PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG HUKUM NEWTON

Posted by on 23 January 2018 - 7:43 PM

Edutafsi.com - Hukum Newton. Pembahasan soal ujian nasional bidang study fisika tentang dinamika gerak lurus khususnya mengenai hukum Newton. Hukum Newton tentang gerak benda terdiri dari tiga, yaitu hukum I Newton (hukum kelembaman), hukum II Newton, dan hukum III Newton (aksi reaksi). Berbicara mengenai hukum Newton maka erat kaitannya dengan gerak lurus dan beberapa gaya seperti gaya normal, gaya gesek, dan gaya eksternal yang diberikan pada benda. Pada soal ujian nasional, ternyata ada satu atau beberapa soal yang berhubungan dengan hukum Newton. Pada kesempatan ini, edutafsi akan membagikan pembahasan beberapa soal ujian nasional tentang hukum Newton yang disusun dari soal UN tahun-tahun sebelumnya.

Soal 1 : Menentukan Percepatan Lift

Reza bermassa 40 kg berada di dalam sebuah lift yang sedang bergerak ke atas. Jika gaya lantai lift terhadap kaki Reza adalah 520 N dan percepatan gravitasi 10 m/s2, maka percepatan lift tersebut adalah ....
A. 1,0 m/s2
B. 1,5 m/s2
C. 2,0 m/s2
D. 2,5 m/s2
E. 3,0 m/s2

Pembahasan :
Dik : m = 40 kg, N = 520 N, g = 10 m/s2
Dit : a = .... ?

Untuk membahas soal seperti ini, maka kita dapat meninjau gaya-gaya yang bekerja dan kemana arah gerak benda. Pada soal ini, lift bergerak ke atas itu artinya Reza juga bergerak ke atas bersama dengan lift tersebut. Dengan demikian, gerak yang kita tinjau adalah gerak dalam arah vertikal, maka tinjau gaya-gaya yang bekerja dalam arah vertikal.

Jika diuraikan, maka pada kasus ini terdapat dua gaya yang bekerja, yaitu gaya berat dan gaya lantai lift terhadap kaki Reza. Gaya berat bekerja ke arah bawah sedangkan gaya lantai terhadap kaki Reza (disimbolkan dengan N) arahnya ke atas tegak lurus tehadap permukaan lantai lift.

Itu artinya, gaya berat dan gaya N bekerja dalam arah yang berlawanan. Karena lift bergerak ke atas, maka gaya yang searah gerak adalah N sedangkan gaya berat W berlawanan arah gerak. Dengan demikian, resultan gaya yang bekerja adalah :
⇒ ∑F = N - W
⇒ ∑F = 520 - m.g
⇒ ∑F = 520 - 40(10)
⇒ ∑F = 520 - 400
⇒ ∑F = 120 N

Selanjutnya, karena lift bergerak dan ada percepatan, maka pada kasus ini berlaku hukum II Newton. Menurut hukum II Newton, resultan gaya yang bekerja sama dengan hasil kali massa dan percepatan. Sehingga diperoleh:
⇒ ∑F = m . a
⇒ 120 = 40 . a
⇒ a = 120/40
⇒ a = 3 m/s2

Penyelesaian ringkas:
⇒ a = ∑F/m
⇒ a = (N - W)/m
⇒ a = (520 - 400)/40
⇒ a = 3 m/s2

Jadi, percepatan lift tersebut adalah 3 m/s2.
Jawaban : E

Soal 2 : Percepatan Lift saat Turun

Seorang pria yang berada di dalam sebuah lift berdiri di atas sebuah timbangan badan. Sebelum lift bergerak, timbangan tersebut menunjukkan angka 60 kg, namun saat lift bergerak ke bawah, timbangan menunjukkan angka 57 kg. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka besar percepatan lift saat turun adalah ....
A. 1,0 m/s2
B. 0,8 m/s2
C. 0,6 m/s2
D. 0,5 m/s2
E. 0,3 m/s2

Pembahasan :
Dik : m = 60 kg, m' = 57 kg, g = 10 m/s2
Dit : a = .... ?

