10 Soal & Pembahasan Dinamika Partikel (bagian 2) ǀ Pilihan Ganda
Dinamika
partikel mencakup sub bab, hukum satu, dua, dan tiga Newton. Berikut 10 soal
dan pembahasan dinamika partikel (bagian 2) yang dapat dipelajari sebelum kuis.
Baca
sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Dinamika Partikel (bagian 1) ǀ
Pilihan Ganda
Pilihlah
jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
11.
Perhatikan gambar dibawah ini!
A. 17 N
B. 27 N
C. 37 N
D. 47 N
E. 57 N
Pembahasan
:
Lihat
penurunan persamaan “pesawat atwood (katrol-tali) di atas lantai bidang miring”
(gambar 1.2) pada link tersebut. Massa 2 bergerak turun (a searah jarum
jam).
Diketahui
:
m1
= 5 kg
m2
= 10 kg
W1 = m1.g = 5(10) =
50 N
W2 = m2.g = 10(10)
= 100 N
θ1
= 37o ; sin 37o = 0,6
θ2 = 53o ; sin 53o = 0,8
*Mencari
besar percepatan (a), penurunan persamaan dapat dilihat pada link di
atas
|
a |
= |
g
(m2
sin θ2 – m1 sin θ1)/ (m1 + m2) |
|
a |
= |
10
(10 sin53 - 5 sin37)/ (10 + 5) |
|
a |
= |
10
(8 - 3)/ (10 + 5) |
|
a |
= |
10/3
m/s2 |
*Persamaan
untuk massa 1 (Gaya tegang tali T bernilai positif karena searah dengan
percepatan a, dan gaya berat W1.sin θ1 negatif
karena berlawanan)
|
ΣF |
= |
m.a |
|
T - W1.sin θ1 |
= |
m1.a |
|
T |
= |
W1.sin θ1 + m1.a |
|
T |
= |
50.sin
37o + 5.(10/3) |
|
T |
= |
47
N |
Jawaban
D.
12. Dua box bermassa 25 kg dan 15 kg diletakkan berdampingan dan keduanya didorong oleh gaya sebesar 120 N pada box yang besar. Besar gaya kontak yang dialami oleh kedua benda adalah . . .
A. 15 N
B. 30 N
C. 45 N
D. 60 N
E. 75 N
Pembahasan
:
Diketahui
:
m1
= 25 kg
m2
= 15 kg
F = 120 N
*Mencari
percepatan (a) kedua benda, anggap kedua benda menjadi satu dengan massa
40 kg.
ΣF
= m.a
ΣFx
= m.ax
120
= 40.ax
ax = 3 m/s2
*Mencari
gaya kontak kedua benda (F12). Kita pilih salah satu benda,
yaitu benda 1 (Gaya F akan bernilai positif karena searah dengan
percepatan a dan gaya kontak F21 akan bernilai negatif
karena berlawanan dengan percepatan a)
|
ΣF |
= |
m.a |
|
ΣFx |
= |
m.ax |
|
F – F12 |
= |
m1.ax |
|
120 – F12 |
= |
25(3) |
|
F12 |
= |
120
- 75 |
|
F12 |
= |
45
N |
Jawaban
C
13.
Suatu percobaan dilakukan secara acak. Jika nilai gaya geseknya sebesar 10%
gaya beratnya, maka benda yang dapat menempuh jarak 10 m dengan waktu yang
paling lama adalah . . .
Pembahasan :
Benda
yang memerlukan waktu lebih lama untuk mencapai jarak 10 m adalah benda yang
memiliki percepatan paling kecil, yaitu benda pada pilihan C.
Gaya
gesek bernilai 10% dari gaya berat. Pada pilihan C, gaya berat W nya
adalah 1000 (m.g). Nilai 10% nya adalah 100. Jadi, gaya gesek fk
nya adalah 100 N.
*Cara
mencari percepatan a terkecil dari semua pilihan
|
ΣF |
= |
m.a |
|
ΣFx |
= |
m.ax |
|
F – fk |
= |
m.ax |
|
200 – 100 |
= |
100.a |
|
100 |
= |
100.a |
|
a |
= |
1
m/s2 |
Jawaban
C.
