Contoh Soal Dinamika Partikel Memilih Perpindahan Benda

- Sebuah balok yang massanya 4 kg bergerak di atas sebuah lantai datar yang berangasan dengan kecepatan awal 5 m/s. Koefisien ukiran kinetik antara permukaan lantai dan balok yaitu 0,5. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka besar perpindahan balok sampai kecepatannya menjadi nol dan balok berhenti yaitu .....
A. s = 5,00 m
B. s = 4,25 m
C. s = 3,00 m
D. s = 2,50 m
E. s = 2,25 m

Pembahasan :
Dik : m = 4 kg, vo = 5 m/s, vt = 0, μk = 0,5 , g = 10 m/s2
Dit : s = .... ?

Untuk menuntaskan soal ini, Sobat Tafsi sanggup memakai konsep dinamika partkikel, aturan Newton, gaya gesekan, glbb, perjuangan dan energi.

Cara Pertama:
Metode pertama yang akan kita gunakan yaitu dengan memanfaatkan konsep aturan Newton, gaya gesekan, dan glbb.

Hukum Newton yang akan dipakai dalam pembahasan ini yaitu aturan I Newton dan aturan II Newton.

Hukum I Newton disebut juga aturan kelembaman. Pada aturan ini, resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol.
∑F = 0

Hukum I Newton berlaku untuk benda yang membisu dan benda yang bergerak lurus beraturan (glb).

Hukum II Newton menyatakan bahwa resultan gaya yang bekerja pada suatu benda yang bergerak sama dengan hasil kali massa benda dengan percepatannya.
∑F = m . a

Keterangan :
F = gaya-gaya yang bekerja pada benda (N)
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda.

Hukum II Newton berlaku untuk benda yang bergerak dan mengalami percepatan.

Pada balok bekerja sebuah gaya yang menghambat gerak balok sehingga kecepatannya berkurang. Gaya itu yaitu gaya gesekan.

Gaya ukiran berbanding lurus dengan hasil kali koefisien ukiran kinetis dengan gaya normal.
fk = μk . N

Keterangan :
fk = gaya ukiran kinetis
μk = koefisien ukiran kinetis
N = gaya normal.

Konsep berikutnya yaitu konsep gerak lurus berubah beraturan. Untuk menuntaskan soal ini, rumus yang akan kita gunakan adalah:
vt2 = vo2 + 2as

Keterangan :
vt = kecepatan tamat benda (m/s)
vo = kecepatan awal benda (m/s)
a = percepatan benda (m/s2)
s = perpindahan benda (m).

Nah menurut keempat konsep di atas, maka kita sanggup memilih besar perpindahan balok. Berikut ilustrasi pergerakan balok.

 kg bergerak di atas sebuah lantai datar yang berangasan dengan kecepatan awal  CONTOH SOAL DINAMIKA PARTIKEL MENENTUKAN PERPINDAHAN BENDA

Dari gambar di atas, sanggup Sobat Tafsi lihat gaya apa yang bekerja pada benda. Dalam arah vertikl ada gaya berat yang arahnya ke bawah dan gaya normal yang arahnya ke atas.

Sedangkan dalam arah horizontal, ada gaya ukiran yang arahnya ke kiri melawan arah gerak balok yang berpindah ke kanan.

Pada arah vertikal berlaku aturan I Newton:
⇒ ∑F = 0
⇒ N - W = 0
⇒ N = W
⇒ N = m.g
⇒ N = 4 (10)
⇒ N = 40 N

Pada arah horizontal berlaku aturan II Newton:
⇒ ∑F = m.a
⇒ fk = m.a
⇒ μk.N = m.a
⇒ 0,5 (40) = 4a
⇒ 20 = 4a
⇒ a = 20/4
⇒ a = 5 m/s2

Selanjutnya, dengan memakai konsep glbb, kita sanggup menghitung perpindahannya:
⇒ vt2 = vo2 + 2as

Karena balok mengalami perlambatan, maka a negatif sehingga persamaannya menjadi:
⇒ vt2 = vo2 - 2as
⇒ 0 = 52 - 2(5)s
⇒ 0 = 25 - 10s
⇒ 10s = 25
⇒ s = 25/10
⇒ s = 2,5 m

Jadi, perpindahan balok yaitu 2,5 meter.

Cara Kedua:
Metode kedua lebih singkat yaitu dengan memanfaatkan konsep perjuangan dan energi khususnya hubungan perjuangan dengan energi kinetik.

Usaha yaitu besarnya energi yang dipindahkan oleh gaya ke benda sehingga benda berpindah sejauh s meter dari posisi awalnya.
W = F . s

Keterangan :
W = besar perjuangan yang dilakukan (J)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan benda (m).

Jika gaya yang bekerja pada benda menjadikan energi kinetik benda berubah, maka perjuangan oleh gaya sama dengan perubahan energi kinetik benda.
W = ΔEk

Keterangan :
W = perjuangan yang dilakukan gaya (J)
Ek = energi kinetik benda (J).

Selama proses pergerakan balok sampai kecepatannya menjadi nol, balok mengalami perubahan energi kinetik akhir gaya gesekan.

Dalam hal ini, gaya ukiran melaksanakan perjuangan negatif (melawan arah gerak) yang nilainya sama dengan perubahan energi kinetik balok.

Berdasarkan konsep usaha, kita peroleh:
⇒ W = ΔEk
⇒ W = Ekt - Eko
⇒ W = ½ m.vt2 - ½ m.vo2

Karena kecepatan tamat (vt = 0), maka persamaanya menjadi:
⇒ W = - ½ m.vo2

Tanda negatif mengatakan bahwa perjuangan yang dilakukan oleh gaya ukiran yaitu perjuangan negatif lantaran arahnya melawan arah gerak.

Nah, selanjutnya kita gunakan konsep dasar usaha, yaitu perjuangan sama dengan besar gaya yang bekerja dikali dengan perpindahan benda.

Karena gaya yang bekerja pada benda yaitu gaya gesekan, maka persamaan di atas menjadi:
⇒ fk . s = -½ m.vo
⇒ μk.N . s = -½ m.vo2  
⇒ 0,5 (40) s = -½ (4).(5)2  
⇒ 20s = -50
⇒ s = -50/20
⇒ s = -2,5 m

Jadi, balok berpindah sejauh 2,5 meter. Tanda negatif mengatakan bahwa perpindahan benda berlawanan arah dengan gaya gesekannya.
Jawaban : D

Demikian pembahasan referensi soal ihwal dinamika partikel, memilih besar perpindahan benda yang sanggup edutafsi bagikan.

Jika pembahasan singkat ini bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman kalian melali tombol share yang tersedia. Terimakasih.