Home PEMBAHASAN UN FISIKA Pembahasan Soal Un Fisika Perihal Bidang Miring

Pembahasan Soal Un Fisika Perihal Bidang Miring

by CerdaskanKita

– Dinamika Gerak Lurus di Bidang Miring. Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang miring untuk tingkat menengah atas. Dinamika gerak lurus merupakan topik dalam bidang studi fisika yang membahas wacana gerak dan perubahan gerak benda dengan meninjau sebab-sebab gerak tersebut. Salah satu subtopik yang cukup kerap dibahas dalam kinematka gerak lurus merupakan gerak benda di bidang miring. Pada hari ini ini, edutafsi akan membahas penyelesaian dari sedikit soal wacana gerak lurus di bidang miring yang pernah muncul dalam soal ujian nasional sebelumnya.

Soal 1 : Menentukan Percepatan Benda

Sebuah benda bermassa 5 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring (kemiringan 37o terhadap horizontal) yang berangasan oleh sebuah gaya sebesar 71 N. Jika koefisien tabrakan antara benda dan bidang merupakan 0,4 dan percepatan gravitasi sama dengan 10 m/s2, maka percepatan yang dialami benda merupakan ….
A. 5 m/s2
B. 3 m/s2
C. 2,5 m/s2
D. 2 m/s2
E. 0,5 m/s2

Pembahasan :
Dik : m = 5 kg, θ = 37o, F = 71 N, μ = 0,4, g = 10 m/s2
Dit : a = …. ?

Untuk menjawab soal menyerupai ini, ada baiknya apabila digambar terlebih dahulu untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada benda. Pada soal disebutkan bahwa gaya ditarik ke atas bidang miring, berarti benda bergerak ke atas sesampai kemudian gaya-gaya yang bekerja pada benda sanggup diuraikan menyerupai terlihat pada gambar di bawah ini.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG BIDANG MIRING

Karena benda bergerak sejajar dengan permukaan bidang miring (dalam hal ini permukaan bidang miring berlaku sebagai sumbu horizontal atau sumbu-x), maka tinjau gaya yang arahnya sejajar dengan bidang miring. Berdasarkan gambar di atas, maka gaya-gaya tersebut merupakan komponen gaya berat dalam arah mendatar (wx),  gaya tabrakan (fg), dan gaya tarik (F).

Karena benda bergerak ke atas, maka gaya yang arahnya ke atas (searah dengan arah gerak) bertanda konkret lagikan gaya yang berlawanan dengan arah gerak bertanda negatif. Berdasarkan konsep aturan II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ F – wx – fg = m.a
⇒ F – (mg sin θ) – (μ . N) = m.a

Baca Juga:   Pembahasan Soal Ujian Nasional Perjuangan Dan Energi

Karena N belum diketahui, maka kita tentukan terlebih dahulu. N bekerja dalam arah vertikal (tegak lurus terhadap permukaan bidang miring). Jadi, perhatikan gambar dan lihat gaya-gaya yang bekerja dalam arah vertikal. Gaya-gaya tersebut merupakan fg dan wy. Karena benda tak bergerak dalam arah vertikal, maka berlaku aturan I Newton :
⇒ ∑F = 0
⇒ N – wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ

Dengan demikian, persamaan pertama menjadi :
⇒ F – (mg sin θ) – (μ . N) = m.a
⇒ F – (mg sin 37o) – (μ . m.g cos 37o) = m.a
⇒ 71 – {5(10)(3/5)} – {0,4(5)(10)(4/5) = 5a
⇒ 71 – 30 – 16 = 5a
⇒ 5a = 25
⇒ a = 25/5
⇒ a = 5 m/s2

Penyelesaian ringkas :
⇒ a = ∑F/m
⇒ a = (F – wx – fg)/m
⇒ a = {F – (w sin 37o) – (μ . w cos 37o)}/m
⇒ a = {71 – {50(3/5)} – {0,4(50)(4/5)}/5
⇒ a = 25/5
⇒ a = 5 m/s2

Jadi, percepatan benda tersebut merupakan 5 m/s2.

Jawaban : A

Soal 2 : Menentukan Perbandingan Energi Potenisal dan Energi Kinetik

Sebuah balok bermassa m kg dilepaskan dari puncak bidang miring yang licin menyerupai terlihat pada gambar di bawah ini.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG BIDANG MIRING

Perbandingan energi potensial dan energi kinetik balok saat berada di titik M merupakan ….
A. Ep : Ek = 1 : 3
B. Ep : Ek = 1 : 2
C. Ep : Ek = 2 : 1
D. Ep : Ek = 2 : 3
E. Ep : Ek = 3 : 2

Pembahasan :
Energi potensial di titik awal :
⇒ Ep = m.g.h

Energi kinetik di titik awal :
⇒ Ek = 0

Energi mekanik di titik awal :
⇒ Em = Ep + Ek
⇒ Em = mgh + 0
⇒ Em = mgh

Energi potensial di titik M :
⇒ Epm = m.g. (1/3h)
⇒ Epm = 1/3 mgh

Berdasarkan konsep aturan kekekalan energi mekanik, energi mekanik benda di titik M sama dengan energi mekanik benda di titik awal. Dengan demikian energi kinetik benda di titik M merupakan:
⇒ Ekm = Em – Epm
⇒ Ekm = mgh – 1/3 mgh
⇒ Ekm = 2/3 mgh

Baca Juga:   Pembahasan Un Fisika Ihwal Momen Gaya Dan Inersia

Perbandingan antara energi potensial dan energi kinetik di titik M merupakan:
⇒ Epm/Ekm = (1/3 mgh)/(2/3 mgh)
⇒ Epm/Ekm = 1/3 . 3/2
⇒ Epm/Ekm = 3/6 = 1/2
⇒ Epm : Ekm = 1 : 2

Jadi, perbandingan energi potensial dan energi kinetik di titik M merupakan 1 : 2.

