Gurumuda.net » Soal Fisika SMA/MA » Pembahasan soal bidang miring
9 Pembahasan Soal Bidang Miring
Pelajari materi hukum Newton , gaya normal dan gaya gesek agar lebih memahami pembahasan soal ini.
1. Sebuah balok massa 5 kg dilepas pada bidang miring licin seperti pada gambar! (g = 10 m.s −2 dan tg 37 o = 3/4). Percepatan balok adalah …
A. 4,5 m.s−2
B. 6,0 m.s−2
C. 7,5 m.s−2
D. 8,0 m.s−2
E. 10,0 m.s−2
Pembahasan
Diketahui :
m = 5 kg, g = 10 m/s2
w = m g = (5)(10) = 50 N
panjang sisi bawah = 4
panjang sisi tegak = 3
Karena sisi bawah = 4 dan sisi tegak = 3 maka sisi miring = 5. Anda dapat membuktikan dengan rumus Pythagoras.
Ditanya : percepatan balok (a) ?
Jawab :
Gaya yang menyebabkan balok bergerak adalah wx. Bidang miring licin sehingga tidak ada gaya gesek.
wx = w sin θ = (w)(sisi tegak / sisi miring)
wx = (50)(3/5)
wx = 30 Newton
Besar percepatan (a) balok ?
ΣF = m a
wx = m a
30 = (5) a
a = 30 / 5
a = 6 m/s2
Jawaban yang benar adalah B.
2. Perhatikan gambar! Sebuah balok mula-mula diam, lalu ditarik dengan gaya F ke atas sejajar dengan bidang miring. Massa balok 8 kg, koefisien gesekan µs = 0,5 dan θ = 45o. Agar balok tepat akan bergerak ke atas, gaya F harus sebesar….
A. 40 N
B. 60 N
C. 60√2 N
D. 80 N
E. 80√2 N
Pembahasan
Diketahui :
Koefisien gesekan statis (µs) = 0,5
Sudut (θ) = 45o
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Massa balok (m) = 8 kilogram
Berat balok (w) = m g = (8 kg)(10 m/s2) = 80 kg m/s2 = 80 Newton
Ditanya : Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas
Jawab :
Balok tepat akan bergerak ke atas jika F ≥ wx + fs.
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
wx = w sin θ = (80)(sin 45) = (80)(0,5√2) = 40√2
Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring :
wy = w cos θ = (80)(cos 45) = (80)(0,5√2) = 40√2
N = wy = 40√2
Gaya gesek statis :
fs = µs N = (0,5)(40√2) = 20√2
Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas :
F ≥ wx + fs
F ≥ 40√2 + 20√2
F ≥ 60√2 Newton
Jawaban yang benar adalah C.
3. Balok yang bermassa 8 kg terletak di atas bidang miring kasar seperti gambar berikut. Gaya luar minimal yang dibutuhkan untuk menahan balok agar tidak meluncur ke bawah adalah… (sin 37o = 0,6, cos 37o = 0,8, g = 10 m.s-2, µk = 0,1)
A. 6,4 N
B. 4,6 N
C. 48,5 N
D. 54,4 N
E. 68,8 N
Pembahasan
Diketahui :
Massa balok (m) = 8 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat balok (w) = m g = (8)(10) = 80 Newton
Sin 37o = 0,6
Cos 37o = 0,8
Koefisien gesek kinetis (µk) = 0,1
N = wy = w cos 37o = (80)(0,8) = 64 Newton
Ditanya : Gaya (F) luar minimal penahan balok agar balok tidak meluncur ke bawah
Jawab :
Balok tidak meluncur ke bawah jika F = wx
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
wx = w sin θ = (80)(sin 37) = (80)(0,6) = 48
fk = µk N = (0,1)(64) = 6,4
Besar gaya F minimal agar balok tidak meluncur ke bawah :
F + fk – wx = 0
F = wx – fk = 48 – 6,4 = 41,6 Newton
4. Sebuah benda bermassa 5,0 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring yang kasar oleh sebuah gaya 71 N (g = 10 m.s-2, sin 37o = 0,6, cos 37o = 0,8). Jika koefisien gesekan antara benda dan bidang adalah 0,4, percepatan yang dialami benda adalah…
A. 0,5 ms-2
B. 2 ms-2
C. 2,5 ms-2
D. 3 ms-2
E. 5 ms-2
Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 5 kg
4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.5
Sebuah benda bermassa 5,0 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring yang kasar oleh sebuah gaya 71 N (g = 10 m.s-2, sin 37o = 0,6, cos 37o = 0,8). Jika koefisien gesekan antara benda dan bidang adalah 0,4, percepatan yang dialami benda adalah…
A. 0,5 ms-2
B. 2 ms-2
C. 2,5 ms-2
D. 3 ms-2
E. 5 ms-2
Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 5 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat benda (w) = m g = (5)(10) = 50 Newton
Gaya F = 71 Newton
Sin 37o = 0,6
Cos 37o = 0,8
Koefisien gesekan = 0,4
Ditanya : Percepatan benda (a)
Jawab :
Resultan Gaya
Terlebih dahulu hitung resultan gaya yang bekerja pada benda.
