Gaya Benda Gerak Bidang Miring

Pengertian Gaya. Gaya merupakan suatu besaran yang menyebabkan suatu benda menjadi dapat bergerak. Gaya merupakan dorongan atau tarikan yang akan mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda.

Gaya memiliki nilai dan arah, oleh karenanya gaya adalah besaran yang mengikuti aturan- aturan penjumlahan vector.

Dalam satuan Sistem Internasional (SI), percepatan gravitasi dinyatakan dalam m/s2. Percepatan gravitasi di suatu tempat pada permukaan bumi sebesar g = 9,80 m/s2.

Satuan Percepatan Gravitasi dapat dinyatakan dalam N/kg, di mana g = 9,80 m/s2, atau g = 9,80 N/kg. Hal ini berarti, sebuah benda yang massanya 1 kg di permukaan bumi memiliki berat sebesar:

w = 1 kg × 9,80 m/s2 = 9,80 N

Gaya Berat

Gaya berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda yang memiliki massa m. Arah gaya berat selalu mengarah ke pusat bumi.

Contoh Gambar Persamaan Rumus Gaya Berat Pada Benda
Contoh Gambar Persamaan Rumus Gaya Berat Pada Benda

Gaya berat yang bekerja pada suatu benda dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

w = m.g

dengan kerterangan

w = gaya berat, N

m = massa benda, kg

g =percepatan gravitasi, m/s2

Jadi, gaya berat (w) yang dialami suatu benda nilainya sama dengan perkalian antara massa (m) benda tersebut dengan percepatan gravitasi (g) di tempat itu.

Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Gaya Berat

Jika percapatan gravitasi di kota Bandung adalah 10 m/s2, maka berapakah berat benda yang bermassa 10 kg di Bandung…

Penyelesaian

Diketahui

m = 10 kg

g = 10 m/s2

Jawab

w = m.g

w = 10 x 10

w = 100 N

jadi berat benda tersebut di kota Bandung adalah 100 Newton.

Gaya Normal.

resultan gaya pada sebuah benda yang tetap diam adalah nol. Sehingga pasti ada gaya lain pada benda tersebut untuk mengimbangi gaya gravitasi.

Gambar Contoh Peramaan Rumus Gaya Normal Benda
Gambar Contoh Peramaan Rumus Gaya Normal Benda

Untuk sebuah benda yang diam di atas sebuah bidang datar, maka bidang tersebut akan memberikan gaya yang arahnya ke atas. Gaya yang diberikan oleh bidang ini sering disebut dengan gaya sentuh,  karena terjadi jika dua benda bersentuhan.

Ketika gaya sentuh tegak lurus terhadap permukaan bidang sentuh, gaya itu biasa disebut dengan gaya normal N (“normal” berarti tegak lurus).

Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh.

Kedua gaya yang ditunjukkan pada Gambar, bekerja pada benda yang tetap dalam keadaan diam, sehingga jumlah vektor kedua gaya ini pastilah nol. Dengan demikian, w dan N harus memiliki besar yang sama dan berlawanan arah.

Untuk permukaan bidang yang datar, besarnya gaya normal sama dengan  gaya berat, hal ini dikarenakan gaya normal dan gaya berat merupakan pasangan aksi reaksi.

Besarnya gaya normal yang bekerja pada suatu benda pada permukaan bidang datar dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut

N – w =0

N = w

N = m. g

Sedangkan, untuk permukaan bidang miring, besarnya gaya normal dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

N – w cos α =0

N = w cos α

N = m. g cos α

Dengan keterangan

N = gaya normal, N

m = massa benda, kg

g = percepatan gravitasi, m/s2

α= kemiringan bidang permukaan

Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Normal

Benda bermassa 5 kg terletak diam di atas sebuah bidang. Tentukanlah gaya normal yang bekerja pada benda jika bidang tersebut

  1. datar, dan
  2. membentuk sudut 30° terhadap bidang datar.

Penyelesaian

m = 10kg

g = 10m/s2

Jawab

Pada benda bekerja gaya berat

w = mg = (5 kg)(10 m/s2)

w = 50 N dan

Besar gaya normal, N.

Karena benda diam, sesuai dengan Hukum Pertama Newton, maka resultan gayanya harus sama dengan nol maka

ΣF = 0

N – w = 0

N = w = 50 N.

Untuk mendapatkan besar gaya normal, maka uraikan berat w ke sumbu-y (sumbu-y berimpit dengan N).

Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Normal
Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Normal

Pada sumbu-y benda diam maka

wy = w cos 30°

wy= (50)(1/2Ö 3 )

wy = 25 √3 N. atau

wy= 43,3 N

Pada sumbu-y benda posisi diam, maka

ΣFy=0

N – wy = 0

Sehingga diperoleh

N – wy = 43,3 N

Gaya Gesekan

Gaya gesek adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis.

Persamaan Rumus Gaya Gesekan Statis Kinetik
Persamaan Rumus Gaya Gesekan Statis Kinetik

Gaya Gesek Statis

Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. Dan Selama benda masih diam berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol (hukum I Newton).

Jadi, selama benda masih diam gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda tersebut. Besar gaya gesek statis mencapai nilai maksimum ketika benda tepat akan bergerak.

Secara matematis gaya gesekan dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan  sebagai berikut.

fs,maks = ms .N

Keterangan:

N = Gaya normal, N

fs =gaya gesekan statis maksimum (N)

ms = koefisien gesekan statis

Gaya Gesek Kinetik

Gaya gesek kinetis (fk) adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor.

Perbandingan antara gaya gesekan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya gesekan kinetis (mk). Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut.

fk = mk .N

Dengan Keterangan:

N = gaya normal, N

fk = gaya gesekan kinetis (N)

mk = koefisien gesekan kinetis

Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesekan

Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar kasar. μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik gaya sebesar F mendatar. g = 10 m/s2. Tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika: a. gaya tarik F = 100 N dan b. gaya tarik  F = 140 N

Penyelesaian

m = 20 kg

μs = 0,6

μk = 0,3

g = 10 m/s2

Gaya normal N memenuhi:

N = w = m.g = 200 N

Pengaruh gaya F dapat diketahui dengan menghitung dahulu gaya gesek pada balok

fs max.= μs . N

fs max. = 0,6 . 200 = 120 N

Jika balok ditarik degan gaya F = 100 N, maka

F < fs max berarti keadaan balok masih tetap diam.

 sesuai hukum I Newton dimana ΣF = 0 maka diperoleh:

fs = F = 100 N dan percepatannya adalah

a = 0

Jika balok diberi gaya Tarik sebesar F = 140 N, maka

F > fs max berarti balok bergerak.

Gaya geseknya adalah gaya gesek kinetik, yaitu sebesar:

fk = μk N

fk = 0,3 . 200 = 60 N

Percepatan balok dapat ditentukan dengan menggunakan hukum II Newton yaitu sebagai berikut.

ΣF = m a

F − fk = m . a

140 − 60 = 20 a

a = 4 m/s2

Gerak Benda pada Bidang Datar

Pada gambar terlihat bahwa Sebuah benda berbentuk balok diletakan di atas bidang datar dengan permukaan yang licin. Balok kemudin diberi gaya sebesar F arah mendatar. Gaya ini menyebabkan balok bergerak lurus dengan percepatan a.

Persamaan Gaya Gerak Benda Pada Bidang Datar
Persamaan Gaya Gerak Benda Pada Bidang Datar

Gaya gaya yang bekerja pada sumbu-y adalah

∑Fy=N – w

Benda tidak bergerak pada sumbu-y, maka

∑Fy=0 atau

∑Fy=N – w = 0 atau

N = w = m.g

Sedangkan gaya yang bekerja pada sumbu-x adalah

∑Fx=m.a atau

F = m.a atau a=/F/m

Dengan keterangan

a = percepatan (m/s2)

F = gaya, N

m = massa, kg

Contoh Soal Perhitungan Rumus Gerak Benda pada Bidang Datar

Pada permukaan bidang datar yang licin, artinya tidak ada gaya gesekan yang bekerja anatara benda dengan bidang. Sebuah benda bermassa 4 kg terletak di atas bidang tersebut. Benda diberi gaya mendatar sebesar 10 N. Hitunglah percepatan benda tersebut

Diketahui

m = 4 kg

F = 10 N

a=F/m = 10/4

a = 2,5 m/s2

Gerak Benda Pada Bidang Miring

Sebuah benda memiliki gaya beart w = m.g diletakan di atas permukaan licin bidang miring yang membentuk sudut kemiringan a terhadap garis horizontal.

Rumus Gaya Gerak Benda Pada Bidang Miring
Rumus Gaya Gerak Benda Pada Bidang Miring

Gaya yang bekerja pada benda adalah gaya normal N yang memiliki arah tegak lurus terhadap bidang sentuh (bidang miring)

Sumbu-x sejajar dengan bidang miring dan sumbu-y tegak lurus pada bidang miring.

