Contoh Soal dan Jawaban Hukum 2 Newton – Hukum newton merupakan hukum gerak yang dapat menjelaskan tentang suatu partikel atau benda berukuran besar dan memiliki kecepatan di bawah kecepatan cahaya. Newton menjelaskan tentang pergerakan suatu benda dengan 3 hukum, yang dikenal dengan 3 Hukum Newton.
3 Hukum Newton
Hukum 1 Newton menjelaskan jika tidak ada gaya yang bekerja pada sebuah benda maka percepatan benda akan sama dengan nol, artinya benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan. Kemudian Newton berpikir, bagaimana kalau ada gaya yang bekerja pada suatu benda, apa yang akan terjadi ? hal ini dijawab oleh Newton menggunakan Hukum ke duanya.
Baca Juga : Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Gaya
Secara umum Hukum 2 Newton menyatakan bahwa besarnya gaya yang bekerja pada sebuah benda berbanding lurus dengan perubahan momentum persatuan watu. Ketika massa benda tersebut konstan maka besarnya percepatan yang dialami sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja pada benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut. Atau dengan kata lain Hukum 2 Newton menjelaskan tentang seberapa cepat sebuah benda bergerak akibat dari gaya yang diberikan terhadap benda tersebut dari sifat lembamnya.
Secara umum Hukum 2 Newton menyatakan bahwa besarnya gaya yang bekerja pada sebuah benda berbanding lurus dengan perubahan momentum persatuan watu. Ketika massa benda tersebut konstan maka besarnya percepatan yang dialami sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja pada benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut. Atau dengan kata lain Hukum 2 Newton menjelaskan tentang seberapa cepat sebuah benda bergerak akibat dari gaya yang diberikan terhadap benda tersebut dari sifat lembamnya.
Dengan p adalah momentum yang besarnya adalah massa x kecepatan. Ketika massa konstan maka diperoleh.
Hukum 3 Newton dikenal sebagai gaya aksi-reaksi sebuah benda. Contohnya ketika kita duduk di sebuah kursi, maka kita akan memberikan gaya aksi pada kursi dan kursi memberikan gaya reaksi yang besarnya sama namun arahnya berlawanan dengan arah gaya aksi. Sehingga kita bisa duduk dan tidak jatuh.
Karena Hukum newton berbicara tentang jumlah gaya yang bekerja pada benda, maka berikut adalah gaya-gaya yang perlu Anda ketahui
Gaya Dorong Atau Gaya Tarik (F)
Adalah sebuah gaya yang diberikan pada sebuah benda berupa dorongan atau tarikan sehingga benda tersebut bergerak.
Gaya Gesek
Gaya gesek adalah gaya yang timbul akibat gesekan benda dengan bidang sentuh, gaya ini selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda. Misalkan benda bergerak ke arah kanan maka gaya geseknya ke arah kiri. Besarnya gaya gesek ini dapat diperoleh dengan rumus berikut:
Keterangan :
fs adalah gaya gesek statis benda terhadap bidang sentuh.
fk adalah gaya gesek kinetik benda terhadap bidang sentuh.
N adalah gaya normal bidang. Gaya ini selalu tegak lurus bidang sentuh.
Gaya Berat (W)
Gaya berat adalah gaya akibat tarikan gravitasi pada massa sebuah benda.
W=m.g
Trigonometri
Dalam aplikasi Hukum Newton kita juga memerlukan trigonometri untuk memproyeksikan gaya yang bekerja pada sebuah benda ke komponen sumbu x ataupun sumbu y.
Kumpulan Contoh Soal dan Jawaban Hukum 2 Newton
A. Contoh Soal Hukum 2 Newton Pada Bidang Datar
Contoh 1 – Soal Hukum 2 Newton
Sebuah benda bermassa 6 Kg ditarik oleh sebuah gaya 30 N pada bidang datar licin (Perhatikan gambar di bawah ini. Tentukan percepatan balok tersebut?
Jawab:
Langkah 1 : Menggambarkan Gaya-gaya yang bekerja pada benda dan sistem koordinat.
