Fisikastudycenter.com- Contoh Soal dan Pembahasan tentang Keseimbangan Benda Tegar, Materi Fisika kelas 2 (11) SMA. Contoh mencakup kesetimbangan translasi, kesetimbangan rotasi pada soal-soal yang umum dibahas di bangku SMA dengan analisa penguraian gaya dan penggunaan rumus torsi (momen gaya). Rumus-Rumus Minimal : Momen gaya
τ = Fd Keterangan : F = gaya (Newton) d = jarak (yang tegak lurus) gaya ke poros (meter)
τ = momen gaya atau torsi (Nm)
Penguraian Gaya Fx = F cos θ Fy = F sin θ Keterangan :
θ = sudut antara gaya F terhadap sumbu X
Syarat Keseimbangan Translasi Σ Fx = 0 Σ Fy = 0 Syarat Keseimbangan Translasi dan Rotasi Σ Fx = 0 Σ Fy = 0
Στ=0
Gaya Gesek
f=μN
Keterangan : f = gaya gesek (N)
μ = koefisien gesekan N = Normal Force (N) Gaya Berat W = mg Keterangan : W = berat benda (N) m = massa benda (kg) 2 g = percepatan gravitasi bumi (m/s )
Soal No. 1 Kotak lampu digantung pada sebuah pohon dengan menggunakan tali, batang kayu dan engsel seperti terlihat pada gambar berikut ini:
Jika : AC = 4 m BC = 1 m Massa batang AC = 50 kg Massa kotak lampu = 20 kg 2 Percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s Tentukan besarnya tegangan tali yang menghubungkan batang kayu dengan pohon!
Pembahasan Penguraian gaya-gaya dengan mengabaikan gaya-gaya di titik A (karena akan dijadikan poros) :
Syarat seimbang Σ τA = 0
Soal No. 2 Seorang anak memanjat tali dan berhenti pada posisi seperti diperlihatkan gambar berikut!
Tentukan besar tegangan-tegangan tali yang menahan anak tersebut jika massa anak adalah 50 kg! Pembahasan Penguraian gaya-gaya dari peristiwa di atas seperti b erikut:
Syarat seimbang Σ Fx = 0, Σ Fy = 0
(Persamaan 1)
(Persamaan 2) Dari persamaan 2 dan 1 didapatkan :
Soal No. 3 Seorang anak bermassa 50 kg berdiri diatas tong 50 kg diatas sebuah papan kayu bermassa 200 kg yang bertumpu pada tonggak A dan C.
Jika jarak anak dari titik A adalah 1 meter dan panjang papan kayu AC adalah 4 m, tentukan : a) Gaya yang dialami tonggak A b) Gaya yang dialami tonggak C Pembahasan Berikut ilustrasi gambar penguraian gaya-gaya da ri soal di atas :
WB = Wanak + Wtong = 1000 N a) Mencari gaya yang dialami tonggak A, titik C jadikan poros
b) Mencari gaya yang dialami tonggak C, titik A jadikan poros
Soal No. 4 Seorang anak bermassa 100 kg berada diatas jembatan papan kayu bermassa 100 kg yang diletakkan di atas dua tonggak A dan C tanpa dipaku. Sebuah tong berisi air bermassa total 50 kg diletakkan di titik B.
Jika jarak AB = 2 m, BC = 3 m dan AD = 8 m, berapa jarak terjauh anak dapat melangkah dari titik C agar papan kayu tidak terbalik? Pembahasan Ilustrasi gaya-gaya :
Titik C jadikan poros, saat papan tepat akan terbalik NA = 0
Soal No. 5 Sebuah tangga seberat 500 N di letakkan pada dinding selasar sebuah hotel seperti gambar di bawah ini!
Jika dinding selasar licin, lantai diujung lain tangg a kasar dan tangga tepat akan tergelincir, tentukan koefisien gesekan antara lantai dan tangga! Pembahasan Cara pertama :
μ = 1/[2tan θ] = 1/[2(8/6)] = 6/ [2(8)] = 3/8 Cara kedua :
Ilustrasi gaya- gaya pada soal di atas dan jarak-jarak yang diperlukan :
Urutan yang paling mudah jika dimulai dengan ΣFY kemudian ΣτB terakhir ΣFX. (Catatan : ΣτA tak perlu diikutkan!) Jumlah gaya pada sumbu Y (garis vertikal) harus nol :
Jumlah torsi di B juga harus nol :
Jumlah gaya sumbu X (garis horizontal) juga nol :
Soal No. 6 Budi hendak menaikkan sebuah drum yang bermassa total 120 kg dengan sebuah katrol seperti terlihat pada gambar berikut.
Jari-jari drum adalah 40 cm dan tali katrol membentuk sudut 53° terhadap horizontal. Jika 2 percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s , tentukan gaya besar gaya yang diberikan Budi agar drum tepat akan terangkat! Pembahasan Sketsa soal di atas adalah sebagai berikut.
