LANGKAH-LANGKAH MENYELESAIKAN SOAL-SOAL HUKUM NEWTON

A. Langkah-langkah menyelesaikan soal-soal hukum Newton

Gambar diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut
Tentukan koordinat titik x dan y
Tentukan gaya masing-masing pada sumbu x dan sumbu y

B. Gaya Pada bidang Datar

Sumbu y
∑Fy = N – W
N = W
N = m.g

Sumbu x
∑Fx = m.a
F = m.a

N = Gaya Normal, Gaya yang tegak lurus dengan bidang datar
W = Gaya Bertat, Gaya yang selalu mengarah kepusat bumi

Contoh Soal
Mainan anak ditempatkan di atas meja, Jika massa mainan 250 gr. Tentukan gaya normal yang dirasakan mainan tersebut

Penyelesaian:
m = 250 gr = 0,25 kg
g = 10 m/s²

Mainan berada di atas meja (diam) berarti berlaku hukum I Newton maka:

Σ Fy = 0
N − w = 0
N = w
N = m.g
N = (0,25 kg)(10 m/s²)
N = 2,5 N

Jadi, gaya normal yang dirasakan mainan tersebut sebesar 2,5 N

B. Gaya Pada Bidang Miring

Sumbu y
ΣFy = N – W cos α
N = mg cos α

Sumbu x
ΣFx = mg sin α
ma = mg sin α
a = g sin α

Contoh Soal
Sebuah balok bermassa 5 kg. jika g = 10 m/s² maka tentukan gaya normal yang bekerja pada balok jika diam di atas bidang miring yang membentuk sudut 30⁰ terhadap horisontal.

Jawab

Balok dalam keadaan diam, gaya normal merupakan arah sumbu y berarti berlaku persamaan berikut.
ΣFY = 0
N – w cos α = 0
N – w cos 30⁰ = 0
N – 50 × ½ √3 = 0
N = 25 √3 N

C. Gaya benda yang dihubungkan dengan tali

Gaya pada m₁
ΣFx = T
ΣFx = m_a . a
T = m_a.a

Gaya pada m₂
ΣFx = F – T
ΣFx = m_b . a
T = m_a . a
F – T = m_b . a

Benda yang bergerak pada sumbu x
F = (m_a + m_b) . a
a = F / (m_a + m_b)

Contoh soal
Dua benda A dan B masing-masing massanya 5 kg dan 10 kg berada di atas bidang datar yang licin dan dihubungkan dengan sebuah tali
a. Jika balok B ditarik oleh gaya F = 30 N, tentukan percepatan benda dan tegangan tali T.
b. Jika balok A ditarik oleh gaya F = 30 N, tentukan percepatan benda dan tegangan tali T.

Jawab

Penyelesaian:
a. Jika balok B ditarik oleh gaya F maka kedua balok akan begerak ke kanan. Percepatan kedua balok dapat dicari dengan rumus:
F = (m_a + m_b) . a
30 N = (5 kg + 10 kg) . a
30 N = 15 kg . a
a = 30 N/15 kg
a = 2 m/s²
Tegangan tali T dapat dicari dengan menggunakan persamaan:
T = m_a . a
T = 5 kg . 2 m/s²
T = 10 N
Atau bisa juga dengan menggunakan persamaan:
F – T = m_b . a
30 N – T = 10 kg . 2 m/s²
30 N – T = 20 N
T = 30 N – 20 N
T = 10 N

b. Jika balok A ditarik oleh gaya F maka kedua balok akan begerak ke kiri. Percepatan kedua balok dapat dicari dengan rumus:
F = (m_a + m_b) . a
30 N = (5 kg + 10 kg) . a
30 N = 15 kg . a
a = 30 N/15 kg
a = 2 m/s²
Tegangan tali T dapat dicari dengan menggunakan persamaan:
T = m_b . a
T = 10 kg . 2 m/s²
T = 20 N
Atau bisa juga dengan menggunakan persamaan:
F – T = mA . a
30 N – T = 5 kg . 2 m/s²
30 N – T = 10 N
T = 30 N – 10 N
T = 20 N

D. Gaya benda yang dihubungkan dengan Katrol

Jika gaya searah searah dengan gerak benda akan bertanda positif (+), jika gaya berlawanan dengan arah gerak benda maka bertanda positif (-)

Benda A
ΣF_A = m_A . a
W_A – T = M_A . a

Benda B
ΣF_B = m_A . a
T – W_B = M_B . a

Percepatan Total
a = g (M_A – M_B) / (M_A + M_B)

Tegangan Tali
T = M_A (g – a) atau T = m_B (g + a)

Contoh
Dua buah balok dihubungkan dengan tali dan digantung pada katrol licin. Katrol dianggap tidak bermassa dan licin. Percepatan gravitasi 10 m/s2 . Bila massa balok A 1 kg dan balok B 4 kg, hitung percepatan yang dialami balok…

Jawab