Komponen gaya berat pada sumbu-x

wx = m.g sin α

Karena benda bergerak pada sumbu X (gaya yang menyebabkan benda bergerak adalah gaya yang sejajar dengan bidang miring), maka percepatan yang dialami oleh benda adalah sebagai berikut.

∑Fx = m. a

m.g sin α = m. a atau

a =g sin α

komponen gaya berat pada sumbu-y

wy= m.g cos α

Gaya yang bekerja pada sumbu-y adalah

∑Fy= N – wy

∑Fy= N –m.g cos α

Benda tidak bergerak pada sumbu-y, sehingga

∑Fy= 0

∑Fy= N –m.g cos α =0

N = m.g cos α

Dengan Keterangan

N = gaya Normal N

m = massa benda, kg

α= sudut kemiringan

g = percepatan graitasi m/s2

Contoh Soal Ujian Rumus Perhitungan Gerak Benda Pada Bidang Miring

Sebuah balok yang massanya 6 kg meluncur ke bawah pada sebuah papan licin yang dimiringkan 30° dari lantai.

Jika jarak lantai dengan balok 10 m dan besarnya gaya gravitasi ditempat itu 10 ms-2, maka tentukan percepatan dan waktu yang diperlukan balok untuk sampai di lantai!

Diketahui

m = 6 kg

s = 10 m

α= 30°

g = 10 ms-2

Ditanyakan:

a = …?

t = …?

Jawab :

Gaya berat balok diuraikan pada sumbu-x (bidang miring) dan Sumbu-y (garis tegak lurus bidang miring). Benda meluncur dengan gaya F = w sin 30°.

Percepatan ditentukan dengan menggunakan  hukum II Newton

F = m × a

w sin 30° = m × a

m × g sin 30° = m × a

6 × 10 × 0,5 = 6 a

a = 30/6

a= 5 ms-2

Jadi, balok tersebut meluncur ke bawah dengan percepatan 5 ms-2.

Waktu t yang dibutuhkan sampai ke lantai menggunakan persamaan pada GLBB

St= v0.t + ½ a.t2

Karena v0 = 0, maka

St= ½ a.t2

t2 = (2x St)/a

t2 = (2 x10)/5

t = 2 detik

Jadi, waktu yang diperlukan balok untuk sampai ke lantai adalah 2 detik.

Gerak Benda Orang Pada Tali Katrol dan Lift

Dua buah benda balok A dan B dihubungkan dengan seutas tali melalui sebuah katrol yang licin dan massa katrol diabaikan. Apabila massa benda A lebih besar dari massa benda B (mA > mB), maka benda A akan bergerak turun dan B akan bergerak naik.

Karena massa katrol dan gesekan pada katrol diabaikan, maka selama sistem bergerak, besarnya tegangan pada kedua ujung tali adalah sama yaitu T. Selain itu, percepatan yang dialami oleh masing- masing benda adalah sama yaitu sebesar a.

Gaya Gerak Benda Orang Pada Tali Katrol dan Lift
Gaya Gerak Benda Orang Pada Tali Katrol dan Lift

Gaya -gaya yang searah dengan gerak benda diberi tanda positif (+), sedangkan Gaya -gaya yang berlawanan arah dengan gerak benda diberi tanda negatif (-).

Resultan gaya yang bekerja pada benda balok A adalah:

ΣFA = mA .a

wA – T = mA.a

Resultan gaya yang bekerja pada benda balok B adalah:

ΣFB = mB.a

T – wB = mB.a

Berdasarkan  persamaan Hukum II Newton dapat dinyatakan sebagai berikut:

ΣF = Σm.a

wA – wB = mA.a + mB.a

(mA – mB)g =(mA + mB)a

a = g (mA – mB)/(mA + mB)

dengan keterangan

a = percepatan sistem (m/s2)

mA = massa benda A (kg)

mB = massa benda B (kg)

g = percepatan gravitasi setempat (m/s2)

Menentukan Tegangan Tali Katrol

Besarnya tegangan tali katrol (T ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

T = mA (g – a)  atau

T = mB (a + g)

Contoh Soal Perhitungan Gaya Berat Benda Gerak Pada Lift

Berat seseorang ketika diukur di atas lantai adalah 700N. kemudian orang tersebut turun menggunakan lift yang bergerak  ke bawah dengan perepatan 4 m/s2. Jika percepatan gravitasi 10m/s2, berapakah berat orang di dalam lift tersebut.

