Pembahasan Soal Un Fisika Ihwal Bidang Miring

.com - Dinamika Gerak Lurus di Bidang Miring. Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika tentang dinamika gerak lurus di bidang miring untuk tingkat menengah atas. Dinamika gerak lurus ialah topik dalam bidang studi fisika yang mengulas tentang gerak dan perubahan gerak benda dengan meninjau sebab-sebab gerak tersebut. Salah satu subtopik yang cukup sering dibahas dalam kinematka gerak lurus yaitu gerak benda di bidang miring. Pada peluang ini, edutafsi akan mengulas penyelesaian dari beberapa soal tentang 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 (kemienteng 37^o terhadap horizontal) yang garang oleh sebuah gaya sebesar 71 N. Jika koefisien ukiran antara benda dan bidang yaitu 0,4 dan percepatan gravitasi sama dengan 10 m/s², maka percepatan yang dialami benda yaitu ....
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 menjawaban soal ibarat ini, ada baiknya kalau digambar terlebih lampau untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada benda. Pada soal disebutkan bahwa gaya ditarik ke atas bidang miring, berarti benda bergerak ke atas sehingga gaya-gaya yang bekerja pada benda sanggup diuraikan ibarat terlihat pada gambar di bawah ini.

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 yaitu komponen gaya berat dalam arah mendatar (wx),  gaya ukiran (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 berlawanan dengan arah gerak bertanda negatif. Berdasarkan konsep 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 diketahui, maka kita tentukan terlebih lampau. 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 yaitu 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

melaluiataubersamaini 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 yaitu 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 ibarat terlihat pada gambar di bawah ini.

Perbandingan energi potensial dan energi kinetik balok saat berada di titik M yaitu ....
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 :
⇒ Ep_m = m.g. (1/3h)
⇒ Ep_m = 1/3 mgh

Berdasarkan konsep aturan keabadian energi mekanik, energi mekanik benda di titik M sama dengan energi mekanik benda di titik awal. melaluiataubersamaini 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 potensial 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 potensial dan energi kinetik di titik M yaitu 1 : 2.

Jawaban : B

Soal 3 : Menentukan Gaya Normal pada Bidang Miring

Sebuah balok bermassa 10 kg meluncur menuruni sebuah bidang miring licin dengan kemienteng 30^o terhadap tanah. Jika percepatan gravitasi di daerah itu yaitu 10 m/s², maka gaya normal 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 bekerja pada benda sanggup dilihat pada gambar di bawah ini.

Karena yang ditanya yaitu gaya normal (N) dan gaya tersebut bekerja dalam arah vertikal atau sumbu-y, maka cukup tinjau gaya yang bekerja 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 normal balok pada bidang miring tersebut yaitu 50√3 N.

Jawaban : B

Soal 4 : Menentukan Besar Gaya Tarik

Sebuah balok bermassa 20 kg diletakkan di atas bidang miring garang dan ditarik dengan gaya sebesar F menuju ke atas. Kemienteng bidang yaitu 53^o terhadap horizontal. Jika percepatan yang dialami balok yaitu 3 m/s², dan koefisien ukiran kinetis sama dengan 1/3, maka besar gaya F tersebut yaitu ....
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 ibarat dengan soal nomor 1 spesialuntuk saja yang ditanya tidak sama. 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.

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 bekerja menarikdanunik benda ke atas yaitu 260 N.

Jawaban : A

Soal 5 : Menentukan Percepatan Balok di Bidang Miring

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

Jika percepatan gravitasi di daerah tersebut yaitu 10 m/s², maka percepatan yang dialami balok yaitu ....
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 bekerja pada benda, maka lebih kurang akan terlihat ibarat gambar di bawah ini.

Karena benda bergerak pada bidang miring, maka kita pandang bidang miring sebagai sumbu horizontal atau sumbu x. Pada benda spesialuntuk bekerja gaya berat dan gaya yang bergerak dalam arah horizontal yaitu komponen gaya dalam sumbu x (wx). Berdasarkan konsep 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 yaitu 6 m/s².

Jawaban : B

Demikianlah pembahasan beberapa soal ujian nasional (UN) bidang studi fisika tentang dinamika gerak lurus di bidang miring. Jika pembahasan ini bermanfaa, menolong kami membagikannya kepada kawan-kawan anda melalui tombol share di bawah ini. Terimakasih.