Pembahasan Soal Un Fisika Ihwal Bidang Miring

Cafeberita.com – Dinamika Gerak Lurus di Bidang Miring. Pembahasan soal cobaan 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 pergantian gerak benda dengan meninjau sebab-sebab gerak tersebut. Salah satu subtopik yang cukup sering dibahas dalam kinematka gerak lurus merupakan gerak benda di bidang miring. Pada potensi ini , edutafsi akan membahas solusi dari beberapa soal wacana gerak lurus di bidang miring yang pernah timbul dalam soal cobaan nasional sebelumnya.

Soal 1 : Menentukan Percepatan Benda

Sebuah benda bermassa 5 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring (kemiringan 37^o terhadap horizontal) yang berangasan oleh suatu gaya sebesar 71 N. Jika koefisien goresan 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 = 37^o , F = 71 N , μ = 0 ,4 , g = 10 m/s²
Dit : a = …. ?

Untuk menjawab soal menyerupai ini , ada baiknya bila digambar apalagi dulu untuk menyaksikan gaya-gaya yang melakukan pekerjaan pada benda. Pada soal disebutkan bahwa gaya ditarik ke atas bidang miring , bermakna benda bergerak ke atas sehingga gaya-gaya yang melakukan pekerjaan pada benda sanggup diuraikan menyerupai terlihat pada gambar di bawah ini.

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

Karena benda bergerak ke atas , maka gaya yang arahnya ke atas (searah dengan arah gerak) bertanda faktual sedangkan gaya yang bertentangan dengan arah gerak bertanda negatif. Berdasarkan desain aturan II Newton , maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ F – w_x – fg = m.a
⇒ F – (mg sin θ) – (μ . N) = m.a

Karena N belum dikenali , maka kita tetapkan apalagi dahulu. N melakukan pekerjaan dalam arah vertikal (tegak lurus terhadap permukaan bidang miring). Makara , amati gambar dan lihat gaya-gaya yang melakukan pekerjaan dalam arah vertikal. Gaya-gaya tersebut merupakan fg dan wy. Karena benda tidak bergerak dalam arah vertikal , maka berlaku aturan I Newton :
⇒ ∑F = 0
⇒ N – w_y = 0
⇒ N = w_y
⇒ N = m.g cos θ

Dengan demikian , persamaan pertama menjadi :
⇒ F – (mg sin θ) – (μ . N) = m.a
⇒ F – (mg sin 37^o) – (μ . m.g cos 37^o) = 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 – w_x – fg)/m
⇒ a = {F – (w sin 37^o) – (μ . w cos 37^o)}/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.

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.

Perbandingan energi berpeluang dan energi kinetik balok dikala 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 berpeluang di titik permulaan :
⇒ Ep = m.g.h

Energi kinetik di titik permulaan :
⇒ Ek = 0

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

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

Berdasarkan desain 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 adalah:
⇒ Ek_m = Em – Ep_m
⇒ Ek_m = mgh – 1/3 mgh
⇒ Ek_m = 2/3 mgh

Perbandingan antara energi berpeluang dan energi kinetik di titik M adalah:
⇒ Ep_m/Ek_m = (1/3 mgh)/(2/3 mgh)
⇒ Ep_m/Ek_m = 1/3 . 3/2
⇒ Ep_m/Ek_m = 3/6 = 1/2
⇒ Ep_m : Ek_m = 1 : 2

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

Soal 3 : Menentukan Gaya Normal pada Bidang Miring

Sebuah balok bermassa 10 kg meluncur menuruni suatu bidang miring licin dengan kemiringan 30^o terhadap tanah. Jika percepatan gravitasi di kawasan itu merupakan 10 m/s² , maka gaya wajar balok pada bidang miring tersebut adalah  ….
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 = 30^o
Dit : N = …. ?

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

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

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

Soal 4 : Menentukan Besar Gaya Tarik

Sebuah balok bermassa 20 kg ditaruh di atas bidang miring berangasan dan ditarik dengan gaya sebesar F menuju ke atas. Kemiringan bidang merupakan 53^o terhadap horizontal. Jika percepatan yang dialami balok merupakan 3 m/s² , dan koefisien goresan 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 = 53^o
Dit : F = …. ?

Soal ini menyerupai dengan soal nomor 1 cuma saja yang ditanya berbeda. Untuk mengakhiri soal ini sanggup kita gambar ilustrasi untuk menyaksikan gaya-gaya yang melakukan pekerjaan pada benda. Karena bergerak di bidang miring , maka permukaan bidang miring bertindak selaku sumbu horizontal atau sumbu x.

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

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

Jadi , gaya F yang melakukan pekerjaan menawan benda ke atas merupakan 260 N.

Soal 5 : Menentukan Percepatan Balok di Bidang Miring

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

Jika percepatan gravitasi di kawasan 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 = 37^o , g = 10 m/s²
Dit : a = …. ?

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

Karena benda bergerak pada bidang miring , maka kita pandang bidang miring selaku sumbu horizontal atau sumbu x. Pada benda cuma melakukan pekerjaan gaya berat dan gaya yang bergerak dalam arah horizontal merupakan unsur gaya dalam sumbu x (wx). Berdasarkan desain aturan II Newton , maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ w_x = m.a
⇒ mg sin θ = m.a
⇒ 5(10) sin 37^o = 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 37^o
⇒ a = 10(3/5)
⇒ a = 6 m/s²

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

Demikianlah pembahasan beberapa soal cobaan nasional (UN) bidang studi fisika wacana dinamika gerak lurus di bidang miring. Jika pembahasan ini berharga , bantu kami membagikannya terhadap teman-teman anda lewat tombol share di bawah ini. Terimakasih.