MODUL FISIKA SMA Kelas 10

Transkripsi

1 SMA Kelas 0 A. Pengaruh Gaya Terhadap Gerak Benda Dinamika adalah ilmu yang mempelajari gerak suatu benda dengan meninjau penyebabnya. Buah kelapa jatuh dan pohon kelapa dan bola menggelinding di atas bidang miring. Apakah yang menyebabkan kedua benda itu bergerak? Dalam bab ini akan dibahas tentang hal-hal yang menyebabkan benda benda tersebut bergerak, yaitu gaya. Pengertian Gaya. Gaya adalah sesuatu yang dapat mengubah gerak suatu benda. Contoh : Bola yang semula dilempar, kemudian dipukul oleh seorang pemain softbol akan berubah arah. 2. Gaya adalah sesuatu yang dapat menimbulkan perubahan kecepatan. Contoh: Bola yang semula diam, kemudian ditendang maka bola akan bergerak. 3. Gaya adalah sesuatu yang dapat menimbulkan perubahan ukuran benda. Contoh : Sebuah pegas digantung vertikal, kemudian ujung pegas dibeni beban sehingga pegas bertambah panjang. Konsep gaya pertama kali diselidiki oleh ilmuwan lnggris yang bernama Isaac Newton ( ) yang menghasilkan:. Hukum I Newton (Hukum Kelembaman) 2. Hukum II Newton (Hukum tentang Gerak) 3. Hukum Ill Newton (Hukum Aksi - eaksi). Hukum I Newton (Hukum Kelembaman) Jika gaya total yang bekerja pada benda sama dengan nol, benda yang semula diam akan tetap diam atau benda yang semula bergera urus beraturan akan tetap bergerak urus beraturan. Secara matematis, Hukum I Newton dinyatakan dengan persamaan F = 0 dengan F = jumlah gaya Jika F=0 maka ada dua kemungkinan, yaitu: Benda dalam keadaan diam atau Benda bergerak lurus beraturan. Hukum I Newton juga disebut Hukum Kelembaman, karena setiap benda bersifat lembam, yaitu sifat mempertahankan diri dan kedudukan semula. Contoh: Badan kita akan terdorong ke depan ketika mobil yang kita tumpangi tiba-tiba direm. Badan kita akan terdorong ke belakang ketika mobil yang kita tumpangi tiba-tiba bergerak maju. 2. Hukum II Newton (Hukum tentang Gerak) Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada sebuab benda berbanding lurus dengan besar gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda. Hukum II Newton dirumuskan dengan : a = F m atau F = m. a dengan : m = massa benda (kg, g) a = percepatan benda (m/s 2, cm/s 2 ) F = gaya total yang bekerja pada benda (kg m/s 2, g cm/s 2 )

2 SMA KELAS 0 Satuan gaya dalam sistern SI adalah N (Newton) kg rn/s 2. Satuan lain gaya adalah dyne g cm/s 2.. Lift diam atau bergerak dengan kecepatan tetap N = 0 5 dyne dyne = 0-5 N Dimensi gaya adalah MLT 2. Pengertian Massa dan Berat. Massa (m) adalah banyaknya maten yang tergantung dalam suatu benda yang besarnya selalu tetap dan merupakan besaran skalar. 2. Berat (w) adalah gaya tank bumi yang bekerja pada sebuah benda dan merupakan besaran vektor. F = 0 N w = 0 N = w 2. Lift dipercepat ke atas w = m. g dengan: m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) w = berat benda (N) N > w N w = ma N = w + m. a 3. Lift dipercepat ke bawah 3. Hukum III Newton (Hukum Aksi-eaksi) Jika sebuah benda A mengerjakan gaya pada benda B maka benda B mengerjakan gaya pada benda A besarnya sama, tetapi benlawanan arah. 2 Hukum III Newton dinyatakan dalam bentuk persamaan: F aksi = F reaksi F AB = F BA Ciri-ciri gaya aksi-reaksi, yaitu: bekerja pada dua benda yang berbeda, besar gaya aksi = gaya reaksi, arahnya selalu berlawanan. 4. Penerapan Hukum-Hukum Newton a. Hukum Newton pada Lift N < w N = w m. a b. Benda Digantung dengan Seutas Tau Melalui Katrol Dalam hal ini, massa katrol diabaikan (m k = 0) m 2 > m Benda T > w T w = m a T = w + m a T = tegangan tali benda Benda 2 w 2 > T 2 w 2 T 2 = m 2 a TE-book 2 = w 2 ini m 2 hanya a untuk kalangan sendiri T 2 = tegangan tali benda tidak 2 untuk dijualbelikan