Gaya normal yang segaris dengan gaya berat w tidak diikutkan karena saat tepat drum akan terangkat nilai gaya normal adalah nol, juga gaya normal pada poros tidak diikutkan karena menghasilkan torsi sebesar nol. Berikutnya adalah menentukan jarak gaya F ke poros dan gaya w ke poros.
Dari gambar terlihat jarak gaya F ke poros P adalah 2r. df = 2r = 2× 40 cm = 80 cm Jarak gaya w ke poros dapat ditentukan dengan memakai sudut yang diketahui.
dw = r cos 37° dw = 40 cm × 0,8 = 32 cm Terakhir, syarat kesetimbangan: Σ τ p = 0
Soal No. 7 Tiga buah beban m1, m2 dan m3 digantungkan dengan tali melalui dua katrol tetap yang licin (lihat gambar)
Bila sistem dalam keadaan seimbang dan m2 = 500 gram tentukan: a) massa m1 b) massa m3 Pembahasan Dengan rumus sinus
a) massa m1
b) massa m3
Soal No. 8 Perhatikan gambar!
Balok AB = 5 m, BZ = 1 m (Z = titik berat balok). Jika berat balok 100 N, maka berat beban C adalah... A. 40 N B. 60 N C. 80 N D. 90 N E. 92 N (Kesetimbangan - UAN Fisika 2002) Pembahasan Gaya-gaya yang bekerja pada balok AB ditunjukkan gambar berikut!
Dengan titik A sebagai poros,
Read more: http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/27-keseimbangan#ixzz2tXeSDsYV
Contoh soal kesetimbangan benda tegar dan pembahasan. 1. F 1 = 10 N, F2 = 15 N dan F4 = 10 N, bekerja pada balok ABCD seperti pada gambar. Panjang balok ABCD adalah 20 meter. Tentukan F3 agar balok setimbang statis. Abaikan massa balok. Pembahasan :
2. Kotak A (10 kg) dan B (20 kg) diletakkan di atas papan kayu. Panjang papan = 10 meter. Jika kotak B diletakkan 2 meter dari titik tumpuh, pada jarak berapa dari titik tumpuh kotak A harus 2 diletakkan sehingga papan tidak berotasi ? (g = 10 m/s ) Pembahasan : Langkah 1 : menggambarkan diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda
Langkah 2 : menyelesaikan soal Perhatikan diagram di atas. Gaya yang bekerja pada papan adalah gaya berat kotak B (wB), gaya berat kotak A (w A), gaya berat papan (w papan) dan gaya normal (N). Titik tumpuh merupakan sumbu rotasi. Gaya berat papan (w papan) dan gaya normal (N) berhimpit dengan titik tumpuh / sumbu rotasi sehingga lengan gayanya nol. w papan dan N tidak dimasukkan dalam perhitungan. Torsi 1 = torsi yang dihasilkan oleh gaya berat kotak B (torsi bernilai positif)
Torsi 2 = torsi yang dihasilkan oleh gaya berat kotak A (torsi bernilai negatif)
Papan setimbang statis jika torsi total = 0.
Agar papan setimbang statis maka benda A harus diletakkan 4 meter dari titik tumpuh.
Contoh Soal Benda Tegar Perhatikan sistem pada gambar di atas, tugas sobat adalah menentukan berapa besarnya nilai T1 dan T2.
Jawaban :
T1 = sin 120/ sin 90 x 10.10 = 50√3 N
T2 = sin 150/ sin 90 x 10.10 = 50 N
Contoh Soal Momen Gaya Andi dan adiknya sedang bermain jungkat-jungkit yang masing-masing sisi panjangnya adalah 2 m. Jika adik andi berapa tepat di ujung jungkat-jungkit tersebut maka pada jarak berapa dari titik tengah jungkat-jungkit andi harus duduk? diketahui berat andi sama dengn 1,5 kali berat adiknya. Pembahasan
untuk seimbang maka F1.S = mg. 2 X = 2 : 1,5 = 4/3 m = 1,333… m
F2. =
1,5
X X
mg.
Contoh 3
Berikut ini rumushitung ambilkan contoh soal benda tegar dari ujian nasional 2007. Perhatikan gambar berikut. Pada tengah-tengah AB digantungkan balok bermasa 8 Kg. Tentukan besarnya tegangan tali dengan asumsi masa batang di abaikan. Diketahui besar gravitasi bumi 10 m/s2
ralat : Tsin30 AB T. 1/2 = 80. 1/2T = 80 N
jawab harusnya =
Tsin mg.
30 1/2
hehehe AB
Jika sistem benda tegar di bawah ini berada pada kondisi seimbang, tentukan berapa besar
tegangan tali A dan B.
TA = TB = 1/2√2 x 500 √2 = 500 N
TA = TB = sin 135/sin 90 . 500 √2
