PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG BIDANG MIRING

Posted by on 29 January 2018 - 5:41 PM

Edutafsi.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 merupakan topik dalam bidang studi fisika yang membahas tentang gerak dan perubahan gerak benda dengan meninjau sebab-sebab gerak tersebut. Salah satu subtopik yang cukup sering dibahas dalam kinematka gerak lurus adalah gerak benda di bidang miring. Pada kesempatan ini, edutafsi akan membahas 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 (kemiringan 37o terhadap horizontal) yang kasar oleh sebuah gaya sebesar 71 N. Jika koefisien gesekan antara benda dan bidang adalah 0,4 dan percepatan gravitasi sama dengan 10 m/s2, maka percepatan yang dialami benda adalah ....
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 = 37o, F = 71 N, μ = 0,4, g = 10 m/s2
Dit : a = .... ?

Untuk menjawab soal seperti ini, ada baiknya jika digambar terlebih dahulu 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 dapat diuraikan seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Pembahasan UN Fisika tentang bidang miring

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 adalah komponen gaya berat dalam arah mendatar (wx),  gaya gesekan (fg), dan gaya tarik (F).

Karena benda bergerak ke atas, maka gaya yang arahnya ke atas (searah dengan arah gerak) bertanda positif sedangkan gaya yang berlawanan dengan arah gerak bertanda negatif. Berdasarkan konsep hukum II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ F - wx - fg = m.a
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a

Karena N belum diketahui, maka kita tentukan terlebih dahulu. 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 adalah fg dan wy. Karena benda tidak bergerak dalam arah vertikal, maka berlaku hukum I Newton :
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ

Dengan demikian, persamaan pertama menjadi :
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a
⇒ F - (mg sin 37o) - (μ . m.g cos 37o) = 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 - wx - fg)/m
⇒ a = {F - (w sin 37o) - (μ . w cos 37o)}/m
⇒ a = {71 - {50(3/5)} - {0,4(50)(4/5)}/5
⇒ a = 25/5
⇒ a = 5 m/s2

Jadi, percepatan benda tersebut adalah 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 seperti terlihat pada gambar di bawah ini.
Pembahasan UNBK tentang kekekalan energi mekanin di bidang miring
Perbandingan energi potensial dan energi kinetik balok ketika berada di titik M adalah ....
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 :
⇒ Epm = m.g. (1/3h)
⇒ Epm = 1/3 mgh

Berdasarkan konsep hukum kekekalan energi mekanik, energi mekanik benda di titik M sama dengan energi mekanik benda di titik awal. Dengan demikian energi kinetik benda di titik M adalah:
⇒ Ekm = Em - Epm
⇒ Ekm = mgh - 1/3 mgh
⇒ Ekm = 2/3 mgh

Perbandingan antara energi potensial dan energi kinetik di titik M adalah:
⇒ Epm/Ekm = (1/3 mgh)/(2/3 mgh)
⇒ Epm/Ekm = 1/3 . 3/2
⇒ Epm/Ekm = 3/6 = 1/2
⇒ Epm : Ekm = 1 : 2

Jadi, perbandingan energi potensial dan energi kinetik di titik M adalah 1 : 2.
Jawaban : B

Soal 3 : Menentukan Gaya Normal pada Bidang Miring

Sebuah balok bermassa 10 kg meluncur menuruni sebuah bidang miring licin dengan kemiringan 30o terhadap tanah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 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 = 30o
Dit : N = .... ?

Jika digambarkan, maka gaya-gaya yang bekerja pada benda dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Pembahasan soal ujian nasional bidang miring
Karena yang ditanya adalah 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 hukum I Newton:
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ
⇒ N = 10 (10) cos 30o
⇒ N = 100 (1/2√3)
⇒ N = 50√3 N

Jadi, gaya normal balok pada bidang miring tersebut adalah 50√3 N.
Jawaban : B

Soal 4 : Menentukan Besar Gaya Tarik

Sebuah balok bermassa 20 kg diletakkan di atas bidang miring kasar dan ditarik dengan gaya sebesar F menuju ke atas. Kemiringan bidang adalah 53o terhadap horizontal. Jika percepatan yang dialami balok adalah 3 m/s2, dan koefisien gesekan kinetis sama dengan 1/3, maka besar gaya F tersebut adalah ....
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 = 53o
Dit : F = .... ?

Soal ini mirip dengan soal nomor 1 hanya saja yang ditanya berbeda. Untuk menyelesaikan soal ini dapat 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.
Pembahasan soal UN Fisika dinamika gerak lurus
Tinjau gaya dalam arah vertikal :
⇒ ∑F = 0
⇒ N - wy = 0
⇒ N = wy
⇒ N = m.g cos θ

Tinjau gaya dalam arah horizontal :
⇒ ∑F = m.a
⇒ F - wx - fg = m.a
⇒ F - (mg sin θ) - (μ . N) = m.a
⇒ F - (mg sin 53o) - (μ . m.g cos 53o) = 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 + wx + fg
⇒ F = 20(3) + w sin 53o + μ w cos 53o
⇒ F = 60 + 200(4/5) + 1/3(200)(3/5)
⇒ F = 60 + 160 + 40
⇒ F = 260 N

Jadi, gaya F yang bekerja menarik benda ke atas adalah 260 N.
Jawaban : A

Soal 5 : Menentukan Percepatan Balok di Bidang Miring

Sebuah balok bermassa 5 kg dilepas pada bidang miring licin seperti pada gambar di bawah ini.
Pembahasan soal ujian nasional tentang bidang miring
Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut adalah 10 m/s2, maka percepatan yang dialami balok adalah ....
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 = 37o, g = 10 m/s2
Dit : a = .... ?

Jika digambarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda, maka lebih kurang akan terlihat seperti gambar di bawah ini.
Pembahasan UN tentang bidang miring
Karena benda bergerak pada bidang miring, maka kita pandang bidang miring sebagai sumbu horizontal atau sumbu x. Pada benda hanya bekerja gaya berat dan gaya yang bergerak dalam arah horizontal adalah komponen gaya dalam sumbu x (wx). Berdasarkan konsep hukum II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m.a
⇒ wx = m.a
⇒ mg sin θ = m.a
⇒ 5(10) sin 37o = 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 37o
⇒ a = 10(3/5)
⇒ a = 6 m/s2

Jadi, percepatan yang dialami oleh benda tersebut adalah 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 bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share di bawah ini. Terimakasih.


Edutafsi.com adalah blog bahan belajar sekolah yang ditujukan untuk membantu murid belajar. Dukung edutafsi untuk terus berkembang dengan like laman facebook edutafsi, follow IG Tafsi Junior, dan subscribe youtube Tafsi Video. Terimakasih telah berkunjung ke blog ini. Semoga bermanfaat.

Advertisements