Percepatan Benda yang Ditarik Gaya F dan Berpindah Sejauh S pada Bidang Datar

Hukum II Newton dapat digunakan untuk menghitung percepatan benda yang ditarik gaya F pada bidang datar. Percepatan benda yang ditarik gaya F bergantung dari gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut. Beberapa gaya yang mempengaruhi percepatan benda pada bidang datar adalah gaya tarik terhadap benda dan ada/tidaknya gaya gesek antara benda dengan bidang. Satuan percepatan benda yang bergerak pada umumnya dinyatakan dalam m/s².

Gaya pada benda yang terletak pada suatu bidang disebut gaya kontak. Sebuah benda diam pada bidang datar memiliki gaya normal (N) dan berat benda (w). Gaya normal adalah gaya kontak memiliki arah tegak lurus dengan bidang. Besar gaya normal dipengaruhi besar gaya lain yang bekerja pada benda tersebut. Berat benda adalah gaya pada benda yang timbul karena adanya gaya gravitasi (g = 9,8 m/s² ≈ 10 m/s²).

Baca Juga: Cara Menentukan Jarak yang Ditempuh Benda Bergerak pada Selang Waktu t

Bagaimana cara menghitung percepatan benda yang ditarik gaya F? Apa saja faktor yang mempengaruhi besar percepatan benda yang ditarik gaya F? Sobat idschool dapat mencari tahu jawaban cara mengetahui percepatan benda yang ditarik gaya F pada bidang datar melalui ulasan di bawah.

Table of Contents

• Rumus Percepatan Benda yang Ditarik Gaya F
• Contoh Soal dan Pembahasan
  • Contoh 1 – Soal Percepatan Benda yang Ditarik Gaya F pada Bidang Datar
  • Contoh 2 – Soal Percepatan Bedan yang Ditarik Gaya F pada Bidang Datar
  • Contoh 3 – Percepatan Bedan yang Ditarik Gaya F pada Bidang Datar

Rumus Percepatan Benda yang Ditarik Gaya F

Sebuah benda pada bidang datar dapat bergerak ketika sebuah gaya F menarik atau mendorong benda tersebut. Besar percepatan benda yang ditarik gaya F bergantung dari massa benda dan besar gaya yang menariknya (resultan gaya yang bekerja pada benda).

Dari Hukum II Newton secara matematis memenuhi persamaan ΣF = m × a. Di mana ΣF adalah resultan gaya (N) yang bekerja pada benda, m adalah massa benda (kg), dan a adalah percepatan benda (m/s²). Sehingga percepatan benda yang ditarik gaya F dapat dihitung dengan membagi resultan gaya dengan massa benda.

Sebuah benda yang ditarik oleh gaya F menggunakan tali pada umumnya akan membuat tali menjadi tegang. Gaya pada tali yang menarik sebuah benda tersebut disebut dengan gaya tegangan tali (T). Arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau benda yang ditinjau.

Jika benda terletak pada bidang datar yang kasar maka akan berpengaruh terhadap perhitungan resultan gaya yang akan berpengaruh juga pada besar percepatan. Gaya akibat gesekan antara bidang datar kasar dengan benda disebut dengan gaya gesek (f_ges.). Jika benda terletak pada bidang datar licin maka gaya gesek pada umumnya diabaikan.

Baca Juga: Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Contoh Soal dan Pembahasan

Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman cara mengetahui percepatan benda yang ditarik gaya F pada bidang datar. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasan bagaimana cara menghitung percepatan benda yang ditarik gaya F. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlaith!

Contoh 1 – Soal Percepatan Benda yang Ditarik Gaya F pada Bidang Datar

Benda A dan B masing-masing massanya 2 kg dan 4 kg dihubungkan dengan tali dan berada pada lantai datar yang kasar, seperti gambar berikut.

Jika sistem bergerak dengan koefisien gesek kinetik 0,2 maka besar percepatan yang dialami kedua benda (cos 37^o = 0,8) adalah ….
A. ¹⁴/₃ m/s²
B. ¹⁶/₃ m/s²
C. ¹⁷/₃ m/s²
D. ¹⁸/₃ m/s²
E. ²⁰/₃ m/s²

Pembahasan:
Berdasarkan informasi yang diberika pada soal dapat diperleh beberapa keterangan besaran dan nilainya seperti berikut.