Gaya-gaya yang bekerja pada benda di atas ada 3, yaitu gaya Tarik (F), gaya Normal (N) adalah gaya yang arahnya tegak lurus dengan bidang, dan gaya berat (W = m.g). Arah dari percepatan adalah sama dengan arah gaya yaitu ke arah sumbu +x.
Langkah 2 : Tuliskan apa yang diketahui dan ditanyakan
Diketahui :
m = 6 Kg
F = 30 N
g = 9,8 m/s^2
Lantai licin (artinya tidak ada gaya gesek antara benda bidang datar)
Ditanya : Tentukan Percepatan Benda?
Gunakan Rumus Hukum 2 Newton
Ingat : gaya dan percepatan merupakan besaran vektor, maka kita perlu membagi gaya tersebut per komponen, yaitu komponen sumbu x dan sumbu y.
#Komponen Gaya Arah Sumbu Y
Karena, benda hanya bergerak ke arah sumbu x dan tidak ada perubahan kecapan ke arah sumbu y maka, percepatan arah sumbu y (ay = 0). Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu y adalah gaya Normal (N) dan gaya berat (W = m.g). maka diperoleh
#Komponen Gaya Arah Sumbu X
Percepatan arah sumbu x merupakan percepatan benda akibat ditarik oleh gaya sebesar F. Karena lantai licin, maka gaya gesek benda dan lantai tidak ada sehingga gaya yang bekerja pada benda hanya gaya F = 30 N.
Jadi, percepatan benda adalah 5 m/s^2.
Contoh 2 – Soal Hukum 2 Newton
Dua buah benda bermassa A = 2 Kg dan B = 4 Kg yang dihubungkan oleh sebuah tali ditarik oleh gaya sebesar 40 N pada bidang datar, jika gaya tersebut membentuk sudut 30 drajat terhadap sumbu Horizontal. Tentukan :a. Percepatan sistem kedua benda tersebut jika bidang datar tersebut licin
b. Percepatan sistem kedua benda tersebut jika bidang datar tersebut kasar dan koefisien gesek kinetik kedua benda dengan bidang datar tersebut adalah 0,2
Jawab:
a. Percepatan sistem kedua benda tersebut jika bidang datar tersebut licin
Langkah 1 : Menggambarkan gaya-gaya yang bekerja pada sistem
Karena bidang datar licin, maka gaya gesek sama dengan nol atau todak ada gaya gesek. Sehingga gaya yang bekerja adalah gaya tarik (F), gaya berat (W), Gaya tegangan Tali (T) dan gaya normal (N) dari kedua benda tersebut.
Langka 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan ditanya
Diketahui:
Ma = 2 Kg
Mb = 4 Kg
F = 40 N
θ = 30 drajat
g = 9,8 m/s^2
Ditanya : Tentukan percepatan sistem kedua benda tersebut jika bidang datar tersebut licin?
Untuk mempermudah menyelesaikan kasus dua benda. Maka kita amati benda tersebut satu-persatu
#Amati Benda A
Untuk benda A, gaya tegangan tali (T) mengarah ke sumbu +x. Gaya inilah yang menarik benda A untuk bergerak. Setelah kita mengamati gaya yang bekerja pada benda A, selanjutnya adalah kita membagi gaya tersebut ke dalam komponen sumbu x dan y.
Tinjau Gaya yang bekerja pada sumbu Y
Karena benda mengalami perpindahan hanya terhadap sumbu x dan tidak ada perpindahan terhadap sumbu y, maka percepatan arah sumbu y sama dengan nol (ay = 0). Gaya normal (N) benda A mengarah ke sumbu +y dan gaya berat benda (W) mengarah ke sumbu -y, maka kita per oleh resultan gaya yang bekerja pada sumbu Y adalah
Tinjau gaya yang bekerja pada sumbu X
Percepatan ke arah sumbu x adalah percepatan sistem dua benda tersebut yang diakibatkan oleh gaya F. Pada benda A gaya yang mengarah pada sumbu X adalah gaya tegangan tali (T), maka diperoleh
#Amati Benda B
Pada benda B juga memiliki gaya tegangan tali (T) akan tetapi mengarah ke sumbu -x. Gaya tegangan tali inilah yang menyebabkan kedua benda dapat bergerak bersamaan sepanjang sumbu x. Dengan cara yang sama, yaitu membagi gaya tersebut ke dalam komponen sumbu x dan y.
