Contoh Soal Gaya dan Gerak

Contoh Soal Gaya dan Gerak  - Kita telah mempelajari tentang Hukum-hukum Newton tentang Gerak, bagaimana hukum-hukum tersebut mendefinisikan gaya dan pengaruh dari aksi gaya pada beragam benda dan obyek. Dalam pelajaran ini kita akan membahas lebih dalam mengenai gaya dan gerak dan kemampuan kita untuk menghitung perisiwa-peristiwa.

Sebelum kita meneruskan, mari kita mengingat lagi definisi dari gaya yang beraksi pada sebuah benda sebagai produk dari massa dan percepatan benda tersebut. Sudah dipahami bahwa gaya adalah vektor, yang berarti bahwa gaya tidak hanya dijelaskan oleh besarnya, tapi yang sama pentingnya juga, adalah arah tindakan. Besarnya gaya dapat dihitung sebagai berikut:

$$F=m\cdot a$$

$$[N=kg\cdot m/{}^{}$$ s 2 ]

Di dalam Sistem Unit Internasional SI, besarnya gaya diukur dalam newton, dan direpresentasikan dengan simbol F. Gaya sebesar 1 N cukup untuk mempercepat sebuah benda, yang massanya adalah 1 kg, pada rata-rata 1 m/s2.

  

Gaya, yang beraksi pada semua benda yang ada di dalam medan gravitasional Bumi, disebut dengan gravitasi atau gaya gravitasional. Gaya ini memberi besar percepatan yang sama pada semua benda di atas Bumi yaitu  = g = 9.81 m/s2. Arah dari aksi gravitasi adalah menuju ke pusat Bumi. 

Karena gaya ini, apel Newton yang terkenal itu pun jatuh dari pohon ke tanah, dan membantu Sir Isaac Newton memahami konsep gravitasi. Eksistensi dari gaya ini adalah alasan mengapa orang-orang berdiri pada permukaan bumi dan mengapa seseorang yang melakukan lompatan pendek, akan kembali lagi ke tanah.

Sebuah buku, dengan massa m = 1 kg, berada pada permukaan meja. Buku tersebut, beraksi pada meja dengan gaya dari gravitasinya, yang besarnya dapat kita hitung:

$$F=W=m·g=1kg·9.81m/{}^{}$$ s 2 =9.81N

Gaya ini dikenal juga sebagai berat benda, dalam kasus ini berat dari buku. Jadi, sangatlah penting untuk memahami, bahwa berat dari benda adalah gaya dan vektor, dan besarnya dihitung dalam Newton (N). 

Menurut hukum ketiga Newton tentang gerak, setiap gaya aksi menyebabkan reaksi, dengan besar yang sama dan arah yang berlawanan dari aksi tersebut. Dalam kasus ini, berat buku akan menyebabkan meja beraksi pada buku dengan gaya reaksi, yang disebut dengan gaya normal dan simbolnya adalah FN atau N. 

sekali lagi, gaya-gaya ini memiliki besar yang sama dan arah yang berlawanan dengan aksi tersebut dan itulah alasan mengapa bukunya tetap berdiri di atas meja.

$$\begin{array}{}W=N=9.81m/{}^{}\end{array}$$ s 2 , W → =− F → N

Jika kita memutuskan untuk beraksi pada sisi buku dengan tangan kita, dan menyebabkan gerakan dan pergeseran buku di sepanjang permukaan meja, gaya dari aksi kita akan menyebabkan gesekan Ff, yang akan mulai melawan gerak tersebut. Bukunya akan mulai bergerak pada permukaan meja disaat ketika gaya kita mengalahkan gaya gesek, yang melawan gerakan dari buku. 

Besar dari gaya gesek dihitung sebagai berikut: 

$$F$$ f =μN

Dimana μ adalah koefisien dari gesekan, yang nilainya berkisar antara 0 dan 1. 

Koefisien gesekan bergantung pada material permukaan. Misalnya, es memiliki koefisien gesekan yang rendah, sedangkan karet memiliki nilai yang tinggi untuk koefisien ini. Dalam prakteknya, hal ini berarti bahwa lebih mudah untuk menggerakkan benda sepanjang permukaan es daripada sepanjang permukaan karet.

Di dalam contoh kita, sebuah buku berdiri pada permukaan meja kayu. Kita telah menghitung berat buku dan reaksi normal dari meja. Sekarang, kita dapat menghitung gaya gesek jika kita tahu bahwa koefisien gesekan untuk material kayu yang dipakai untuk membuat meja tersebut adalah μ=0.4:

$$F$$ f =μ⋅ F N =0.4⋅9.81N=3.924N

Jadi, kita telah menghitung bahwa jika kita ingin membuat buku tersebut meluncur di sepanjang permukaan meja, kita harus beraksi pada sisi buku dengan gaya, yang lebih besar daripada gaya gesek Ff=3.924 N.

Sekarang kita telah belajar tentang bagaimana gaya-gaya yang berbeda berlaku pada benda-benda di alam, dan betapa mudahnya kita dapat menghitung dan memahaminya. Yang paling penting adalah menyadari bahwa gaya-gaya adalah inisiator dari gerakan apapun atau perubahan apapun di dalam gerakan.

S1

Bagaimana besar gaya dapat dihitung_________?

S2

Jika kita beraksi dengan sebuah gaya, yang besarnya adalah F=20N pada sebuah benda, dengan massa s m=5kg. Berapakah percepatannya?

S3

Apa satuan untuk besar gaya dalam sistem SI?

S4

Berat, seperti gaya lainnya, adalah sebuah _________?

S5

Berapa berat benda, yang memiliki massa m=3kg dan berdiri diam diatas tanah?

S6

Manakah dari simbol-simbol berikut ini yang digunakan untuk merepresentasikan gaya dari reaksi normal?

1) FN

2) FS

3) Ff

4) FD

5) FW

S7

Reaksi normal dari permukaan, memiliki besar yang sama dengan berat benda yang berdiri diam diatas permukaan. Bagaimana dengan arah aksi masing-masing ?

S8

Gaya apa yang melawan pergeseran sebuah benda di sepanjang permukaan?

S9

Simbol manakah yang mewakili koefisien gesek?

S10

Hitung gaya gesek yang akan berlawanan dengan gerak benda, yang ada diatas meja kayu, yang koefisien geseknya adalah μ=0.5. Reaksi normal dari permukaan adalah FN=100N.

Share this post