Contoh Soal Fisika: Jarak Pengereman & Hukum Newton

by ADMIN 52 views

Kalian lagi nyari contoh soal fisika yang seru dan menantang? Pas banget! Di artikel ini, kita bakal bahas dua contoh soal yang sering banget muncul di pelajaran fisika, yaitu tentang jarak pengereman dan aplikasi Hukum Newton. Yuk, langsung aja kita bahas satu per satu!

Soal 1: Menghitung Jarak Pengereman Mobil

Soal

Sebuah mobil dengan massa 3.000 kg sedang melaju dengan kecepatan 25 m/s. Tiba-tiba, mobil tersebut direm dengan gaya sebesar 12.000 N. Pertanyaannya adalah, berapa jarak yang ditempuh mobil mulai dari saat direm sampai akhirnya berhenti?

Pembahasan

Guys, soal ini menguji pemahaman kita tentang konsep gaya, massa, kecepatan, dan yang paling penting, hubungan antara usaha dan energi. Biar lebih kebayang, yuk kita pecah masalahnya jadi beberapa langkah:

  1. Identifikasi Informasi yang Diketahui

    • Massa mobil (m) = 3.000 kg
    • Kecepatan awal mobil (vâ‚€) = 25 m/s
    • Gaya pengereman (F) = 12.000 N
    • Kecepatan akhir mobil (v) = 0 m/s (karena mobil berhenti)

  2. Cari Perlambatan (a)

    Perlambatan ini penting banget karena menunjukkan seberapa cepat kecepatan mobil berkurang akibat pengereman. Kita bisa pakai Hukum Newton II untuk mencari perlambatan:

    F = m * a

    12.000 N = 3.000 kg * a

    a = 12.000 N / 3.000 kg = 4 m/s²

    Ingat, karena ini perlambatan, nilainya sebenarnya -4 m/s². Tanda negatif menunjukkan bahwa arah perlambatan berlawanan dengan arah kecepatan awal mobil.

  3. Hitung Jarak Pengereman (s)

    Nah, sekarang kita udah punya perlambatan, kita bisa cari jarak pengereman pakai persamaan GLBB (Gerak Lurus Berubah Beraturan). Ada beberapa persamaan GLBB, tapi yang paling cocok untuk soal ini adalah:

    v² = v₀² + 2 * a * s

    Karena kita mau cari jarak (s), kita ubah persamaannya jadi:

    s = (v² - v₀²) / (2 * a)

    Sekarang tinggal masukin angka:

    s = (0² - 25²) / (2 * -4)

    s = (-625) / (-8)

    s = 78.125 m

Jawaban

Jadi, jarak yang ditempuh mobil mulai direm sampai berhenti adalah 78.125 meter. Lumayan jauh juga ya!

Pembahasan Detail Konsep Usaha dan Energi

Dalam soal ini, gaya pengereman melakukan usaha untuk mengurangi energi kinetik mobil. Usaha (W) dihitung dengan rumus:

W = F * s

Dimana:

  • W adalah usaha (dalam Joule)
  • F adalah gaya (dalam Newton)
  • s adalah jarak (dalam meter)

Energi kinetik (EK) mobil dihitung dengan rumus:

EK = 1/2 * m * v²

Dimana:

  • EK adalah energi kinetik (dalam Joule)
  • m adalah massa (dalam kg)
  • v adalah kecepatan (dalam m/s)

Saat mobil direm, usaha yang dilakukan oleh gaya pengereman akan sama dengan perubahan energi kinetik mobil. Energi kinetik mobil berkurang karena kecepatannya berkurang sampai akhirnya berhenti. Konsep ini penting banget untuk memahami hubungan antara gaya, usaha, dan energi dalam fisika.

Soal 2: Aplikasi Hukum Newton pada Benda

Soal

Sebuah benda bermassa 10 kg ditarik oleh gaya sebesar 50 N dengan arah membentuk sudut 30° terhadap horizontal. Jika lantai licin dan tidak ada gaya gesek, hitung percepatan benda.

Pembahasan

Soal ini menguji pemahaman kita tentang Hukum Newton I dan II, terutama tentang bagaimana menguraikan gaya dan menghitung resultan gaya. Yuk, kita bedah soalnya:

  1. Gambar Diagram Gaya

    Langkah pertama yang penting adalah menggambar diagram gaya. Ini akan membantu kita memvisualisasikan gaya-gaya yang bekerja pada benda. Dalam soal ini, ada:

    • Gaya tarik (F) = 50 N dengan sudut 30° terhadap horizontal
    • Gaya berat (w) = m * g (dengan g = percepatan gravitasi ≈ 9.8 m/s²)
    • Gaya normal (N), yaitu gaya reaksi dari lantai yang tegak lurus terhadap permukaan

  2. Uraikan Gaya Tarik (F) Menjadi Komponen Horizontal (Fx) dan Vertikal (Fy)

    Karena gaya tarik membentuk sudut, kita perlu menguraikannya menjadi komponen horizontal dan vertikal. Kita pakai trigonometri:

    • Fx = F * cos(30°) = 50 N * cos(30°) ≈ 43.3 N
    • Fy = F * sin(30°) = 50 N * sin(30°) = 25 N

  3. Analisis Gaya pada Arah Vertikal

    Dalam arah vertikal, benda tidak bergerak (tidak ada percepatan vertikal). Ini berarti gaya-gaya vertikal harus seimbang. Gaya-gaya vertikal yang bekerja adalah gaya berat (w) yang arahnya ke bawah dan gaya normal (N) serta komponen vertikal gaya tarik (Fy) yang arahnya ke atas. Jadi:

    N + Fy = w

    N + 25 N = 10 kg * 9.8 m/s²

    N + 25 N = 98 N

    N = 73 N

    Meskipun kita sudah menghitung gaya normal, informasi ini sebenarnya tidak kita butuhkan untuk mencari percepatan benda (karena percepatan benda hanya terjadi pada arah horizontal).

  4. Hitung Percepatan Benda (a) pada Arah Horizontal

    Pada arah horizontal, hanya ada satu gaya yang bekerja, yaitu komponen horizontal gaya tarik (Fx). Kita bisa pakai Hukum Newton II:

    ΣFx = m * a

    43.3 N = 10 kg * a

    a = 43.3 N / 10 kg

    a = 4.33 m/s²

Jawaban

Jadi, percepatan benda adalah 4.33 m/s².

Kesimpulan

Itu dia guys, pembahasan dua contoh soal fisika yang menarik. Soal pertama tentang jarak pengereman, kita belajar tentang hubungan antara usaha dan energi. Soal kedua tentang aplikasi Hukum Newton, kita belajar tentang menguraikan gaya dan menghitung resultan gaya. Dengan memahami konsep-konsep dasar ini, kalian akan lebih mudah mengerjakan soal-soal fisika lainnya. Semangat terus belajarnya ya!