Soal dan Pembahasan Penerapan Hukum Newton pada Sistem Katrol dan Pada Gerak Lurus Lift atau Elevator

Soal dan Pembahasan Penerapan Hukum Newton pada Sistem Katrol dan Pada Gerak Lurus Lift atau Elevator

rudysusanto.info - Soal dan Pembahasan Penerapan Hukum Newton pada Sistem Katrol dan Pada Gerak Lurus Lift atau Elevator merupakan materi untuk kelas X semester genap. Pada materi ini dibahas mengenai Penerapan Hukum Newton pada Sistem Katrol dan Gerak Lurus Lift atau eskelator. Berikut ini merupakan kumpulan soal-soal yang disertai pembahasan.

Soal No. 1

Sebuah balok bermassa 20 kg berada diatas lantai mendatar kasar µs = 0,6 dan µk = 0,3. Kemudian balok ditarik dengan gaya sebesar F mendatar g = 10 m/s². Tentukan gaya gesekan yang dirasakan balok dan percepatan balok jika:

          a. F = 100 N

          b. F = 140 N

Pembahasan: 
Diketahui:

m = 20 kg

μs = 0,6

μk = 0,3

g = 10 m/s²

Penyelesaian:

Keadaan balok dapat digambarkan Gaya normal N memenuhi:

N = w = m g = 200 N

Pengaruh gaya F dapat diketahui dengan menghitung

Pengaruh gaya F dapat diketahui dengan menghitung

dahulu fs max.

fs max = μs . N

       = 0,6 . 200 = 120 N

a. F = 100 N

F < fs max berarti balok diam sesuai hukum I Newton : ΣF = 0 maka diperoleh:

fs = F = 100 N dan a = 0

b. F = 140 N

F > fs max berarti balok bergerak. Gaya geseknya adalah gaya gesek kinetik, yaitu

sebesar:

fk = μk .N

   = 0,3 . 200 = 60 N

Percepatan balok dapat ditentukan dengan hukum II Newton sebagai berikut.

ΣF = m a

F − fk = m . a

140 − 60 = 20 a

a = 4 m/s²

Soal No. 2

Seseorang dengan massa 60 kg berada dalam lift yang sedang bergerak kebawah dengan percepatan 3 m/s2. Jika g = 10 m/s2 maka gaya normal orang pada lift tersebut adalah...

Pembahasan: 
Diketahui:

Massa (m) = 60 kg
Percepatan orang dan lift (a) = 3 m/s²
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²
Gaya berat (w) = m g = (60)(10) = 600 Newton

Ditanya : gaya normal (N)
Penyelesaian:

Terdapat dua gaya yang bekerja pada orang di dalam lift yakni gaya berat (w) dan gaya normal yang dikerjakan lantai lift pada orang (N). Terdapat tiga besaran vektor yakni gaya berat, gaya normal dan percepatan lift, di mana gaya berat berarah ke bawah, gaya normal berarah ke atas, percepatan lift berarah ke bawah. Besaran vektor yang berarah ke bawah dipilih bertanda positif dan besaran vektor berarah ke atas dipilih bertanda negatif.

∑F = m a
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
N = 420 Newton

Soal No. 3

Benda bermassa dan dihubungkan dengan tali melalui katrol licin seperti pada gambar. Jika m1 = 2 kg dan m2 = 3 kg dan g = 10 m/s². Maka besar gaya tegangan tali T adalah...

Pembahasan:

      Diketahui:

m1 = 2 kg
m2 = 3 kg
g   = 10 m/s²

Ditanya : a = ..?

Penyelesaian:
W₁ = m_A . g = 2 . 10 = 20  N
W₂ = m_B . g = 3 . 10 =  30 N

Soal No. 4

Benda bermassa dan dihubungkan dengan tali melalui katrol licin seperti pada gambar. Jika m_A = 2 kg dan m_B= 3 kg dan g = 10 m/s². Maka besar gaya tegangan tali T adalah...

Pembahasan:

      Diketahui:

m_A = 2 kg
m_B = 3 kg
g   = 10 m/s²

Ditanya : T = ..?

Penyelesaian:
WA = m_A . g = 2 . 10 = 20  N
WB = m_B . g = 3 . 10 =  30 N

∑F = m₂ . a

W_B– T = m₂ . a

30 – T = 3 . 2

30 – T = 6

T = 30 – 6

T = 24 N

Soal No. 5

Seseorang bermassa 50 kg berada dalam lift. Percepatan gravitasi 10 m/s2. Tentukan besar gaya normal yang dikerjakan lantai lift pada orang tersebut, jika: 

a. Lift bergerak kebawah dengan kecepatan konstan

b. Lift bergerak keatas dengan kecepatan 5 m/s²

Pembahasan:

      Diketahui:
      Massa orang (m) = 50 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²
Berat orang (w) = m g = (50)(10) = 500 Newton

      Penyelesaian:

      a. Lift bergerak kebawah dengan kecepatan konstan

      Lift bergerak dengan kecepatan konstan, tidak ada percepatan (a = 0) 

Gaya yang arahnya ke atas bertanda positif, gaya yang arahnya ke bawah bertanda negatif

∑F = m . a

N – W = 0

N = W

N = 500 N

b. lift bergerak keatas dengan kecepatan 5 m/s²

Lift bergerak ke atas dengan percepatan (a) 5 m/s² 
Gaya yang searah dengan gerakan lift bertanda positif, gaya yang berlawanan arah dengan gerakan lift bertanda negatif
N – w = m a
N = w + m a
N = 500 + (50)(5)
N = 500 + 250
N = 750 Newton