Bank Soal Fisika SMA Analisis Kuantitatif Masalah Dinamika Partikel

Soal

Pilgan

Sebuah balok diletakkan di atas bidang miring dan dihubungkan dengan balok lain menggunakan tali melalui katrol licin. Jika massa balok 1 dan balok 2 identik sebesar 3 kg, koefisien gesekan kinetik antara balok 1 dan lantai 0,2 dan koefisien gesekan kinetik antara balok 2 dan lantai 0,5, maka besar percepatan sistem ....

A

0 m/s2

B

1 m/s2

C

1,5 m/s2

D

2 m/s2

E

3 m/s2

Pembahasan:

Diketahui:

Massa balok 1 m1m_1 = 3 kg

Massa balok 2 m2m_2 = 3 kg

Sudut kemiringan θθ = 37°37°

Koefisien gesek kinetik balok 1 dan lantai μk1\mu_{\text{k1}} = 0,2

Koefisien gesek kinetik balok 2 dan lantai μk2\mu_{\text{k2}} = 0,5

Ditanya:

Percepatan sistem aa = ?

Jawab:

Terdapat empat gaya yang bekerja pada sistem yaitu gaya berat, gaya tegangan tali, gaya normal dan gaya gesek. Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi dan arahnya selalu menuju ke pusat bumi. Gaya tegangan tali adalah gaya pada ujung-ujung tali yang terjadi akibat kondisi tali yang tegang. Gaya normal adalah gaya tegak lurus permukaan bidang sentuh. Dan gaya gesek adalah gaya yang terjadi akibat adanya dua benda yang saling bergesekan.

Untuk menyelesaikan kasus ini, gunakan hukum II Newton ΣF=ΣmaΣF=Σma dengan meninjau masing-masing benda. Uraikan terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada sumbu-X dan sumbu-Y seperti pada gambar berikut. Anggap arah kanan sebagai sumbu-X positif, sebaliknya arah kiri sebagai sumbu-X negatif. Serta arah atas sebagai sumbu-Y positif dan arah bawah sebagai sumbu-Y negatif.

(1) Tinjau balok 1

Karena balok 1 bergerak ke arah horizontal, maka ΣFy=0.ΣF_y=0.

ΣFy=0ΣF_y=0

N1w1=0N_1-w_1=0

N1=w1N_1=w_1

=m1g=m_1g ... (1)

Substitusikan persamaan (1) ke dalam tinjauan sumbu-X pada balok 1.

ΣFx=ΣmaΣF_x=Σma

Tfg=m1aT-f_{\text{g}}=m_1a

TμkN1=m1aT-μ_{\text{k}}N_1=m_1a

Tμk1N1=m1aT-μ_{\text{k}1}N_1=m_1a

Tμk1m1g=m1aT-μ_{\text{k}1}m_1g=m_1a

T=m1a+μk1m1gT=m_1a+μ_{\text{k}1}m_1g

=3a+(0,2)(3)(10)=3a+\left(0,2\right)\left(3\right)\left(10\right)

=3a+6=3a+6 ... (2)

(2) Tinjau balok 2

Karena balok 2 bergerak ke arah horizontal maka ΣFy=0.ΣF_y=0.

ΣFy=0ΣF_y=0

N2w2cosθ=0N_2-w_2\cosθ=0

N2=w2cos37°N_2=w_2\cos37°

=m2gcos37°=m_2g\cos37°

=(3)(10)(0,8)=\left(3\right)\left(10\right)\left(0,8\right)

=24=24 N

Substitusikan nilai N2N_2 ke dalam tinjauan sumbu-X pada balok 2.

ΣFx=ΣmaΣF_x=Σma

w2sinθTfg=m2aw_2\sinθ-T-f_{\text{g}}=m_2a

m2gsinθTfg=m2am_2g\sinθ-T-f_{\text{g}}=m_2a

T=m2g sinθfgm2aT=m_2g\ \sinθ-f_{\text{g}}-m_2a

=(3)(10)sinθμk2N23a=\left(3\right)\left(10\right)\sinθ-μ_{\text{k}2}N_2-3a

=(30)sin37°(0,5)(24)3a=\left(30\right)\sin37°-\left(0,5\right)\left(24\right)-3a

=(30)(0,6)(0,5)(24)3a=\left(30\right)\left(0,6\right)-\left(0,5\right)\left(24\right)-3a

=18123a=18-12-3a

=63a=6-3a ... (3)

Substitusikan persamaan (2) dan (3).

3a+6=63a3a+6=6-3a

3a+3a=663a+3a=6-6

6a=06a=0

a=0 a=0\ m/s2

Jadi, percepatan sistem adalah 0 m/s2 yang berarti sistem dalam keadaan seimbang.

Video
18 Januari 2022
Dinamika Partikel
Rangkuman

Siswa

Ingin latihan soal, nonton, atau unduh materi belajar lebih banyak?

Buat Akun Gratis

Guru

Ingin akses bank soal, nonton, atau unduh materi belajar lebih banyak?

Buat Akun Gratis

Soal Populer Hari Ini

Cek Contoh Kuis Online

Kejar Kuis

Cek Contoh Bank Soal

Kejar Soal