= a = 7,5 ms-2 6. Jika balok B yang massanya 2 kg mengalami percepatan 5 ms-2 ke kanan, berapa besar F3? a. 40 N b. 50 N c. 60 N d. 70 N Jawaban : Karena F = m.a F1 + F2 – F3 = m.a 10 + 40 – F3 = 2,5 F3 = 40 N

7. Beban m yang massanya 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms-2 terletak di atas bidang miring licin dengan sudut kemiringan 300. Tetukan berapa percepatan beban m! a. 4 m/s2 b. 5 m/s2 c. 6 m/s2 d. 7 m/s2 Jawaban : Pada beban hanya bekerja gaya berat, maka percepatan beban bisa dihitung: a = g Sin θ = 10 Sin 30 = 5 ms-2

8. Beban m yang mengalami 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms-2 terletak di atas bidang miring dengan sudut kemiringan 370 (Sin 37 = 0,6). Beban mengakhiri gaya F mendatar sebesar 20 N (gambar 2.8.) Tentukan berapa percepatan m! a. 20 m/s2 b. 24 m/s2 c. 28 m/s2 d. 32 m/s2

Jawaban : Uraikan dahulu gaya pada beban m (gambar 2.8.) sehingga tampak gaya-gaya mana saja yang mempengaruhi gerakan m turun. Berdasarkan gambar 2.8. tersebut tampak gaya-gaya yang mempengaruhi gerakan m adalah gaya mg Sin 370 dan F Cos 370. Sesuai dengan Hukum II Newton F = m.a m.g Sin 370 – Cos 370 = m.a 5.10.0,6 – 20.0,8 = 5.a a = 30 – 16 a = 28 ms-2

9. Sebuah benda bermassa 100 gr bergerak melingkar beraturan dengan laju 3 m/s. Jika jari-jari lingkaran 40 cm, berapakah gaya sentripetal yang dialami benda ini? a. 2,25 N b. 3,25 N c. 4,25 N d. 5,25 N Jawaban: Diketahui: m = 100 gr = 0,1 kg

v = 3 ms-1 t = 40 cm = 0,4 m Ditanyakan: Gaya sentripetal = Fs Penyelesaian: Dari data yang diketahui, maka gaya sentripetal dihitung dengan persamaan Fs =

=

= 2,25 N

10. Sebuah benda bermassa 0,6 kg diikat di ujung seutas tali yang panjangnya 1,5 m. Bola berputar dalam satu lingkaran horisontal seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.11. Jika putaran bola tali mengalami tegangan maksimum 40 N, berapakah kelajuan maksimum bola sebelum tali putus? a. 5 m/s b. 10 m/s c. 15 m/s d. 20 m/s Jawaban : Diketahui: Massa bola m = 0,6 kg Panjang tali = jari-jari r = 1,5 m Tegangan tali maksimum = gaya sentripetal Fs = 40 N Ditanyakan: Kelajuan maksimum bola sebelum tali putus? Penyelesaian: Fs = T = √ =√

√

=

= 10 m/s

11. Sebuah truk dapat menghasilkan gaya sebesar 7.000 N. Jika truk tersebut dapat bergerak dengan percepatan 3,5 m/s, maka tentukan massa truk tersebut! a. 1 ton b. 2 ton

c. 3 ton d. 4 ton Jawaban: Diketahui : ∑F = 7.000 N a = 3,5 m/s Ditanyakan: m = …? Jawab :

= = 2.000 kg = 2 ton Jadi, massa truk tersebut adalah 2 ton. 12. Sebuah balok es yang memiliki massa 25 kg didorong Rafli, dengan sudut 30°. Jika balok es bergerak dengan percepatan konstan √ m/s2, maka tentukan besar gaya dorongan Rafli! a. 12,5 N b. 18,5 N c. 24,5 N d. 28,5 N Jawaban : Diketahui : m = 25 kg a = √ m/s2 α = 30° Ditanyakan : F = …?

Jawab : F cos α = m a F cos 30° = 25 × √ m/s2 F=

√ √

= = 12,5 N Jadi, Rafli mendorong balok es tersebut dengan gaya sebesar 12,5 N. 13. Pongki menarik sebuah balok yang bermassa 10 kg dengan gaya sebesar 100 N dengan arah membentuk sudut 37° terhadap lantai. Koefisien gesek statis dan kinetik benda terhadap lantai adalah 0,5 dan 0,4. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 ms-2, maka tentukan bergerak atau tidak benda tersebut, jika benda sudah bergerak tentukan percepatannya! a. 20 N dan 6,4 m/s2 b. 24 N dan 6,4 m/s2 c. 20 N dan 6,8 m/s2 d. 24 N dan 6,8 m/s2 Jawaban : Diketahui : m = 10 kg F = 100 N α = 37° ϻs = 0,5 ϻk = 0,4 g = 10 ms-2 Ditanyakan : a. Apakah benda sudah bergerak dengan gaya dorong 100 N? b. a = …? Jawab : a. Fx = F cos 37° = 100 × 0,8 = 80 N fs,maks = ϻs. N F=0 N + F sin 37° – mg = 0 N = mg – F sin 37° fs maks = ϻs (mg – F sin 37°) = 0,5 (10×10 – 100 ×0,6) = 20 N

Karena Fx > fs maks, maka balok yang didorong Pongki sudah bergerak. b. Karena balok sudah bergerak, maka yang bekerja pada balok adalah gaya gesekan kinetik. fk = ϻk.N = ϻk (mg – F sin 37°) = 0,4 (10 ×10 – 100 × 0,6) = 16 N ∑Fx = m x a F cos 37° – fk = m · a

Jadi, balok tersebut bergerak dengan percepatan 6,4 m/s2. 14. Dua benda yang bersentuhan mula mula diam di atas lantai licin (perhatikan gambar di samping). Jika pada benda pertama dikerjakan gaya sebesar 200 N, maka tentukan kercepatan masing-masing benda dan gaya kontak antarbenda! a. 2 m/s2 dan 40 N b. 2 m/s2 dan 60 N c. 4 m/s2 dan 40 N d. 4 m/s2 dan 60 N Jawaban : Diketahui : ma = 70 kg mb = 30 kg F = 200 N Ditanyakan: a = …? Nab atau Nba = …? Jawab : a. Percepatan benda

a= Jadi, percepatan masing-masing benda adalah 2 m s-2. b. Besarnya gaya kontak antar benda Anda bisa menggunakan salah satu persamaan. Misalnya Anda gunakan persamaan berikut.

Nab

=

= 60 N Jadi, besarnya gaya kontak antarbenda adalah 60 N