Contoh Soal Hukum Newton 2

5 min read

Contoh soal hukum newton 2

HermanAnis.com. Teman-teman semua, pada Seri Fisika Dasar kali ini, kita akan membahas satu topik dalam Hukum Newton yakni contoh soal hukum Newton 2.

Catatan buat pembaca:
Pada setiap tulisan dalam www.hermananis.com, semua tulisan yang berawalan “di” sengaja dipisahkan dengan kata dasarnya satu spasi, hal ini sebagai penciri dari website ini.

Sebelum kita membahas tentang Contoh Soal Hukum Newton 2, terlebih dulu kita ingat-ingat dulu apasih itu hukum Newton 2 atau hukum kedua Newton. Dan secara formulasi, hukum Newton 2 di tuliskan dalam bentuk:

Rumus Hukum Newton 2

Dimana, sigma F dapat di maknai sebagai jumlah gaya, m adalah massa dan a merupakan percepatan benda yang di kenai gaya. Artinya, hukum newton 2 ini secara khusus dapat diaplikasikan pada benda-benda yang di berikan gaya, yang mengakibatkan benda tersebut di percepat.

Untuk itu, berikut adalah beberapa point penting dalam menyelesaikan soal hukum Newton 2:

  1. Sigma F atau jumlah gaya F yang bekerja pada benda sebanding dengan percepatan benda. Artinya semakin besar gaya yang bekerja maka akan semakin besar pula percepatannya.
  2. Massa m benda sebanding dengan jumlah gaya. Artinya semakin besar massa benda maka semakin besar pula gaya yang di perlukan untuk menggerakkannya (membuat benda di percepat).
  3. Massa m benda berbanding terbalik dengan percepatan. Artinya, semakin besar massa benda maka percepatan benda akan semakin kecil, dengan catatan, jumlah gaya F yang di kenakan di buat tetap.

Mudah-mudahan bisa di pahami. Mari kita mulai!!!!

Contoh soal Hukum Newton 2 – Nomor 1

Misalkan sebuah benda bola bermassa 450 gram di tendang oleh seorang anak dari keadaan diam, seperti pada gambar di bawah ini.

Contoh Soal Hukum Newton 2, nomor 1
  1. Jika bola di percepat 2 m/s2 berapa besar gaya yang bekerja pada bola?
  2. Jika tendangan tersebut melibatkan gaya sebesar 9 N, berapa besar percepatan bola?

Penyelesaian

1. Karena massa benda 450 gram = 0,45 kg dan benda di percepat sebesar a = 2 m/s2, maka besar gaya yang bekerja adalah:

Penyelesaian Soal Nomor 1 Contoh soal Hukum Newton 2

2. Massa benda m = 0,45 kg dan gaya F = 9 N, maka bola akan di percepat sebesar,

Lanjutan penyelesaian Soal Nomor 1 Contoh soal Hukum Newton 2

Contoh soal Hukum Newton 2 – Nomor 2

Perhatikan gambar di bawah ini!

Gambar soal nomor 2 Contoh Soal Hukum Newton 2

Seorang guru ingin mempraktekkan bagaimana penerapan hukum Newton 2. Dia kemudian menyusun buku bermassa M1 yang di hubungkan melalui seutas tali kaku (tidak melar) dengan beban M2 yang melewati katrol.

  1. Jika permukaan meja dan buku licin, massa benda M1 dan M2 adalah 800 gram dan 1,20 kg. Berapa besar percepatan masing-masing dan besar tegangan tali T?
  2. Jika permukaan meja dan buku kasar (us =0,6 dan uk =0,4), dengan massa benda M1 dan M2 adalah 800 gram dan 1,20 kg. Berapa besar percepatan masing-masing benda dan besar tegangan tali T?

(catatan: Anggap massa katrol dan massa tali dapat di abaikan dan gunakan percepatan gravitasi bumi g sebesar 10 m/s2).

Penyelesaian

1. Di ketahui bahwa:

  • m1 = 800 = 0,80 gram
  • m2 = 1,20 kg
  • g = 10 m/s2
  • Permukaan licin, sehingga gaya gesekan di anggap nol.

Kita gambarkan dulu di agram gaya-gaya yang bekerja dalam sistem. Diagramnya seperti dalam gambar di bawah ini!

Gambar diagram gaya untuk Contoh Soal Hukum Newton 2 nomor 2

Perhatikan benda M1,

Digram besas gaya pada benda m1 Contoh Soal Hukum Newton 2 nomor 2

Karena benda di percepat ke kanan dengan percepatan a1, maka berlaku

Contoh Soal Hukum Newton 2

sehingga akan di peroleh,

T1 = m1 a1 ……………………….(i)

Kemudian kita perhatikan benda M2,

Diagram bebas gaya untuk Contoh Soal Hukum Newton 2 nomor 2

Benda M2 di percepat ke bawah dengan percepatan a2, sehingga berlaku,

W2 – T2 = m2 a2 ……………………….(ii)

Sebagai catatan, W2 di kurangi T2 oleh karena benda di percepat kebawah atau berat W2 lebih besar dari T2.