Jawaban : B

Soal 3 : Menentukan Gaya Normal pada Bidang Miring

Sebuah balok bermassa 10 kg meluncur menuruni sebuah bidang miring licin dengan kemiringan 30o terhadap tanah. Jika percepatan gravitasi di daerah itu merupakan 10 m/s2, maka gaya normal balok pada bidang miring tersebut merupakan  ….
A. 100 N
B. 50√3 N
C. 80 N
D. 60 N
E. 50 N

Pembahasan :
Dik : m = 10 kg, g = 10 m/s2, θ = 30o
Dit : N = …. ?

Jika digambarkan, maka gaya-gaya yang bekerja pada benda sanggup dilihat pada gambar di bawah ini.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG BIDANG MIRING

Karena yang ditanya merupakan gaya normal (N) dan gaya tersebut bekerja dalam arah vertikal atau sumbu-y, maka cukup tinjau gaya yang bekerja dalam arah tersebut. Karena benda tak bergerak dalam arah vertikal, maka berlaku aturan I Newton:
⇒ ∑F = 0
⇒ N – wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ
⇒ N = 10 (10) cos 30o
⇒ N = 100 (1/2√3)
⇒ N = 50√3 N

Jadi, gaya normal balok pada bidang miring tersebut merupakan 50√3 N.

Jawaban : B

Soal 4 : Menentukan Besar Gaya Tarik

Sebuah balok bermassa 20 kg diletakkan di atas bidang miring berangasan dan ditarik dengan gaya sebesar F menuju ke atas. Kemiringan bidang merupakan 53o terhadap horizontal. Jika percepatan yang dialami balok merupakan 3 m/s2, dan koefisien tabrakan kinetis sama dengan 1/3, maka besar gaya F tersebut merupakan ….
A. 260 N
B. 220 N
C. 160 N
D. 80 N
E. 60 N

Pembahasan :
Dik : m = 20 kg, a = 3 m/s2, μ = 1/3, θ = 53o
Dit : F = …. ?

Soal ini menyerupai dengan soal nomor 1 hanya saja yang ditanya berbeda. Untuk menuntaskan soal ini sanggup kita gambar ilustrasi untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada benda. Karena bergerak di bidang miring, maka permukaan bidang miring bertindak sebagai sumbu horizontal atau sumbu x.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG BIDANG MIRING

Tinjau gaya dalam arah vertikal :
⇒ ∑F = 0
⇒ N – wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ

Baca Juga:   Pembahasan Soal Un Fisika Ihwal Impuls Gaya

Tinjau gaya dalam arah horizontal :
⇒ ∑F = m.a
⇒ F – wx – fg = m.a
⇒ F – (mg sin θ) – (μ . N) = m.a
⇒ F – (mg sin 53o) – (μ . m.g cos 53o) = m.a
⇒ F – {20(10)(4/5)} – {1/3(20)(10)(3/5)} = 20.(3)
⇒ F – 160 – 40 = 60
⇒ F – 200 = 60
⇒ F = 60 + 200
⇒ F = 260 N

Penyelesaian ringkas :
⇒ F = ma + wx + fg
⇒ F = 20(3) + w sin 53o + μ w cos 53o
⇒ F = 60 + 200(4/5) + 1/3(200)(3/5)
⇒ F = 60 + 160 + 40
⇒ F = 260 N

Jadi, gaya F yang bekerja menarik benda ke atas merupakan 260 N.

Jawaban : A

Soal 5 : Menentukan Percepatan Balok di Bidang Miring

Sebuah balok bermassa 5 kg dilepas pada bidang miring licin menyerupai pada gambar di bawah ini.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG BIDANG MIRING

Jika percepatan gravitasi di daerah tersebut merupakan 10 m/s2, maka percepatan yang dialami balok merupakan ….
A. 4,5 m/s2
B. 6,0 m/s2
C. 7,5 m/s2
D. 8,0 m/s2
E. 9,0 m/s2

Pembahasan :
Dik : m = 5 kg, θ = 37o, g = 10 m/s2
Dit : a = …. ?

Jika digambarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda, maka lebih kurang akan terlihat menyerupai gambar di bawah ini.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG BIDANG MIRING

Karena benda bergerak pada bidang miring, maka kita pandang bidang miring sebagai sumbu horizontal atau sumbu x. Pada benda hanya bekerja gaya berat dan gaya yang bergerak dalam arah horizontal merupakan komponen gaya dalam sumbu x (wx). Berdasarkan konsep aturan II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ wx = m.a
⇒ mg sin θ = m.a
⇒ 5(10) sin 37o = 5 a
⇒ 50(3/5) = 5a
⇒ 30 = 5a
⇒ a = 30/5
⇒ a = 6 m/s2

Penyelesaian ringkas :
⇒ a = ∑F/m
⇒ a = mg sin θ/m
⇒ a = g sin 37o
⇒ a = 10(3/5)
⇒ a = 6 m/s2

Jadi, percepatan yang dialami oleh benda tersebut merupakan 6 m/s2.

Jawaban : B

Demikianlah pembahasan sedikit soal ujian nasional (UN) bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang miring. Jika pembahasan ini bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share di bawah ini. Terimakasih.

You may also like