14.
Troli bermassa 10 kg dengan percepatan gravitasi bumi sebesar 10 m/s² didorong
dengan gaya 30 N. Agar troli tersebut dapat bergerak dengan kecepatan tetap, maka
perlu didorong pada lantai . . .
A. Berkoefisien gesek statis 0,3
B. Berkoefisien gesek kinetis 0,3
C. Berkoefisien gesek statis 0,03
D. Berkoefisien gesek kinetis 0,03
E. Yang licin tanpa koefisien gesek
Pembahasan
:
Kecepatan
tetap menandakan percepatannya bernilai nol. Jadi, persamaannya akan menjadi
|
ΣF |
= |
m.a |
|
ΣFx |
= |
m.ax |
|
F – f |
= |
m.0 |
|
30 – f |
= |
0 |
|
f |
= |
30
N |
Jika,
gaya gesek fk 30 dan massa benda 10, maka koefisien geseknya μ adalah
|
f |
= |
m.g.μ |
|
30 |
= |
10.10.μ |
|
μ |
= |
0,3 |
Karena
besar gaya dorong F dan gaya gesek f sama besar, maka benda belum
bergerak dan gaya geseknya adalah gaya gesek statis fs,
begitupula koefisien gesek μ
nya adalah koefisien gesek statis μs
Jawaban
A.
15. Mobil mainan dengan berat 250 gram
ditarik gaya sebesar 4 N pada lantai kasar, dengan koefisien gesek kinetis 0,1,
sehingga mobil bergerak. Ketika benda telah menempuh jarak 5 m, maka
kecepatannya sebesar . . .
A. 0,1 m/s
B. 1 m/s
C. 5√5 m/s
D. √10 m/s
E. 5√6 m/s
Pembahasan
:
Diketahui
:
m =
0,25 kg
F = 4 N
μk = 0,1
Δx
= 5 m
Ditanya
: Kecepatan akhir benda (vf)
*Mencari
gaya gesek kinetis (fk)
|
fk |
= |
m.g.μk |
|
fk |
= |
(0,25)(10)(0,1) |
|
fk |
= |
0,25
N |
*Mencari
percepatan a pada benda
|
ΣF |
= |
m.a |
|
ΣFx |
= |
m.ax |
|
F – fk |
= |
m.a |
|
4 – 0,25 |
= |
0,25a |
|
a |
= |
15
N |
*Mencari
kecepatan akhir (vf) menggunakan persamaan GLBB
|
vf2 |
= |
vi2 + 2.a.Δx |
|
vf2 |
= |
02
+ 2.(15).5 |
|
vf2 |
= |
150 |
|
vf |
= |
5√6
m/s |
Jawaban
E.
16.
Jika pesawat atwood digantungkan benda dengan massa 1 kg dan 4 kg hingga
bergerak, maka jarak antara kedua benda setelah 1 detik sebesar . . .
A. 9,0 m
B. 6,0 m
C. 3,0 m
D. 1,6 m
E. 0,5 m
Pembahasan
:
Lihat
penurunan persamaan “percepatan pesawat atwood (katrol-tali) tanpa lantai”
(gambar 1.4) pada link tersebut.
Diketahui
:
m2
= 1 kg
m1
= 4 kg
t =
1 s
Ditanya
: jarak kedua massa yang bergerak (xt)?
*Mencari
percepatan (a)
|
a |
= |
g (m1 - m2)/(
m1 + m2) |
|
a |
= |
10
(4 - 1)/(4 + 1) |
|
a |
= |
6
m/s2 |
*Mencari
jarak yang ditempuh m1 selang waktu 1 s (x1)
|
xf |
= |
xi + vi.t + (1/2).at2 |
|
xf |
= |
0
+ 0.1 + (1/2).6.12 |
|
xf |
= |
3
m |
*Massa
1 menempuh jarak 3 m turun dan tentu massa 2 menempuh jarak 3 m naik. Jarak
total antara keduanya adalah 6 m.
Jawaban
B.