Tinjau Gaya yang bekerja pada sumbu Y
Benda B hanya mengalami perpindahan pada arah sumbu x dan tidak mengalami perpindahan arah sumbu y maka percepatan arah sumbu y sama dengan nol. Gaya yang bekerja pada sumbu +y adalah gaya Normal (N) dan komponen gaya tarik (Fy = F Sin θ) sedangkan pada sumbu -y adalah gaya berat (W), maka diperoleh:
Tinjau gaya yang bekerja pada sumbu X
Percepatan arah sumbu x merupakan percepatan sistem (ax = a) Gaya yang mengarah ke sumbu +x adalah gaya tarik (Fx = F Cos θ) dan yang mengarah pada sumbu -x adalah gaya tegangan tali (T).
Langkah 3 : Karena besar tegangan tali adalah sama untuk kedua benda, maka kita dapat substitusikan persamaan (1) ke persamaan (2)
Substitusikan nilai-nilai yang diketahui, maka diperoleh nilai percepatan sistem
Jadi, percepatan sistem dua benda tersebut pada bidang datar licin adalah 5,77 m/s^2.
b. Percepatan sistem kedua benda tersebut jika bidang datar tersebut kasar dan koefisien gesek kinetik kedua benda dengan bidang datar tersebut adalah 0,2
Langkah 1 : Menggambarkan gaya-gaya yang bekerja pada sistem
Ketika bidang datar kasar, maka akan menimbulkan gesekan antara benda dengan bidang datar tersebu. Gesekan tersebut menimbulkan sebuah gaya yang disebut dengan gaya gesek. Arah dari gaya gesek adalah berlawanan arah dengan arah gerak benda. Gaya-gaya yang bekerja dua benda tersebut adalah gaya tarik (F), gaya berat (W), Gaya tegangan Tali (T), gaya normal (N) dan gaya kesek (Fk).
Langka 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan ditanya
Diketahui:
Ma = 2 Kg
Mb = 4 Kg
F = 40 N
µk = 0,2 (µk adalah Koefisien gesek kinetik)
θ = 30 drajat
g = 9,8 m/s^2
Ditanya : Tentukan percepatan sistem kedua benda tersebut jika bidang datar tersebut licin?
Untuk mempermudah menyelesaikan kasus dua benda. Maka kita amati benda tersebut satu-persatu
#Amati Benda A
Dengan cara yang sama pada nomor 2a. Tinjau gaya yang bekerja pada komponen sumbu X dan Y.
Tinjau Gaya yang bekerja pada sumbu Y
Tinjau gaya yang bekerja pada sumbu X
#Amati Benda B
Tinjau Gaya yang bekerja pada sumbu Y
Tinjau gaya yang bekerja pada sumbu X
Langkah 3 : Jumlahkan persamaan (1) dan (2). Ingat : besar tegangan tali dari satu tali yang sama adalah sama besar, karena benda A dan B dihubungkan dengan satu tali yang sama maka besar tegangan tali A dan B adalah sama
Jadi, percepatan sistem dua benda tersebut pada bidang datar licin adalah 4,48 m/s^2.
Baca Juga : Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Mekanika (Gerak Lurus dan Gerak Melingkar)
B. Contoh Soal Hukum 2 Newton pada Sistem Katrol
Contoh 3 – Soal Hukum 2 Newton
Dua buah balok yang dihubungkan dengan sebuah katrol yang licin dimana massa katrol diabaikan seperti pada gambar. Diketahui Massa balok A = Ma, massa balok B = Mb, Jika balok B turun dengan percepatan a dan percepatan gravitasinya g, maka tentukan besar tegangan tali yang terjadi pada balok B adalah?
Jawaban E :
Langkah 1 : Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada sistem tersebut
Agar mempermudah dalam penyelesaian kasus, maka kita perlu membagi kasus tersebut per bagian-bagian. Yaitu dengan meninjau bagian benda A dan B secara terpisah.
