Home PEMBAHASAN UN FISIKA Pembahasan Soal Un Fisika Perihal Sistem Katrol

Pembahasan Soal Un Fisika Perihal Sistem Katrol

by CerdaskanKita

– Sistem Katrol. Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana sistem katrol untu tingkat menengah atas. Sistem katrol merupakan salah satu subtopik yang cukup kerap dibahas dalam potongan dinamika gerak lurus dan dinamika gerak rotasi. Pada dinamika gerak lurus, sistem katrol biasanya memakai katrol yang massanya diabaikan lagikan pada dinamika gerak rotasi, massa katrol biasanya tak diabaikan sesampai kemudian ada perhitungan inersia. Pada hari ini ini, edutafsi akan membahas sedikit soal wacana sistem katrol yang pernah keluar dalam soal ujian nasional tahun-tahun sebelumnya. Semoga sanggup menjadi citra untuk murid sekaligus sebagai sarana latihan untuk mempersiapkan diri menghadapi ujian nasional.

Soal 1 : Menentukan Percepatan Sistem Katrol

Dua buah balok masing-masing bermassa 6 kg dan 4 kg dihubungkan oleh sebuah tali yang dikaitkan pada sebuah katrol (katrol dipasang di sisi pinggir meja). Balok pertama (6 kg) berada di atas meja lagikan balok kedua (4 kg) menggantung di samping meja pada sistem katrol tersebut. Jika permukaan bidang licin dan percepatan gravitasi sama dengan 10 m/s2, maka percepatan sistem merupakan ….
A. 5,0 m/s2
B. 4,0 m/s2
C. 2,5 m/s2
D. 2,0 m/s2
E. 0,5 m/s2

Pembahasan :
Dik : m1 = 6 kg, m2 = 4 kg, g = 10 m/s2
Dit : a = …. ?

Untuk menjawab soal ibarat ini, kita sanggup menggambar gambaran sistem katrolnya untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada sistem tersebut. Berdasarkan soal di atas, maka ilustrasinya lebih kurang akan ibarat gambar di bawah ini. Pada gambar telah diuraikan gaya-gaya yang bekerja baik pada benda pertama dan benda kedua. Ada gaya berat (W) dan ada gaya tegangan tali (T).

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana sistem katrol untu tingkat men PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG SISTEM KATROL

Pada benda pertama sebetulnya masih ada satu gaya lagi yang bekerja adalah gaya normal yang arahnya tegak lurus bidang meja (namun di sini tak digambarkan alasannya memang tak perlu ditinjau dan tak dilibatkan dalam perhitungan).

Karena permukaan meja licin dan massa katrol diabaikan, maka untuk kasus ini, tak ada gaya gesekan. Karena balok kedua menggantung, maka kita asumsikan balok kedua bergerak ke bawah lagikan balok pertama bergerser ke kanan. Gaya yang bekerja pada garis gerak sistem merupakan gaya tegangan tali (T) dan gaya berat balok kedua (W2).

Tinjau balok pertama :
Pada balok pertama, gaya yang bekerja sejajar dengan arah gerak balok merupakan gaya tegangan tali (T). Tegangan tali bekerja searah dengan gerak balok. Berdasarkan aturan II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m . a
⇒ T = m1 . a
⇒ T = 6a ….. (1)

Tinjau balok kedua :
Pada balok kedua, ada dua gaya yang bekerja dalam arah gerak balok, adalah gaya tegangan tali dan gaya berat balok. Gaya berat balok searah dengan arah gerak lagikan gaya tegangan tali berlawanan dengan arah gerak, sesampai kemudian berlaku:
⇒ ∑F = m . a
⇒ W2 – T = m2 . a
⇒ (m2.g) – T = m2 . a
⇒ 4(10) – T = 4a
⇒ 40 – T = 4a ….. (2)

Baca Juga:   Tes Kepribadian Psikopat

Substitusi persamaan (1) ke persamaan (2), maka :
⇒ 40 – T = 4a
⇒ 40 – 6a = 4a
⇒ 40 = 4a + 6a
⇒ 40 = 10a
⇒ a = 40/10
⇒ a = 4 m/s2

Penyelesaian ringkas :

⇒ a = W2
m1 + m2

⇒ a = (m2.g)/(m1 + m2)
⇒ a = 4(10) / (6 + 4)
⇒ a = 40/10
⇒ a = 4 m/s2

Jadi, percepatan sistem katrol tersebut merupakan 4 m/s2.

Jawaban : B

Soal 2 : Menentukan Besar Tegangan Tali

Dua benda A dan B masing-masing 2 kg dan 3 kg dihubungkan dengan tali melalui katrol ibarat gambar di bawah ini.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana sistem katrol untu tingkat men PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG SISTEM KATROL

Jika lantai bidang licin dan tabrakan antara tali dengan katrol diabaikan, maka besar tegangan tali sistem tersebut merupakan ….
A. 28 N
B. 20 N
C. 15 N
D. 12 N
E. 10 N

Pembahasan :
Dik : mA = 2 kg, mB = 3 kg, g = 10 m/s2
Dit : T = …. ?

