Gaya Normal & Percepatan Balok Es: Contoh Soal Fisika

by ADMIN 54 views
Iklan Headers

Kalian pasti pernah kan lihat balok es didorong di atas permukaan yang licin? Nah, kali ini kita akan membahas soal fisika yang berhubungan dengan kejadian itu. Soalnya, sebuah balok es dengan massa 10 kg didorong dengan gaya 100 N. Kita akan mencari berapa gaya normal yang bekerja pada balok es dan berapa percepatannya. Penasaran? Yuk, simak penjelasannya!

Soal Fisika: Balok Es yang Didorong

Berikut adalah soal lengkapnya:

Sebuah balok es yang massanya 10 kg didorong dengan gaya 100 N seperti gambar berikut ini (gambar balok es didorong pada bidang miring dengan ketinggian 6 m dan panjang lintasan 8 m). Bidang permukaannya licin. Tentukan gaya normal dan percepatan yang dialami oleh balok es tersebut.

Diketahui:

  • Massa balok es (m) = 10 kg
  • Gaya dorong (F) = 100 N
  • Ketinggian bidang miring (h) = 6 m
  • Panjang lintasan (s) = 8 m
  • Permukaan licin (tidak ada gaya gesek)

Ditanya:

  • Gaya normal (N) = ?
  • Percepatan (a) = ?

Pembahasan Gaya Normal dan Percepatan

1. Menentukan Gaya Normal

Gaya normal adalah gaya reaksi yang diberikan oleh permukaan bidang terhadap benda yang berada di atasnya. Gaya ini selalu tegak lurus terhadap permukaan bidang. Untuk menghitung gaya normal pada balok es yang berada di bidang miring, kita perlu menguraikan gaya berat (w) balok es menjadi dua komponen:

  • w_y, yaitu komponen gaya berat yang tegak lurus terhadap bidang miring.
  • w_x, yaitu komponen gaya berat yang sejajar dengan bidang miring.

Gaya normal (N) akan sama dengan komponen gaya berat yang tegak lurus terhadap bidang miring (w_y).

Rumus untuk menghitung w_y adalah:

w_y = w * cos(θ)

Di mana:

  • w adalah gaya berat balok es (w = m * g, dengan g adalah percepatan gravitasi ≈ 9.8 m/s²)
  • θ adalah sudut kemiringan bidang miring.

Langkah-langkah menghitung gaya normal:

  1. Hitung gaya berat (w):

    w = m * g = 10 kg * 9.8 m/s² = 98 N

  2. Hitung sudut kemiringan (θ):

    Kita bisa menggunakan trigonometri untuk mencari sudut θ. Dari gambar, kita tahu bahwa:

    • Sisi depan (opposite) = 6 m
    • Sisi miring (hypotenuse) = 8 m

    Kita bisa menggunakan fungsi sinus:

    sin(θ) = opposite / hypotenuse = 6 m / 8 m = 0.75

    Maka,

    θ = arcsin(0.75) ≈ 48.59°

  3. Hitung cos(θ):

    cos(48.59°) ≈ 0.66

  4. Hitung w_y:

    w_y = w * cos(θ) = 98 N * 0.66 ≈ 64.68 N

  5. Gaya normal (N) = w_y:

    N ≈ 64.68 N

Jadi, gaya normal yang dialami oleh balok es adalah sekitar 64.68 N.

2. Menentukan Percepatan

Untuk menghitung percepatan balok es, kita akan menggunakan Hukum Newton II:

ΣF = m * a

Di mana:

  • ΣF adalah resultan gaya yang bekerja pada balok es.
  • m adalah massa balok es.
  • a adalah percepatan balok es.

Pada kasus ini, ada dua gaya yang bekerja pada balok es sejajar dengan bidang miring:

  1. Gaya dorong (F) = 100 N
  2. Komponen gaya berat yang sejajar dengan bidang miring (w_x)

Langkah-langkah menghitung percepatan:

  1. Hitung w_x:

    w_x = w * sin(θ) = 98 N * sin(48.59°) = 98 N * 0.75 ≈ 73.5 N

  2. Hitung resultan gaya (ΣF):

    Resultan gaya adalah selisih antara gaya dorong dan w_x (karena arahnya berlawanan).

    ΣF = F - w_x = 100 N - 73.5 N = 26.5 N

  3. Hitung percepatan (a):

    a = ΣF / m = 26.5 N / 10 kg = 2.65 m/s²

Jadi, percepatan yang dialami oleh balok es adalah 2.65 m/s².

Kesimpulan Pembahasan Soal Fisika

Setelah melalui perhitungan yang cukup panjang, akhirnya kita mendapatkan jawabannya!

  • Gaya normal yang dialami balok es adalah sekitar 64.68 N.
  • Percepatan yang dialami balok es adalah 2.65 m/s².

Guys, dengan memahami konsep gaya normal, gaya berat, dan Hukum Newton II, kita bisa menyelesaikan soal fisika seperti ini. Jangan lupa untuk selalu menguraikan gaya-gaya yang bekerja pada benda agar perhitungan menjadi lebih mudah. Semoga penjelasan ini bermanfaat dan sampai jumpa di pembahasan soal fisika lainnya!

Tips Tambahan untuk Memahami Konsep Gaya

Memahami konsep gaya dalam fisika memang butuh latihan dan pemahaman yang kuat. Berikut ini beberapa tips tambahan yang bisa kalian coba:

  • Visualisasikan gaya: Coba bayangkan gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda. Gambarlah diagram gaya untuk membantu kalian memahami arah dan besarnya gaya.
  • Pahami Hukum Newton: Hukum Newton adalah dasar dari mekanika. Pahami ketiga hukum Newton dan bagaimana penerapannya dalam berbagai situasi.
  • Latihan soal: Semakin banyak kalian mengerjakan soal, semakin terlatih kalian dalam memahami konsep dan menyelesaikan masalah fisika.
  • Diskusikan dengan teman atau guru: Jangan ragu untuk bertanya jika ada konsep yang belum kalian pahami. Diskusi dengan teman atau guru bisa membantu kalian memperjelas pemahaman.

Dengan tips ini, diharapkan kalian bisa lebih mudah memahami konsep gaya dan menerapkannya dalam menyelesaikan soal-soal fisika. Semangat belajar, guys!