Soal ini sebenarnya sama dengan soal nomor satu hanya saja arah geraknya berbeda. Pada soal nomor satu, lift bergerak ke atas sedangkan pada soal ini lift bergerak ke bawah. Kemudian, pada kasus ini juga terlihat suatu fenomena dimana angka yang ditunjukkan oleh timbangan berubah saat lift bergerak ke bawah.

Karena lift bergerak ke bawah (arah vertikal), maka kita tinjau gaya-gaya yang bekerja dalam arah vertikal. Jika diuraikan, maka gaya yang bekera pada arah vertikal ada dua gaya, yaitu gaya berat yang arahnya ke bawah dan gaya normal yang arahnya ke atas.

Karena lift bergerak ke bawah dan gaya yang searah dengan lift adalah gaya berat, maka resultan gaya yang bekerja adalah:
⇒ ∑F = W - N
⇒ ∑F = m.g - m'.g
⇒ ∑F = 60(10) - 57(10)
⇒ ∑F = 600 - 570
⇒ ∑F = 30 N

Karena lift mula-mula diam dan kemudian bergerak ke bawah, maka ada percepatan sehingga pada kasus ini juga berlaku hukum II Newton. Berdasarkan hukum II Newton, maka berlaku:
⇒ ∑F = m . a
⇒ 30 = 60 . a
⇒ a = 30/60
⇒ a = 0,5 m/s2

Penyelesaian ringkas:
⇒ a = ∑F/m
⇒ a = (W - N)/m
⇒ a = (W - W')/m
⇒ a = (600 - 570)/60
⇒ a = 0,5 m/s2

Jadi, percepatan lift tersebut saat turun adalah 0,5 m/s2.
Jawaban : D

Soal 3 : Menentukan Kecepatan Benda

Sebuah benda bermassa 4 kg mula-mula diam, kemudian benda diberi gaya sebesar 12 N sehingga benda tersebut berpindah sejauh 6 m. Kecepatan gerak benda adalah ....
A. 4 m/s
B. 6 m/s
C. 18 m/s
D. 36 m/s
E. 38 m/s

Pembahasan :
Dik : m = 4 kg, vo = 0, F = 12 N, s = 6 m
Dit : v = .... ?

Soal seperti ini sebenarnya tidak hanya melibatkan konsep hukum Newton tetapi juga konsep gerak lurus berubah beraturan, sehingga murid perlu memahami kembali bagaimana konsep GLBB. Seperti yang disebutkan dalam soal, benda mula-mula diam (artinya kecepatan awalnya nol), kemudian karena diberi gaya benda berpindah (itu artinya benda bergerak dan memiliki kecepatan).

Ketika sebuah benda yang mula-mula diam kemudian bergerak dengan kecepatan tertentu, itu berarti benda tersebut mengalami suatu percepatan. Percepatan itu muncul karena benda diberikan gaya yang menyebabkan benda berpindah. Dalam kasus ini, gerak bendanya adalah dalam arah horizontal sehingga gaya yang ditinjau adalah gaya-gaya yang bekerja pada arah horizontal.

Gaya yang bekerja dalam arah horizontal pada soal ini hanyalah gaya F yang menyebabkan benda bergerak. Karena benda bergerak dan mengalami percepatan, maka berlaku hukum II Newton:
⇒ ∑F = m . a
⇒ 12 = 4 . a
⇒ a = 12/4
⇒ a = 3 m/s2.

Dari hasil perhitungan di atas, diketahui bahwa benda mengalami percepatan sebesar 3 m/s2. Nilai ini dapat kita manfaatkan untuk menentuan kecepatan benda. Untuk mengetahui kecepatan tersebut, maka digunakanlah konsep gerak lurus berubah beraturan.

Berdasarkan konsep GLBB, hubungan kecepatan dan percepatan adalah sebagai berikut:
⇒ v2 = vo2 + 2as
⇒ v2 = 02 + 2(3)(6)
⇒ v2 = 36
⇒ v = √36
⇒ v = 6 m/s

Penyelesaian ringkas :
⇒ v = √2as
⇒ v = √2 . (∑F/m) . s
⇒ v = √2 (12/4) (6)
⇒ v = √36
⇒ v = 6 m/s

Jadi, kecepatan benda setelah diberi gaya adalah 6 m/s.
Jawaban : B

Soal 4 : Menentukan Besar Gaya Gesekan

Sebuah kendaraan bermassa 1000 kg mula-mula bergerak dengan kecepatan 15 m/s. Kemudian pada kendaraan diberikan gaya gesek sehingga setelah 10 sekon kendaraan tersebut berhenti. Besar gaya gesek yang diberikan adalah ....
A. 500 N
B. 1000 N
C. 1500 N
D. 2000 N
E. 4000 N

Pembahasan :
Dik : m = 1000 kg, vo = 15 m/s, v = 0, t = 10 s
Dit : fg = .... ?

Karena kendaraan bergerak dalam arah horizontal, maka gaya yang ditinjau adalah gaya yang bekerja pada arah horizontal. Jika diuraikan, pada kasus ini terdapat sebuah gaya yang bekerja berlawanan arah dengan arah gerak, yaitu gaya gesekan. Karena kendaraan diperlambat hingga berhenti, berarti ada percepatan sehingga berlaku hukum II Newton:
⇒ ∑F = m . a
⇒ fg = 1000 a

Karena percepatan (perlambatannya) tidak diketahui, maka dicari dulu percepatannya menggunakan konsep gerak lurus berubah beraturan yang diperlambat. Berdasarkan konsep GLBB yang diperlambat, berlaku persamaan sebagai berikut:
⇒ v = vo - a.t
⇒ 0 = 15 - a(10)
⇒ 10a = 15
⇒ a = 15/10
⇒ a = 1,5 m/s2

Substitusi nilai a ke persmaan gaya gesek, maka diperoleh:
⇒ fg = 1000 a
⇒ fg = 1000 (1,5)
⇒ fg = 1500 N

Penyelesaian ringkas :
⇒ fg = m . a
⇒ fg = m . (vo/t)
⇒ fg = 1000 (15/10)
⇒ fg = 1500 N

Jadi gaya gesekan yang diberikan pada kendaraan tersebut adalah 1500 N.
Jawaban : C

Soal 5 : Menentukan Besar Gaya Normal

Perhatikan gambar di bawah ini!

Pembahasan soal UN tentang hukum newton

Jika massa balok 3 kg dan percepatan gravitasi 10 m/s2, maka besar gaya normal yang dialami oleh balok tersebut adalah ....
A. 27 N
B 30 N
C. 33 N
D. 43 N
E. 45 N

Pembahasan :
Dik : m = 3 kg, g = 10 m/s2, F1 = 5 N, F2 = 8 N
Dit : N = .... ?

Seperti terlihat pada gambar, terdapat dua buah gaya yang bekerja dalam arah berlawanan yaitu F1 dan F2. Tetapi selain kedua gaya itu masih ada sebuah gaya lagi yang arahnya searah dengan gaya F1 (ke bawah) yaitu gaya berat W dan sebuah gaya yang searah dengan gaya F2 (ke atas), yaitu gaya normal N.

Pembahasan soal UN tentang dinamika gerak lurus

Karena pada soal tidak disebutkan benda bergerak, maka kita asumsikan bahwa benda tetap diam. Karena benda diam, maka berlaku hukum I Newton dimana resultan gaya yang bekera sama dengan nol. Dengan demikian berlaku persamaan berikut:
⇒ ∑F = 0
⇒ W + F1 - F2 - N = 0
⇒ N = W + F1 - F2
⇒ N = m.g + F1 - F2
⇒ N = 3(10) + 5 - 8
⇒ N = 30 + 5 - 8
⇒ N = 27 N

Penyelesaian ringkas :
⇒ N + F2 = W + F1
⇒ N = W + F1 - F2
⇒ N = 30 + 5 - 8
⇒ N = 27 N

Jadi, gaya normal yang dialami oleh balok tersebut adalah 27 N.
Jawaban : A

Demikianlah pembahasan lima soal ujian nasional fisika tentang hukum Newton. Sebenarnya, penggunaan konsep hukum Newton juga masih ada pada topik katrol ataupun bidang miring, namun untuk katrol dan bidang miring akan dibahas pada pembaahsan berikutnya. Jika pembahasan ini bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman anda melalui tombol share di bawah ini.


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

Advertisements