Sama ibarat soal pertama, soal ibarat ini juga diselesaikan dengan menerapkan aturan Newton. Gaya-gaya yang bekerja pada benda ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Karena massa benda B lebih besar dan B dalam posisi menggantung, maka benda B akan bergerak ke bawah lagikan benda A bergerak ke kanan.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana sistem katrol untu tingkat men PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG SISTEM KATROL

Sama ibarat soal nomor satu, untuk menjawab soal ini kita tinjau dahulu gaya-gaya yang bekerja pada benda A dan benda B. Ingat, yang ditinjau hanya gaya yang bekerja pada sumu gerak.

Tinjau benda A :
Karena benda A bergerak ke kanan (gerak dalam arah horizontal), maka tinjau gaya yang bekerja dalam arah horizontal. Gaya tersebut merupakan gaya tegangan tali (T). Gaya berat (W) dan gaya normal (N) bekerja dalam arah vertikal (tegak) jadi tak diikutsertakan. Berdasarkan konsep aturan II Newton maka berlaku :
⇒ ∑F = m . a
⇒ T = mA . a
⇒ T = 2a
⇒ a = ½T ….. (1)

Tinjau benda B :
Karena benda B bergerak ke bawah (gerak dalam arah vertikal), maka tinjau gaya yang bekerja dalam arah vertikal. Pada benda B ada dua gaya yang bekerja dalam arah vertikal adalah gaya berat (W) dan gaya tegangan tali. Dalam hal ini, gaya tegangan tali berlawanan arah dengan arah gerak lagikan gaya berat searah dengan arah gerak.
⇒ ∑F = m . a
⇒ WB – T = mB . a
⇒ (mB.g) – T = mB . a
⇒ 3(10) – T = 3a
⇒ 30 – T = 3a ….. (2)

Substitusi persamaan (1) ke persamaan (2), maka :
⇒ 30 – T = 3a
⇒ 30 – T = 3(½T)
⇒ 30 – T = 3/2T
⇒ 30 = 3/2T + T
⇒ 30 = 5/2 T
⇒ 60 = 5T
⇒ T = 60/5
⇒ T = 12 N

Penyelesaian ringkas :

Baca Juga:   Apa Yang Harus Dilakukan Kalau Digigit Ular Berbisa?
⇒ T = mA . WB
mA + mB

⇒ T = (mA . mB.g)/(mA + mB)
⇒ T = {2 . 3(10)}/(2 + 3)
⇒ T = 60/5
⇒ T = 12 N

Jadi, besar tegangan tali pada sistem katrol tersebut merupakan 12 N.

Jawaban : D

Soal 3 : Menentukan Tegangan Tali Sistem

Dua benda bermassa 2 kg dan 3 kg dihubungkan dengan seutas tali dan ditautkan pada sebuah katrol yang massanya diabaikan. Katrol digantungkan pada sebuah tiang sesampai kemudian kedua benda bergantung pada sistem katrol. Jika perbesaran gravitasi di kawasan tersebut 10 m/s2, maka besar gaya tegangan tali yang dialami sistem tersebut merupakan ….
A. 50 N
B. 30 N
C. 27 N
D. 24 N
E. 20 N

Pembahasan :
Dik : m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 m/s2
Dit : T = …. ?

Jika digambarkan, maka ilusrasi sistem katrol tersebut lebih kurang akan ibarat gambar di bawah ini. Pada gambar sudah diuraikan gaya-gaya yang bekerja pada kedua benda. Karena massa benda kedua lebih berat, maka benda kedua (3 kg) bergerak ke bawah lagikan benda pertama (2 kg) bergerak ke atas.

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana sistem katrol untu tingkat men PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG SISTEM KATROL

Tinjau benda pertama :
Pada benda pertama terdapat dua gaya yang bekerja, adalah gaya berat (W) dan gaya tegangan tali (T). Karena benda pertama bergerak ke atas, maka gaya tegangan tali searah dengan gerak lagikan gaya berat berlawanan arah dengan arah gerak. Sesuai dengan konsep aturan II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m . a
⇒ T – W1 = m1 . a
⇒ T – m1.g = m1 . a
⇒ T – 2(10) = 2.a
⇒ T – 20 = 2a
⇒ a = ½(T – 20)
⇒ a = ½T – 10 ….. (1)

Tinjau benda kedua :
Pada benda kedua juga bekerja dua gaya, adalah gaya berat (W) dan gaya tegangan tali (T). Karena benda kedua bergerak ke bawah, maka gaya berat searah dengan arah gerak dan gaya tegangan tali berlawanan arah dengan arah gerak.
⇒ ∑F = m . a
⇒ W1 – T = m2 . a
⇒ m2.g – T = m2 . a
⇒ 3(10) – T = 3a
⇒ 30 – T = 3a …… (2)

Substitusi persamaan (1) ke persamaan (2) :
⇒ 30 – T = 3a
⇒ 30 – T = 3(½T – 10)
⇒ 30 – T = 3/2 T – 30
⇒ 30 + 30 = 3/2 T + T
⇒ 60 = 5/2 T
⇒ 120 = 5T
⇒ T = 120/5
⇒ T = 24 N

Penyelesaian ringkas :

⇒ T = m1.W2 + m2.W1
m1 + m2

⇒ T = {(m1.m2.g) + (m2.m1.g)}/(m1 + m2)
⇒ T = {2(3)(10) + 3(2)(10)}/(2 + 3)
⇒ T = 120/5
⇒ T = 24 N

Jadi, besar tegangan tali pada sistem katrol tersebut merupakan 24 N.

