Percepatan Benda pada Bidang Miring (+Contoh Soal dan Pembahasan)

By | September 2, 2021

Percepatan benda pada bidang miring dapat dihitung dengan menerapkan hukum Newton. Besar percepatan benda pada bidang miring bergantung dari empat faktor. Keemapt faktor tersebut meliputi massa benda, kemiringan bidang miring, gaya tarik/dorong, dan koefisein gesek. Selain itu, nilai percepatan gravitasi (g) di suatu tempat juga dapat mempengaruhi percepatan benda. Namun, karena besar nilai percepataan gravitas bumi di berbagai tempat adalah sama maka nilainya tidak begitu mempengaruhi sebagai pembanding. Besar percepatan gravitasi merupakan suatu konstanta g = 9,8 m/s2 atau sering dibulatkan dalam perhitungan menjadi g = 10 m/s2.

Apa bunyi/rumus hukum Newton yang digunakan untuk mengetahui besar percepatan? Bagaimana cara menghitung percepatan benda pada bidang miring? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.

Hukum Newton untuk Menghitung Percepatan Benda pada Bidang Miring

Hukum Newton adalah sebuah hukum yang membahas hubungan antara gaya yang bekerja pada benda dan geraknya. Ada tiga hukum Newton yang dapat dinyatakan dalam sebuah persamaan untuk setiap hukum. Bunyi dan persamaan untuk ketiga Hukum Newton tersebut diberikan seperti berikut.

  • Hukum I Newton: ∑F = 0
    Jika resultan gaya yang bekerja pada benda adalah 0 N maka benda akan diam atau bergerak dengan kecepatan tetap.
  • Hukum II Newton: ∑F = ma
    Jika terdapat resultan gaya yang bekerja pada benda maka benda tersebut akan mengalami percepatan.
  • Hukum III Newton: Faksi = −Freaksi
    Jika ada gaya aksi yang bekerja oleh benda 1 ke benda 2 maka akan terdapat gaya reaksi yag bekerja oleh benda 2 ke benda 1 yang sama tetapi arahnya berlawanan.

Hukum yang digunakan untuk menghitung percepatan benda pada bidang miring adalah Hukum II Newton. Dari sana, dapat disimpulkan bahwa resultan gaya yang bekerja benda berbanding lurus dengan besar percepatan benda.

Artinya, semakin besar resultan gaya maka percepatan benda akan semakin cepat. Sebaliknya, semakin kecil resultan gaya maka percepatan benda akan semakin lambat.

Baca Juga: Hukum Newton 1, 2, dan 3

Langkah-Langkah Menghitung Percepatan Benda pada Bidang Miring

Secara ringkas, cara menentukan percepatan benda pada bidang miring dilakukan dengan tiga langkah. Ketiga langkah tersebut diberikan seperti berikut.

  1. Mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada benda
  2. Menghitung resultan gaya yang bekerja pada benda
  3. Menentukan besar percepatan benda pada bidang miring

Contoh cara menghitung percepatan benda pada bidang miring akan ditunjukkan melalui sebuah soal sederhana di bawah.

Perhatikan permasalahan pada soal di bawah!

Sebuah balok mula-mula diam, lalu ditarik dengan gaya F ke atas sejajar dengan bidang miring. Diketahui bahwa massa balok adalah 8 kg, koefisien gesekan µs = 0,5 dan θ = 45o (percepatan gravitasi 10 m/s2). Tentukan:

  • Gaya-gaya yang bekerja pada benda
  • Besar resultan gaya F minimum agar balok tepat akan bergerak ke atas
  • Percepatan gerak benda karena gaya F

Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.

  • Massa balok: m = 8 kg
  • Koefisien gesek statis: µs = 0,5
  • Sudut bidang miring terhadap bidang horizontal: θ = 45o
  • Percepatan gravitasi: g = 10 m/s2

Ada empat gaya yang bekerja pada benda yaitu gaya kuasa F, normal (N), berat benda (w), dan gaya gesek statis (fs). Gambar sistem beserta gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut dapat dilihat seperti gambat di bawah.

Gaya-Gaya yang Bekerja pada Benda di Bidang Miring

Baca Juga: Gerak Benda pada Bidang Miring & Cara Menentukan Gaya-Gaya Apa Saja yang Bekerja pada Benda

Besar resultan gaya F minimum agar balok tepat akan bergerak ke atas sama dengan resultan wx = w · sin 45o dan gaya gesek statis fs = μs · N. Sehingga, sobat idschool perlu menghitung besar w (berat benda) dan N (gaya normal) terlebih dahulu. Setelah mendapatkan kedua nilai tersebut sobat idschool dapat menghitung resultan gaya F seperti yang diberikan seperti pada cara berikut.

  • Menghitung berat benda/balok (w):
    w = m×g
    w = 8×10
    = 80 kg·m/s2
    = 80 newton
  • Menghitung gaya normal (N):
    N = wy = w · cos 45o
    N = 80×1/2√2 = 40√2 newton
  • Resultan gaya F:
    ∑F = wx + fs
    ∑F = w·sin 45o + μs · N
    = 80×1/2√2 + 0,5×40√2
    = 40√2 + 20√2
    ∑F = 60√2 newton
  • Jadi, besar resultan gaya F minimum agar balok tepat akan bergerak ke atas sama dengan 60√2 newton.

Berikutnya adalah menentukan besar kecepatan gerak benda ke atas oleh gaya F= 60√2 newton.

Aplikasi Hukum II Newton untuk Menghitung Percepatan Gerak Benda

Jadi, besar kecepatan gerak benda ke atas oleh gaya F = 60√2 newton adalah 15√2/2 m/s2.

Baca Juga: Cara Menghitung Resultan Vektor 3 Arah Secara Analitis

Contoh Soal dan Pembahasan

Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasannya. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!

Contoh 1 – Soal Menghitung Percepatan pada Bidang Miring

Contoh Soal Cara Menghitung Percepatan Benda pada Bidang Miring

Keterangan: g = 10 m/s2 dan tan 37o = 3/4

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.

  • massa balok: m = 5 kg
  • sudut yang dibentuk bidang miring dengan bidang horizontal: α = 37o
  • Percepatan gravitasi: g = 10 m/s2
  • tan 37o = 3/4 → sin 37o = 3/5 dan cos 37o = 4/5

Menghitung percepatan balok:

Percepatan Benda pada Bidang Miring

Jadi, percepatan balok tersebut adalah 6,0 m/s2.

Jawaban: B

Contoh 2 – Soal Menghitung Percepatan pada Bidang Miring

Benda bermassa 4 kg terletak pada bidang miring seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Benda Di Atas Bidang Miring

Jika koefisien gesek antara balok dan bidang miring adalah 1/5√3 dan g = 10 m/s2 maka percepatan benda adalah ….
A. 8 m/s2
B. 4 m/s2
C. 3,2 m/s2
D. 2 m/s2
E. 1,2 m/s2

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diberikan informasi-informasi seperti berikut.

  • Massa benda: m = 4 kg
  • Koefisien gesek: μk = 1/5√3
  • Percepatan gravitasi: g = 10 m/s2
  • Sudut yang dibentuk bidang miring dengan bidang horizontal: α = 30o

Menghitung besar berat benda/balok (w) dan gaya normal (N):

  • Berat Benda (w):
    w = m×g
    w = 4 × 10 = 40 newton
  • Gaya Normal (N):
    N = w cos 30o
    N = 40 × 1/2√3 = 20√3 newton

Besar percepatan benda pada bidang miring:

Cara Menghitung Percepatan Benda pada Bidang Miring

Jadi, besar percepatan benda adalah 2 m/s2

Jawaban: D

Demikianlah tadi ulasan percepatan benda pada bidang miring. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!

Baca Juga: Persamaan Tegangan Tali dan Percepatan Katrol Bergerak

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.