17.
Keranjang yang massanya dapat diabaikan diberikan gaya tarik sebesar 15 N ke
arah kanan. Lantai A memiliki koefisien gesek statis 0,5 dan koefisien gesek
kinetis 0,3. Agar benda tetap bergerak dengan percepatan tetap sebesar 1 m/s2,
maka massa yang dapat diletakkan di dalamnya adalah . . .
A. 0,3 kg
B. 1,5 kg
C. 1,5 kg
D. 3,75 kg
E. 5,0 kg
Pembahasan :
Diketahui
:
F = 15 N
fk = m.g.μk = m.10.(0,3) = 3m
fs = m.g.μs = m.10.(0,5) = 5m
a = 1 m/s2
Ditanya
: massa benda (m)
|
ΣF |
= |
m.a |
|
ΣFx |
= |
m.ax |
|
F – fk |
= |
m.a |
|
15 – 3m |
= |
m.1 |
|
4m |
= |
15 |
|
m |
= |
3,75
kg |
Jawaban
D.
18. Perhatikan gambar dibawah ini!
A. 10 N
B. 85 N
C. 50 N
D. 100 N
E. 110 N
Pembahasan
:
Diketahui
:
flantai = (mA + mB).g.μ = 25(10)(0,1) = 25 N
fBA = mB.g.μ = 15(10)(0,4) = 60 N
mA
= 10 kg
mB
= 15 kg
*Benda
diam, berarti percepatan a = nol
|
ΣF |
= |
m.a |
|
ΣFx |
= |
mA.ax |
|
FA – flantai – fAB |
= |
mA.a |
|
FA – 25 – 60 |
= |
10.(0) |
|
FA |
= |
85
N |
Jawaban
B.
19.
Perhatikan gambar dibawah ini!
A. 62,5 N
B. 112,5 N
C. 162,5 N
D. 212,5 N
E. 262,5 N
Pembahasan
:
Lihat
penurunan persamaan “pesawat atwood (katrol-tali) di atas lantai datar” (gambar
1.2) pada link tersebut. Misal, massa 2 yang tergantung bergerak turun (a
searah jarum jam).
Diketahui
:
m1
= 25 kg
m2
= 175 kg
μk = 0,2
Ditanya
: Gaya tegang tali (T)?
*Mencari
nilai percepatan (a)
|
a |
= |
g (m2 – m1.μk)/ (m1 + m2) |
|
a |
= |
10
(175 – 25.(0,2))/ (25 + 175) |
|
a |
= |
10
(175 – 25.(0,2))/ (25 + 175) |
|
a |
= |
8,5
m/s2 |
*Persamaan
ditinjau dari massa 1 (Gaya T bernilai positif karena searah dengan
percepatan a dan fk negatif karena berlawanan dengan a)
|
ΣF |
= |
m.a |
|
T - fk |
= |
m1.a |
|
T |
= |
fk + m1.a |
|
T |
= |
50
+ 25(8,5) |
|
T |
= |
262,5
N |
*Gaya
tegang tali-nya sebesar 262,5 N
Jawaban
E.
20.
Besarnya gaya normal pada bidang miring akan selalu lebih kecil dari gaya
beratnya karena . . .
A. Keduanya saling berpelurus
B. Keduanya saling tegak lurus
C. Gaya normal diuraikan pada vektor gaya normal yang tegak lurus bidang
D. Gaya normal diuraikan pada vektor gaya normal yang sejajar bidang
E. Gaya normal yang diuraikan nilainya bisa lebih besar dari gaya berat
Pembahasan
:
Gaya
normal (N) pada miring memiliki nilai yang sama besar dengan W.cosθ.
Sedangkan, nilai dari suatu cos sudut pasti kurang dari 1. Nilainya akan lebih
kecil dari gaya berat W.
Jawaban
D.
Baca
selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Hukum Gravitasi Newton (bagian 1) ǀ
Pilihan Ganda
Lanjutkan
soal dan pembahasan dinamika partikel yang terdiri dari hukum satu, dua, dan
tiga Newton. Klik link untuk melanjutkan membaca.