Bank Soal Fisika SMA Analisis Kuantitatif Masalah Dinamika Partikel

Diketahui:

Gambar mobil bak terbuka mengangkut lemari.

Percepatan mobil $a$ = 8 m/s²

Massa lemari $m$ = 50 kg

Koefisien gesek statik $\mu_s$= 0,6

Koefisien gesek kinetik $\mu_k$= 0,4

Percepatan gravitasi $g$ = 10 m/s²

Ditanya:

Besar gaya gesek lemari dengan lantai bak mobil $f_g=$?

Dijawab:

Mula-mula terlebih dahulu meninjau gaya-gaya yang bekerja pada lemari melalui diagram bebas seperti berikut.

Gaya gesek merupakan gaya sentuh yang muncul jika permukaan dua benda saling bersentuhan secara langsung. Gaya gesek juga merupakan hasil dari perkalian gaya normal dengan koefisien gesek. Arah gaya gesek cenderung berlawanan dengan arah gerak benda. Gaya gesek terdiri dari gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Gaya gesek statis digunakan jika gaya yang bekerja pada benda lebih kecil dari besar gaya gesek statisnya. jika gaya yang diberikan pada benda lebih besar dari gaya gesek statisnya, maka artinya benda bergerak dan gaya gesek yang digunakan adalah gaya gesek kinetis.

Maka dari itu, sebelum menentukan besar gaya gesek antara lemari dengan lantai bak mobil, mula-mula menentukan besar gaya yang bekerja pada lemari terlebih dahulu. Berdasarkan soal, percepatan sistem, mobil, dan lemari adalah sama yaitu 8 m/s² karena sistem bergerak bersama. Karena sistem bergerak dengan percepatan tertentu ke kanan, maka pada sumbu-X berlaku hukum II Newton yang dirumuskan sebagai berikut.

$\Sigma F_x=ma$

Sehingga, gaya yang bekerja pada lemari dapat dihitung sebagai berikut.

$F_x=ma$

$F_x=\left(50\right)\left(8\right)$

$F_x=400$ N

Selanjutnya menentukan besar gaya normal lantai bak mobil terhadap lemari. Karena pada sumbu-Y tidak menyebabkan benda bergerak, maka berlaku hukum I Newton sebagai berikut.

$\Sigma F_y=0$

Sehingga,

$\Sigma F_y=0$

$N-w=0$

$N=w$

Karena $w=mg$, maka persamaannya menjadi:

$N=mg$

$N=\left(50\right)\left(10\right)$

$N=500$ N

Kemudian menentukan besar gaya gesek statis terlebih dahulu. Gaya gesek statis merupakan gaya gesek yang bekerja pada benda ketika dia hingga hampir bergerak dan dirumuskan sebagai berikut.

$f_s=\mu_sN$

Maka, besar gaya gesek statis lemari dengan lantai bak mobil adalah sebagai berikut.

$f_s=\left(0,6\right)\left(500\right)$

$f_s=300$ N

Karena gaya yang bekerja pada lemari lebih besar dari gaya gesek statisnya, maka gaya gesek yang digunakan adalah gaya gesek kinetis. Besar gaya gesek kinetis dirumuskan melalui persamaan berikut.

$f_k=\mu_kN$

Sehingga, besar gaya gesek kinetis lemari dengan lantai bak mobil adalah sebagai berikut.

$f_k=\left(0,4\right)\left(500\right)$

$f_k=200$ N

Jadi, besar gaya gesek yang diberikan lantai bak mobil dengan lemari adalah sebesar 200 N.