Jawaban :  D

Soal 4 : Menentukan Besar Gaya Tarik

Sebuah katrol dari benda pejal dengan tali dililitkan pada sisi luarnya ditampilkan ibarat gambar di bawah (gesekan katrol diabaikan).

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana sistem katrol untu tingkat men PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG SISTEM KATROL

Jika momen inersia katrol I = β dan tali ditarik oleh sebuah gaya tetap F, maka nilai F setara dengan ….
A. F = α β R
B. F = α β2 R
C. F = α (β R)-1
D. F = α β R-1
E. F = (α β)-1 R

Pembahasan :
Berdasarkan konsep gerak rotasi, korelasi momen gaya (τ) dan momen inersia (I) sanggup dinyatakan dengan persamaan berikut:
⇒ τ = I . α
⇒ F . d = I . α

Baca Juga:   Cara Menciptakan Bunga Kembang Sepatu Dari Kertas

Dengan F merupakan gaya yang bekerja tegak lurus dengan lengan, d merupakan lengan gaya, I momen inersia dan α percepatan sudut. Karena lengan momen gaya sama dengan jari-jari katrol (d = R) dan inersia katrol sama dengan beta (I = β), maka diperoleh :
⇒ F . R = β . α
⇒ F = α β/R
⇒ F = α β . R-1

Jawaban : D

Soal 5 : Menentukan Percepatan Benda

Dua benda A dan B diikat dengan seutas tali melalui sebuah katrol yang licin ibarat gambar (1) di bawah ini. Massa benda A dan B berturut-turut merupakan 2 kg dan 6 kg. Mula-mula benda B ditahan kemudian dilepaskan. Jika percepatan gravitasi sama dengan 10 m/s2, maka percepatan yang dialami benda B merupakan ….
A. 8,0 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 6,0 m/s2
D. 5,0 m/s2
E. 4,0 m/s2

Pembahasan :
Dik : mA = 2 kg, mB = 6 kg, g = 10 m/s2
Dit : a = …. ?

Gambar soalnya merupakan gambar (1) di bawah ini lagikan gambar di sebelahnya merupakan gambar untuk penyelesaian. Pada gambar tersebut sudah diuraikan gaya-gaya yang bekerja pada benda. 

 Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika wacana sistem katrol untu tingkat men PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG SISTEM KATROL

Pada soal disebutkan bahwa benda B mulanya ditahan kemudian dilepaskan. Saat dilepaskan, alasannya massa benda B lebih besar, maka benda B akan bergerak ke bawah (turun) lagikan benda A bergerak ke atas (naik). Perhatikan gambar kanan.

Tinjau Benda A :
Karena benda A bergerak naik, maka gaya yang searah dengan arah gerak benda merupakan gaya tegangan tali (T) lagikan gaya berat (W) berlawanan arah dengan arah gerak. Dengan demikian, menurut konsep aturan II Newton berlaku:
⇒ ∑F = m . a
⇒ T – WA = mA . a
⇒ T – (mA.g) = mA . a
⇒ T – 2(10) = 2a
⇒ T – 20 = 2a
⇒ T = 2a + 20 ….. (!)

Tinjau benda B :
Karena benda B bergerak ke bawah, maka gaya yang searah dengan arah gerak merupakan gaya berat (W) lagikan gaya tegangan tali (T) berlawanan arah dengan arah gerak. Dengan demikian, berlaku :
⇒ ∑F = m . a
⇒ WB – T = mB . a
⇒ (mB.g) – T = mB . a
⇒ 6(10) – T = 6a …. (2)

Substitusi persamaan (1) ke persamaan (2), maka :
⇒ 60 – T = 6a
⇒ 60 – (2a + 20) = 6a
⇒ 60 – 2a – 20 = 6a
⇒ 40 = 6a + 2a
⇒ 40 = 8a
⇒ a = 40/8
⇒ a = 5 m/s2

Penyelesaian ringkas :

⇒ a = WB – WA
mA + mB

⇒ a = {6(10) – 2(10)}/(2 + 6)
⇒ a = 40/8
⇒ a = 5 m/s2

Karena percepatan yang dialami benda A atau benda B sama dengan percepatan sistem, maka percepatan yang dialami benda B sama dengan 5 m/s2.

Jawaban : D

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

You may also like