• Massa benda A: m_a = 2 kg
• Massa benda B: m_b = 4 kg
• Koefisien gesek kinetis: μ_k = 0,2 N
• Cos 37^o = 0,8
• Mencari nilai Sin 37^o:
  (Cos 37^o)² + (Sin 37^o)² = 1
  (0,8)² + (Sin 37^o)² = 1
  0,64 + (Sin 37^o)² = 1
  (Sin 37^o)² = 1 ̶  0,64
  (Sin 37^o)² = 0,36 → Sin 37^o = 0,6

Cara menghitung besar percepatan yang dialami kedua benda dapat dihitung seperti penyelesaian berikut.

Jadi, besar percepatan yang dialami kedua benda adalah ¹⁷/₃ m/s².

Jawaban: C

Contoh 2 – Soal Percepatan Bedan yang Ditarik Gaya F pada Bidang Datar

Sebuah balok 4 kg yang mula-mula diam ditarik dengan sebuah gaya horizontal F. Jika pada saat t = 3 s balok telah berpindah sejauh 2,25 m maka besar gaya F adalah ….
A. 2 N
B. 4 N
C. 6 N
D. 8 N
E. 10 N

Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa informasi seperti berikut.

• Massa balok: m = 40 kg
• Kecepatan mula-mula: v_o = 0 m/s (diam)
• Waktu: t = 3 s
• Jarak perpindahan: S = 2,25 m

Dari informasi kecepatan mula-mula v_o, jarak perpindahan S, dan selang waktu t dapat dihitung percepatan balok. Cara menghitung percepatan balok dapat dilakukan menggunakan rumus jarak pada GLBB yaitu S = v_ot + ½at².

Menghitung percepatan balok:
2,25 = 0×3 + ½×a×3²
2,25 =  ⁹/₂ × a
a = 2,25 ×  ²/₉
a = ^4,5/₉ = 0,5 m/s^s

Menghitung besar gaya F:
F = m×a
F = 40 × 0,25
F = 10 N

Jadi, besar gaya F pada saat t = 3 s balok telah berpindah sejauh 2,25 m adalah 10 N.

Jawaban: E

Baca Juga: Rumus Tegangan Tali yang Menarik Suatu Benda

Contoh 3 – Percepatan Bedan yang Ditarik Gaya F pada Bidang Datar

Sebuah balok bermassa 2 kg terletak pada bidang datar licin dan ditarik dengan gaya F₁ dan F₂ seperti gambar berikut.

Besar dan arah percepatan yang bekerja pada benda adalah ….
A. 1 m/s² ke kiri
B. 1 m/s² ke kanan
C. 2 m/s² ke kiri
D. 2 m/s² ke kanan
E. 2√2 m/s² ke kanan

Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa informasi seperti berikut.

• Massa balok: m = 2 kg
• Besar gaya tarik pertama: F₁ = 8 N
• Sudut antara gaya tarik pertama dengan bidang horizontal: θ = 60^o
• Besar gaya tarik kedua: F₂ = 8 N
• Bidang datar licin → gaya gesek diabaikan

Gaya pertama yang menarik benda membentuk sudut 60^o terhadap garis horizontal. Sehingga besar gaya pertama yang menarik benda pada arah horizontal sama dengan F_1x = F₁ × cos 60^o = 8 × ½ =  4 N.

Perhatikan dari gambar yang diberikan pada soal bahwa gaya kedua yang menarik benda dan proyeksi gaya pertama pada bidang horizontal memiliki arah yang berlawanan. Sehingga besar resultan gaya yang bekerja pada benda dapat dicari dengan mencari selisih besar kedua gaya, sedangkan arahnya mengikuti arah gaya yang lebih besar.

Menghitung resultan gaya yang bekerja pada benda:
ΣF = F₂ ‒ F_1x
ΣF = 8 N ‒ 4 N = 4 N

Menghitung percepatan benda:
ΣF = m × a
4 = 2 × a
a = ⁴/₂ = 2 m/s²

Diketahui bahwa gaya yang menarik benda dengan arah horizontal ke kiri lebih besar dari pada gaya yang menarik benda ke kanan, sehingga benda akan bergerak ke kiri.

Jadi, besar dan arah percepatan yang bekerja pada benda adalah 2 m/s² ke kiri.

Jawaban: C

Demikianlah tadi ulasan bagaimana cara menghitung percepatan benda yang ditarik gaya F dan berpindah sejauh S pada bidang datar. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!

Baca Juga: Cara Hitung Percepatan Benda pada Bidang Miring