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
wx = w sin θ = (50)(sin 37) = (50)(0,6) = 30
Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring :
wy = w cos θ = (50)(cos 37) = (50)(0,8) = 40
Gaya normal :
N = wy = 40
Gaya gesek kinetis :
fk = µk N = (0,4)(40) = 16
Resultan gaya yang bekerja pada bidang miring :
∑F = F – wx – fk = 71 – 30 – 16 = 25 Newton
Percepatan benda
Percepatan benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton :
a = ∑F / m = 25 / 5 = 5 m/s2
Jawaban yang benar adalah E.
5.
A. 40 NB. 60 NC. 60√2 ND. 80 N
E. 80√2 N
Pembahasan
Diketahui :
Koefisien gesekan statis (µs) = 0,5
Sudut (θ) = 45o
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2Massa balok (m) = 8 kilogram
Berat balok (w) = m g = (8 kg)(10 m/s2) = 80 kg m/s2 = 80 Newton
Ditanya : Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas
Jawab :
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
wx = w sin θ = (80)(sin 45) = (80)(0,5√2) = 40√2
Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring :
wy = w cos θ = (80)(cos 45) = (80)(0,5√2) = 40√2
Gaya normal :
N = wy = 40√2
Gaya gesek statis :
fs = µs N = (0,5)(40√2) = 20√2
Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas :
F ≥ wx + fs
F ≥ 40√2 + 20√2
F ≥ 60√2 Newton
Jawaban yang benar adalah C.
6.
A. 6,4 NB. 4,6 NC. 48,5 ND. 54,4 N
E. 68,8 N
Pembahasan
Diketahui :Massa balok (m) = 8 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat balok (w) = m g = (8)(10) = 80 NewtonSin 37o = 0,6
Cos 37o = 0,8
Koefisien gesek kinetis (µk) = 0,1
Ditanya : Gaya (F) luar minimal penahan balok agar balok tidak meluncur ke bawah
Jawab :
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
wx = w sin θ = (80)(sin 37) = (80)(0,6) = 48
fk = µk N = (0,1)(64) = 6,4
Besar gaya F minimal agar balok tidak meluncur ke bawah :
F + fk – wx = 0
F = wx – fk = 48 – 6,4 = 41,6 Newton
7.
A. 0,5 ms-2
B. 2 ms-2
C. 2,5 ms-2
D. 3 ms-2
E. 5 ms-2Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 5 kgPercepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Berat benda (w) = m g = (5)(10) = 50 NewtonGaya F = 71 NewtonSin 37o = 0,6
Cos 37o = 0,8Koefisien gesekan = 0,4
Ditanya : Percepatan benda (a)
Jawab :
Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring :
wx = w sin θ = (50)(sin 37) = (50)(0,6) = 30
Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring :
wy = w cos θ = (50)(cos 37) = (50)(0,8) = 40
Gaya normal :
N = wy = 40
Gaya gesek kinetis :
fk = µk N = (0,4)(40) = 16Resultan gaya yang bekerja pada bidang miring :
∑F = F – wx – fk = 71 – 30 – 16 = 25 Newton
Percepatan bendaPercepatan benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton :
a = ∑F / m = 25 / 5 = 5 m/s2
Jawaban yang benar adalah E.
8. Perhatikan gambar! Sebuah balok mula-mula diam, lalu ditarik dengan gaya F ke atas sejajar dengan bidang miring. Massa balok 2 kg, koefisien gesekan statis = 0,3 dan sudut = 45o. Agar balok tepat akan bergerak ke atas, gaya F harus sebesar… g = 10 m/s2
m = 2 kg, g = 10 m/s2, = 45o, μs = 0,3
Ditanya : Agar balok tepat bergerak ke atas, berapa besar gaya F ?Jawab :
Pada soal diketahui koefisien gesek statis, ini berarti permukaan bidang miring kasar sehingga terdapat gaya gesek yang menghambat gerakan balok.
Agar balok tepat akan bergerak ke atas maka gaya F harus sama dengan wx + fs. Benda bergerak ke atas ketika F lebih besar daripada wx + fs.
w = m g = (2)(10) = 20 Newton
wx = w sin 45o = (20)(½ √2) = 10√2 Newton
wy = w cos 45o = (20)(½√2) = 10√2 Newton
N = wy = 10√2
fs = μs N = (0,3)(10√2) = 3√2 Newton
Agar balok tepat akan bergerak ke atas maka :
F = wx + fs = 10√2 + 3√2= 13√2 Newton
Jawaban yang benar adalah C.
9. Benda bermassa 2 kg terletak pada bidang miring seperti tampak pada gambar di bawah ini. Jika koefisien gesekan statis antara balok dan bidang miring adalah 0,2√3 dan g = 10 ms–2, maka resultan gaya yang menggerakan benda adalah…
PembahasanDiketahui :
m = 2 kg, g = 10 m/s2, = 30o, μs = 0,2√3
Ditanya : Resultan gaya yang menggerakan benda ?
Jawab :
wx = w sin 30o = (20)( ½ ) = 10 Newton
wy = w cos 30o = (20)( ½ √3) = 10√3 Newton
N = wy = 10√3 Newton
fs = μs N = (0,2√3)(10√3) = (2)(3) = 6 NewtonResultan gaya yang menggerakan benda adalah :
F = wx – fs = 10 – 6 = 4 Newton
wx lebih besar daripada fs sehingga benda bergerak ke bawah, searah dengan wx.
Jawaban yang benar adalah A.
Sumber soal:
Soal UN Fisika SMA/MA