Karena massa katrol dapat di abaikan, maka tegangan tali T1 = T2 = T dan karena tali tidak ‘melar’ maka berlaku juga, a1 = a2 = a.

Dengan demikian maka:

T1 = m1 a1

dapat di tuliskan menjadi,

T = m1 a …………….(i)

Sedangkan,

W2 – T2 = m2 a2

dapat di tulis menjadi,

W2 – T = m2 a ……………..(ii)

kemudian, subtitusikan persamaan (i) ke (ii),

W2 – T = m2 a
W2m1 a = m2 a
m2 a + m1 a = W2
(m1 + m2) a = W2

Dan di peroleh,

Rumus percepatan untuk contoh soal nomor 2

Karena m1 = 0,80 kg, m2 = 1,20 kg, g = 10 m/s2 maka,

Penyelesaian soal nomor 2

Dengan demikian maka tegangan tali T adalah,

T = m1 a = 1,20 kg x 6,00 m/s2 = 7,20 kg.m/s2

T = 7,20 N

Cara praktis

Untuk menentukan percepatan sistem berdasarkan hukum Newton 2, secara matematis adalah,

Rumus percepatan sistem

Sehingga untuk mencari percepatan sistem kita membutuhkan besar dari sigma F dan jumlah massa sistem. Untuk itu, kita perlu memahami dua variabel ini secara operasional. Berikut cara untuk memahaminya:

  1. Pada pembilang, terdapat varibael sigma F.
    • Sigma F adalah jumlah gaya yang bekerja pada sistem. Sederhananya adalah gaya yang mau menggerakkan yang kita simbol Fpenggerak dan gaya penahan gerak benda yang kita simbol Fpenahan berapa besarnya! Tapi ingatyah, gaya itu besaran vektor, aturan penjumlahannya jelas.
    • Gaya penggerak atau Fpenggerak merupakan emua gaya yang bekerja untuk memindahkan benda. Bentuknya bisa berupa gaya tarik, gaya dorong, gaya berat dan lainnya. Sedangkan gaya Fpenahan adalah semua gaya yang menghalangi atau menahan benda bergerak. Contohnya gaya gesek dan sebagainya.
    • Besar sigma F adalah selisih dari gaya penggerak dan gaya penahan, yang secara matematis dituliskan dalam bentuk: Sigma F = Fpenggerak – Fpenahan
  2. Pada penyebut terdapat variabel massa. Operasionalnya adalah jumlah massa sistem, atau M1 + M2 + M3 + …

Selanjutnya, kita kembali ke soal nomor 2. Mari kita analisis berdasarkan gambar diagram bebas gaya dalam soal nomor 2.

Perhatikan gambar di bawah ini,

Gambar diagram gaya untuk Contoh Soal Hukum Newton 2 nomor 2
  1. Gaya yang bekerja untuk menggerakkan benda hanyalah W2 saja. Gaya N1 dan W1 saling meniadakan karena benda M1 tidak bergerak secara vertikal. Kemudian, T1 dan T2 adalah gaya tegangan tali yang masing-masing memiliki pasangan aksi reaksi sehingga resultannya nol. Dengan demikian maka sigma F dalam kasus ini adala W2.
  2. Untuk penyebutnya, yah sigma M tentulah M1 + M2

Olehnya itu, maka dengan mudahnya kita akan peroleh bahwa percepatan benda baik M1 maupun M2 sama sebesar

Rumus percepatan sistem

dan akan diperoleh,

Jawaban soal nomor 2

Baca Juga: Contoh Soal Tegangan Tali

Contoh soal Hukum Newton 2 – Nomor 3

Perhatikan gambar di bawah ini!

Gambar soal Nomor 3 - Contoh soal Hukum Newton 2

Dua benda bermassa m1 = 2 kg dan m2 = 3 kg yang dihubungkan dengan tali (tidak kendur) dan di gantungkan pada sebuah katrol seperti pada gambar (g = 10 m/s2). Tentukan:

  1. Percepatan benda benda m1 dan m2!
  2. Besar tegangan tali T1, T2 dan T3!

Penyelesaian Contoh soal Hukum Newton 2 – Nomor Nomor 3:

Untuk menjawab soalan ini, kita kembali gambarkan dulu gaya-gaya yang bekerja pada sistem. Gaya yang bekerja pada sistem diberikan dalam gambar berikut.

Diagram bebas gaya-gaya pada Contoh soal Hukum Newton 2

Dari soal, kita tuliskan dulu apa yang telah diketahui,

  • Massa m1 dan karena W1 = m1g, sehingga W1 = 2 kg. 10 m/s2 = 20 kg.m/s2 = 20 N.
  • Massa m2 dan karena W2 = m2g, sehingga W2 = 5 kg. 10 m/s2 = 30 kg.m/s2 = 30 N.
  • Karena massa katrol dapat diabaikan maka, kita dapat simpulkan benda akan dipercepat dimana benda m1 dipercepat ke atas dan benda m2 akan dipercepat ke bawah (W2 > W1).
  • Karena tali tidak kendor maka percepatan sistem benda m1 dan m2, yakni a1 dan a2 sama besarnya yakni a (percepatan sistem).