Contoh Soal Perhitungan Gaya Berat Benda Gerak Pada Lift
Contoh Soal Perhitungan Gaya Berat Benda Gerak Pada Lift

Penyelesaian

Diketahui

w = 700N

a = 4m/s2

g = 10 m/s2

Jawab.

w = m.g

w = 700 N maka

m = 70 kg

Berat orang yang berada dalam lift bergerak sama dengan gaya normal yang diterimannya. Lift dipercepat ke bawah sehingga berlaku:

ΣF = m a

w − N = m a

700 − N = 70 x 4

N = 420 N

jadi berat orang dalam lift yang begerak kebawah adalah 420 N

Gerak Benda Kendaraan Mobil Pada Belokan Tikungan

Contoh Soal Rumus Gerak Benda pada Belokan Tikungan

Sebuah mobil bermassa 400 kg sedang melintasi belokan jalan yang melingkar dengan jari- jari 30 m. Jalan tersebut dirancang dengan kemiringan 370. Berapakah kecepatan maksimum yang diperbolehkan pada mobil itu?

Contoh Soal Rumus Gerak Benda pada Belokan Tikungan
Contoh Soal Rumus Gerak Benda pada Belokan Tikungan

Penyelesaian

Diketahui

m = 400 kg

w = m.g = 4000 N

R = 30 m

α = 37O

Pada mobil yang bergerak melingkar harus memiliki gaya sentripetal sehingga dapat melintas dengan aman.

Gaya gaya pada mobil itu dapat dilihat pada Gambar  Mobil tidak bergerak vertikal berarti berlaku hukum I Newton pada arah vertikal sehingga diperoleh nilai N:

ΣF = 0

N cos 37O − w = 0

N x 0,8 − 4000 = 0

N = 4000/0,8= 5000 N

Sedangkan pada arah horisontal terdapat proyeksi N sin 370. Gaya inilah yang bertindak sebagai gaya sentripetal Fs sehingga berlaku:

Fs= N sin 370

(m.v2)/R = N sin 370

400 x v2/R = 5000x 0,6

v2=225

v =15m/s

Daftar Pustaka:

  1. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  1. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  2. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  3. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  4. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  5. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  6. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  7. Ardra.Biz, 2019, “Gaya Berat, Pengertian Gaya, Contoh Gaya Berat, Rumus Gaya Berat, Satuan Lambang gaya berat, Satuan Percepatan Gravitasi, gaya gravitasi, Contoh Gambar Gaya Berat Benda, Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Gaya Berat,
  8. Ardra.Biz, 2019, “Gaya Normal, Pengertian Gaya Normal, Rumus Persamaan Gaya Normal, Satuan Lambang Gaya Normal, Pengertian gaya sentuh, Arah gaya berat, arah gaya normal, Contoh Gambar Gaya Normal, Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Normal,
  9. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gaya Gesekan, Rumus persamaan gaya gesekan, Gambar Gaya Gesekan, Jenis gaya gesekan, Gaya Gesek Statis, Gaya Gesekan Benda Diam, Gaya Gesekan Benda Bergerak, Satuan gaya gesekan statis maksimum, koefisien gesekan statis,
  10. Ardra.Biz, 2019, “Gaya Gesek Kinetik, Pengertian gaya dissipative, Gaya gesek kinetis, koefisien gesekan kinetis, Rumus gaya gesekan, Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesekan,  Gerak Benda pada Bidang Datar, Gaya pada benda gerak di bidang datar,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Gaya gaya yang bekerja benda bergerak di bidang datar, Gaya gaya yang bekerja benda bergerak di bidang miring, Contoh Soal Perhitungan Rumus Gerak Benda pada Bidang Datar, Gerak Benda Pada Bidang Miring,
  12. Ardra.Biz, 2019, “Contoh Soal Ujian Rumus Perhitungan Gerak Benda Pada Bidang Miring, Gerak Benda Orang Pada Tali Katrol dan Lift, Menentukan Tegangan Tali Katrol,
  13. Ardra.Biz, 2019, “Contoh Soal Perhitungan Gaya Berat Benda Gerak Pada Lift, Gerak Benda Kendaraan Mobil Pada Belokan Tikungan, Contoh Soal Rumus Gerak Benda pada Belokan Tikungan,