#Tinjau Benda A
Gaya yang bekerja pada benda A adalah gaya tegangan tali (T), gaya berat (W) dan gaya normal (N).
Tinjau gaya yang bekerja pada sumbu y pada benda A
karena benda A hanya bergerak atau berpindah ke arah sumbu x dan tidak ada perpindahan pada arah sumbu y, maka percepatan benda A ke arah sumbu y sama dengan nol (ay = 0). Gaya yang bekerja pada arah sumbu +y adalah gaya normal (N) dan gaya yang bekerja ke arah sumbu -y adalah gaya berat benda (W), sehingga diperoleh
Tinjau gaya yang bekerja pada sumbu x pada benda A
Karena panjang tali tetap, maka benda A selaras dengan gerakan benda B atau percepatan beda A sama dengan percepatan benda B saat turun, yaitu a. Karena, lantai licin maka gaya gesek antara benda dan lantai sama dengan nol. Sehingga gaya yang bekerja hanyalah gaya tegangan tali.
Ungkapan ini tidak ada dalam jawaban. Selanjutnya kita coba meninjau benda B
#Tinjau Benda B
Gaya dan perpindahan benda B hanya ke arah sumbu Y saja, maka diperoleh
Ungkapan besar tegangan tali yang diperoleh ada pada jawaban E. Pada dasarnya besar tegangan tali jika ditinjau dari benda A dan B adalah sama, hal ini dikarenakan kedua benda dihubungkan oleh satu tali yang sama dan bergerak bersamaan atau bergerak selara. Hanya saja Uangkan dalam benda A berbeda dengan benda B, namun nilainya tetap sama.
Contoh 4 – Soal Hukum 2 Newton
Perhatikan pada gambar di bawah ini! Massa balok masing-masing benda M1 = 6 Kg dan M2 = 4 Kg, serta massa katrol diabaikan. Jika permukaan bidang licin dan percepatan gravitasi (g = 10 m/s^2), maka percepatan sistem adalah?
Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada sistem tersebut
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan ditanyakan
Diketahui:
M1 = 6 Kg
M2 = 4 Kg
g = 10 m/s^2
Ditanya : Percepatan sistem (a) = .... ?
Agar mempermudah dalam penyelesaian kasus, maka kita perlu membagi kasus tersebut per bagian-bagian. Yaitu dengan meninjau bagian benda A dan B secara terpisah.
#Tinjau Benda 1
Gaya yang bekerja pada benda 1 adalah gaya tegangan tali (T), gaya berat (W) dan gaya normal (N).
Tinjau gaya yang bekerja pada sumbu y pada benda 1
Perhatikan pada benda 1, gaya yang bekerja ke arah sumbu +y adalah gaya normal (N1) dan gaya yang bekerja ke arah sumbu -y adalah gaya berat benda (W1). Karena benda 1 hanya berpindah ke arah x saja dan tidak ada perpindahan ke arah sumbu y maka percepatan arah sumbu y sama dengan nol (ay = 0).
Tinjau gaya yang bekerja pada sumbu x pada benda 1
Pada benda 1 gaya yang bekerja sumbu x hanya gaya tegangan tali (T) yang mengarah ke sumbu +x. Dan percepatan ke arah sumbu x sama dengan percepatan sistem (ax = a)
#Tinjau Benda 2
Gaya dan perpindahan benda 2 hanya ke arah sumbu Y saja, maka diperoleh
Ingat : dalam menyelesaikan kasus-kasus dalam fisika, salah satu kuncinya adalah konsistensi. Kita telah menggunakan sistem koordinat dimana, arah ke atas adalah +y dan ke bawah adalah -y. Karena percepatan merupakan vektor, konsekuensinya adalah percepatan benda ay adan bernilai negatif hal ini karena arah gerak benda 2 ke arah sumbu -y.
Langkah selanjutnya adalah substitusikan persamaan (1) ke persamaan (2)
Substitusikan semua nilai yang diketahui, maka diperoleh:
Jadi, percepatan sistem adalah 4 m.s^2.
Baca Juga Contoh soal Lainya : Contoh Soal Kapasitor Seri-Paralel dan Pembahasannya
Terima Kasih Telah Berkunjung dan Selamat Belajar
Advertisement