Selanjutnya, kita analisis satu persatu.

1. Percepatan benda benda m1 dan m2!

Untuk memperoleh besar percepatan sistem, kita gunakan cara praktis berdasarkan hukum newton 2.

Rumus percepatan sistem
  • Sebagaimana diketahui Sigma F adalah selisih antara gaya penggerak dan gaya penahan. Berdasarkan gambar gaya penggerak (Fpenggerak) adalah W2 dan gaya penahana (Fpenahan adalah W1) maka,

Sigma F = W2 -W1 = 30 N – 20 N = 10 N

  • Sedangkan untuk penyebunya adalah jumlah massa sistem. Sehingga,

Massa sistem = m1+m2 = 2kg =3kg =5 kg

Dengan demikian maka percepatan sistem adalah,

a = sigma F/massa sistem

a= 10 N/5 kg = 2 N/kg

Kita gunakan satuan N/kg yah, ini untuk memudahkan kita mendefinisikannya secara operasional.

2 N/kg punya maksa bahwa, pada benda bermassa 1 kg bekerja total gaya sebesar 2N.

2. Besar tegangan tali T1, T2 dan T3!

Mencari Besar Tegangan Tali T1

Sekarang kita cari tegangan tali T1, Perhatikan gambar di bawah ini!

Diagram bebas gaya pada benda m1

Dari gambar dan analisis sebelumnya dapat kita tulis,

  • Benda m1 (2kg) bergerak di percepat ke atas, oleh karena T1 lebih besar dari W1.
  • Karena percepatan benda m1 adalah 2N/kg, ini berarti pada benda m1 bekerja total gaya (sigma F1) sebesar 4 N (pahamkan makna dari 2 N/kg).
  • Karena gaya W1 menarik benda m1 kebawah sementara T1 menarik ke atas, dan hasilnya benda m1 bergerak ke atas, maka jumlah gaya yang bekerja pada m1 adalah selisih antara T1 – W1. Olehnya itu maka besar T1 adalah

T1 – W1 = sigma F

Sehingga,

T1 = W1 + sigma F

T1 = 20N + 4 N = 24 N

Mencari besar T2

Selanjutnya kita cari besar tegangan tali T2, perhatikan gambar diagram bebas gaya berikut ini,

Diagram bebas gaya pada benda m2 untuk contoh soal nomor 3

Dari gambar dan analisis kita dapat simpulkan,

  • Benda m2 (3 kg) bergerak dipercepat ke bawah, oleh karena W2 lebih besar dari T2.
  • Karena percepatan benda m2 adalah 2 N/kg, ini berarti pada benda m2 bekerja total gaya (sigma F2) sebesar 6 N (pahamkan makna dari 2 N/kg).
  • Karena gaya W2 menarik benda m2 ke bawah sementara T1 menarik ke atas, dan hasilnya benda m2 bergerak ke bawah, maka jumlah gaya yang bekerja pada m2 adalah selisih antara W2 – T2. Olehnya itu maka besar T2 adalah

W2 – T2 = sigma F

Sehingga,

T2 = W2 sigma F

T2 = 30N – 6 N = 24 N

Loh kok sama yah T1 dan T2? jawabnya, yah memang harus sama kok. Talinya sama. Teman-teman perlu catat ini. Ini hanya berlaku pada kasus massa katrol dapat dibaikan dan tali tidak melar. Jadi teman-teman jika ketemu soal model begini, cukup cari saja satu ‘T’nya, T1 atau T2, karena besarnya akan sama.

Mencari besar T3

Dan terakhir, kita cari tegangan tali T3, Perhatikan gambar di bawah ini!

Diagram bebas gaya pada katrol untuk contoh soal nomor 3

Karena katrol diam diposisnya (hanya berotasi), maka berlaku hukum I newton yaitu, jumlah gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Olehnya itu maka,

T3 – (T2 + T1) = 0 –> hukum I newton (benda dalam keadaan diam)

T3 = T2 + T1

dan karena T1 = T2 = 24 N, maka

T3 = 2 T1 = 2 x 20 N = 40 N.

Karena T1 = T2 = 20 N, sehingga akan diperoleh bahwa,

T3 = 2 T1 = 2 x 20 N = 40 N

Sehingga T3 = 40 N.

Baca juga: Contoh soal Hukum Newton 1

Bagi teman-teman yang membutuhkan file-file ebook fisika, anda bisa mengunjungi laman ini.

ebook fisika dasar

Jika informasi ini bermanfaat, jangan lupa untuk mengklik iklan yang tampil. Hal tersebut akan sangat berarti dan menjadi penyemangat bagi kami. Terima kasih.

Demikian, nanti dilanjutkan lagi untuk soal bentuk lain.

Terima kasih telah membaca artikel ini, semoga bermanfaat.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *