Contoh Soal Gaya Tegak Lurus
Contoh Soal Gaya Tegak Lurus - Bayangkan suatu objek dengan massa m dibiarkan jatuh dari ketinggian h sebagaimana yang terlihat pada gambar 1.
Karena kita berbicara mengenai gaya tegak lurus, maka sumbu Y akan menjadi sumbu yang terlibat dalam percepatan yang terbentuk karena gaya tersebut (X digantikan oleh Y pada persamaan sebelumnya). Bila ada gaya yang diterapkan pada objek di kedua sumbu X dan Y, maka persamaan berikut berlaku pada kedua sumbu tersebut.
Kecepatan awal sejak objek dibiarkan jatuh adalah nol, dan kita ingin menghitung kecepatan objek ketika menyentuh tanah. Pada umumnya, kita tahu bahwa bila tidak ada gaya yang diterapkan pada suatu objek (yang berperan dalam pergerakan objek) maka kecepatannya tidak akan berubah. Karena itu, yang perlu kita ketahui pertama kali adalah ada tidaknya gaya potensial yang dapat merubah kecepatan objek.
Pada kasus ini, bila kita beranggapan bahwa hambatan udara adalah nol, maka satu-satunya gaya yang akan berperan dalam pergerakan objek ini adalah gaya gravitasi. Gaya gravitasi didefinisikan sebagai
B= m x g
dimana g adalah daya percepatan gravitasi dan setara dengan to 9.81 m/detik2.
Cara yang paling mudah untuk menghitung hasil perubahan kecepatan adalah dengan menggunakan prinsip energi kinetik yang menghubungkan besar energi kinetik awal dan energi kinetik akhir dengan memperhitungkan semua gaya potensial yang diterapkan selama terjadinya perpindahan objek.
Persamaan. 2
Karena itu, dalam contoh latihan kita, karena gaya gravitasi berperan positif pada energi kinetik objek, maka akan kita dapati
Tetapi berapakah besar perubahan kecepatan bila gaya mendatar diterapkan pada objek yang tegak lurus terhadap arah gerakannya? Pada kasus ini, kita dapat mempertimbangkanpersamaan gerak suatu objek. Perlu diingat bahwa persamaan gerak didiskripsikan dengan persamaan berikut:
.
Suatu contoh sebuah meriam meluncurkan bola meriam dengan massa seberat m = 1 kg dari ketinggian h = 5 m, seperti yang terlihat pada gambar 2 .
Dengan beranggapan bahwa kecepatan akhir bola adalah v0 = 2 m/detik, hitunglah kecepatan akhir bola ketika menyentuh tanah pada t = 5 detik. Dalam contoh ini, satu-satunya gaya yang berlaku pada objek adalah gaya gravitasi.
B = m x g yang bergerak tegak lurus terhadap gerak awal objek. Karena itu, tidak ada gaya yang berlaku pada sumbu X (kecepatan tetap), dan ada gerak yang menyesuaikan di sumbu Y (karena gaya gravitasi akan berpengaruh pada objek). Kita tahu lama waktu yang diperlukan bola meriam untuk menyentuh tanah, kecepatan awal (sebesar nol pada titik tengah Y), dan percepatan gravitasi. Dengan menggunakan persamaan 1 (untuk sumbu Y), kita mendapati:
terakhir perlu disebutkan bahwa kecepatan bola sepanjang waktu adalah
Sedangkan sudut yang berhubungan akan diperoleh dari
tanθ =
vy / vx
vy / vx
.
Metodologi yang harus diikuti dalam soal semacam ini adalah dengan:
- Mengidentifikasi semua gaya yang berlaku pada objek. Pada gerak mendatar gaya gravitasi adalah salah satu gaya yang akan selalu berperan.
- Gunakan persamaan gerak yang tepat menurut angka yang telah diketahui.
- Bila salah satu sumbu tidak dipengaruhi oleh gaya sama sekali maka vx adalah tetap dimana, vy berubah (karena adanya pengaruh gaya tegak lurus).
S1
Bayangkan sebuah objek yang diam dan terletak di sumbu X. Gaya berikut manakah yang berlaku pada objek?
S2
Bayangkan sebuah objek dengan massa m bergerak dengan kecepatan v = 10 m/detik pada suatu garis lurus seperti yang terlihat pada gambar di atas. Pada suatu waktu t, sebuah gaya tegak lurus diterapkan pada objek. Berapakah kecepatan objek setelah t = 5 detik?
S3
Sebuah meriam meluncurkan bola meriam dengan massa 1 kg secara mendatar dari ketinggianh=5 m, seperti yang terlihat pada gambar di atas. Berapa lama waktu yang dibutuhkan oleh bola meriam untuk mendarat di tanah bila kecepatan awal adalah 2 m/detik?
Anggap bahwa g = 10 m/detik2
S4
Bayangkan sebuah meriam yang menembakkan suatu bola kecil dari ketinggianh=5 m,  dengan massa sebesar m = 1 kg secara mendatar, seperti yang terlihat pada gambar di atas. Berapa besar perpindahan mendatar yang terjadi ketika bola mendarat di tanah bila kecepatan awal masing-masing bola adalah sebesar 2 m/detik?
Anggap bahwa g = 10 m/detik2
S5
Bayangkan sebuah meriam yang menembakkan bola kecil dari ketinggian h=5 m,  dengan massa m = 1 kg secara mendatar;sebagaimana yang terlihat dalam gambar di atas. Berapakah besar nilai kecepatan akhir ketika bola mendarat di tanah bila kecepatan awal masing-masing bola adalah 6 m/detik?
Anggap bahwa g = 10 m/detik2
S6
Bayangkan sebuah objek yang bergerak sendiri pada sumbu X dengan kecepatan v = 1 m/detik. Tiba-tiba, sebuah tenaga sebesar F = 5 N diterapkan pada objek secara tegak lurus yang sedikit demi sedikit mengangkat objek ke udara. Berapa besar kecepatan akhir (setelah t = 5 detik) bila massa objek m = 1 kg, dan objek berdesing secara mendatar sejauh x = 10 m.
Anggap bahwa g = 10 m/detik2
S7
Bayangkan sebuah objek yang bergerak sendiri pada sumbu X dengan kecepatan sebesar v = 1 m/detik. Tiba-tiba, sebuah gaya sebesar F = 50 N diterapkan pada objek secara tegak lurus yang sedikit demi sedikit mengangkat objek ke udara. Berapa besar percepatan tegaknya bila massa objek adalah m = 1 kg?
Anggap bahwa g = 10 m/detik2
S8
Bayangkan sebuah objek yang bergerak sendiri pada sumbu X dengan kecepatan sebesar v = 1 m/detik. Tiba-tiba suatu gaya sebesar F = 5 N diterapkan pada objek secara tegak lurus yang sedikit demi sedikit mengangkat objek ke udara dengan percepatan tetap 40 m/detik2 Dimanakah posisi Y berada (setelah t = 5 detik), dan bila massa objek m = 1 kg?
Anggap bahwa g = 10 m/detik2
S9
Sebuah bongkahan es seberat 100 g bergerak dengan kecepatan 1 m/detik ke arah utara didorong oleh gaya sebesar 20 N yang bergerak ke arah barat selama 1 detik. Berapakah besar kecepatan resultan es?