3 SMA Kelas 0 Oleh karena massa katrol diabaikan (mk = O) maka T T2 a = w 2 w m + m 2 = g(m 2 m ) m + m 2 a = percepatan benda (m/s 2 ) c. Benda Bergerak di Atas Bidang Datar yang Licin. Arah gaya searah den gan perpindahan F = m a F F 2 + F 2 = (m + m 2 ) a F = (m + m 2 ) a Untuk Benda F = m a F F 2 = m a F 2 = F m a Untuk Benda 2 F 2 = m 2 a F 2 = m 2 a Dengan F 2 = F 2 = gaya kontak F = gaya dorong terhadap benda Gaya yang menyebabkan perpindahan: F x = m a d. Benda Bergerak pada Bidang Miring Licin F = m a a = F m F y = 0 N w = 0 N = w N = gaya tekan normal 2. Arah gaya membentuk sudut dengan perpindahan N = w cos α N = gaya normal pada bidang miring F = ma w sin α = ma mg sin α = ma a = g sin α F = 0 N + F y w = 0 N = w F y = w F sin α Gaya yang menyebabkan perpindahan F x = m a F cos α = m a 3. Gaya kontak e. Beberapa Benda Dihubungkan dengan Tau dan Katrol. Dua buah balok dihubungkan dengan tali F = ma F T + T = (m + m 2 ) a F = (m + m 2 ) a F a = m + m 2 Benda : F = m a T = m a Benda 2 : F 2 = m 2 a F T = m 2 a T = F m 2 a 3

4 SMA KELAS 0 2. Dua buah balok dihubungkan dengan tali melalui katrol Arah gaya normal mendatar (horizontal) c. Pada bidang miring Massa katrol diabaikan Massa katrol diabaikan F = m a w 2 = (m + m 2 ) a a = w 2 m +m 2 Benda : F = m a T = m a Arah gaya normal tegak lurus bidang miring ketas N = w cos α 2. Gaya Sentripetal (Fs) Gaya sentripetal adalah gaya yang arahnya tegak lurus vektor kecepatan dengan arah menuju pusat Iingkaran. Benda 2 : F 2 = m 2 a w 2 T 2 = m 2 a T 2 = w 2 m 2 a OIeh karena massa katrol diabaikan maka T = T2 (tegangan tali). F s = ma s F s = m v2 = mω2 B. Macam-Macam Gaya. Gaya Normal (N) Goya normal adalah gaya kontak yang bekerja dengan arah tegak lurus bidang sentuh jika dua benda bersentuhan. a. Pada bidang datar Dengan : m = massa benda yang bergerak melingkar (kg) a s = percepatan sentripetal (m/s 2 ) v = kecepatan linear (m/s) ω = kecepatan sudut (rad/s) = jari-jari lingkaran (m) a. Gerak Benda Melalul Sisi dalam Lingkaran Vertikal Arah gaya normal ke atas N = w = mg b. Pada bidang vertical 4

5 SMA Kelas 0 Catatan Penting: Semua gaya yang menuju pusat lingkaran positif Semua gaya yang menjauhi pusat lingkaran negatif N = w cos θ m v2 c. Gerak Benda yang Diputar Horizontal Di titik terendah (A) F = m a s N w = m v2 v2 N = w + m N = gaya tekan normal di titik terendah Di titik B N w cos θ = m v2 N = w cos θ + m v2 F = ma s T = m v2 Di titik tertinggi (C) N + w = m v2 N = m v2 w Penerapan gerak benda melalui sisi dalam lingkaran vertikal gerak kereta luncur gerak kincir (bianglala) gerak mobil saat melewati lembah jalan pegunungan gerak benda yang dilkat oleh seutas tall yang diputar vertikal. b. Gerak Benda Melalui Sisi Luar Lin gkaran Vertikal Di puncak lingkaran A F = m v2 w N = m v2 Di titik B w cos θ N = m v2 N = w m v2 5

6 SMA KELAS 0 Pilihlah satu jawaban yang paling tepat dengan memberi tanda silang (X) pada salah satu huruf a, b, c, d, atau e. Setiap benda cenderung untuk memper tahankan keadaannya semula, hal ini sesuai dengan Sebuah benda yang massanya m meluncur ke bawah pada bidang miring yang licin seperti gambar di bawah ini. a. Hukum I Newton b. Hukum Il Newton c. Hukum Ill Newton d. Hukum gravitasi e. Hukum kekekalan energi mekani 2. Gaya F bekerja pada sebuah benda yang massanya m sehingga bergerak dengan percepatan a. Jika massanya menjadi 4 kali semula dan gaya yang bekerja tetap maka percepatannya menjadi.... a. b. c. a 8 a 4 a 2 d. 2a e. 4a 3. Seorang anak rnassanya 60 kg ditimbang dalam lift yang sedang bergerak, ternyata jarum timbangan menunjukkan angka 900 N. Jika percepatan gravitasi 0 rn/s 2 dapat disirnpulkan bahwa.... a. massa anak dalam lift 90 kg. b. lift sedang bergerak ke atas dengan kecepatan tetap. c. lift sedang bergerak ke bawah dengan percepatan tetap. d. lift sedang bergerak ke atas dengan percepatan tetap. e. lift sedang bergerak ke bawah dengan kecepatan tetap 4. Benda dengan massa 50 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Besar gaya yang diperlukan untuk menghentikan benda setelah rnenempuh jarak 0 m adalah.... a. 0,8 N b. 0 N c. 20 N d. 40 N e. 80 N 5. Seorang anak berada dalarn lift yang sedang bergerak ke atas dengan percepatan 5 m/s 2. Pada saat itu berat anak tersebut... kali berat semula. a. 2 b.,5 c. d. 0,5 e. 3 Besar percepatan dan gaya normalnya adalah... a. g sinθdan mg cos θ b. g sinθdan mg sin θ c. g cosθ dan mg cos θ d. g cosθ dan mg sin θ e. g tanθ dan mg sin θ 7. Dua buah benda masing-masing massanya m dan m 2, jatuh bebas dan ketinggian yang sama. Jika m = 2m 2 maka percepatan benda pertama adalah... kali percepatan benda kedua. a. 4 b. 2 c. d. 2 e Pada gambar di bawah ini pasangan gaya aksi dan reaksi adalah... a. T 2 dan T 3 b. T 2 dan T c. T dan w d. T dan T 3 e. T 2 dan w 9. Sebuah benda berada di atas bidangdatar yang licin. Jika pada benda bekerja gaya mendatar 0 N maka timbul percepatan 5 rn/s 2. Jika gaya mendatartersebut diubah menjadi 5 N maka percepatan benda menjadi.... a. m/s 2 b. 2,5 m/s 2 6

7 SMA Kelas 0 c. 3 m/s 2 d. 7,5 m/s 2 e. 0 m/s 2 0. Dua buah benda yang massanya masing-masing 2 kg dan kg dihubungkan dengan tall dan ditarik oleh gaya tetap 24 N. d. 200 m e. 250 m 4. Sebuah balok massanya m didorong dengan gaya F dengan rnernbentuk sudut θ terhadap arah mendatar seperti gambar berikut ini. Besar tegangan tali penghubung kedua benda adalah... a. 8 N b. 0 N c. 2 N d. 5 N e. 6 N. Jika massa benda A dan B masing-masing 20 kg dan 0 kg dihubungkan dengan tali melalui katrol yang massanya diabaikan maka... Besar gaya normal yang bekerja pada benda adalah... a. mg b. F sinθ mg c. F cosθ mg d. F sinθ + mg e. F cosθ + mg 5. Dua buah balok disusun seperti gambar berikut, massa tall dan katrol diabaikan. Apabila m = 3 kg dan m 2 5 kg maka besar kecepatan kedua balok pada saat 2 sekon setelah bergerak dan keadaan diam adalah.... a. benda A turun b. benda B turun c. benda A dan B sama tinggi d. benda A dan B setimbang e. benda B turun dengan percepatan tetap 2. Dua buah balok bergandengan pada lantai yang licin seperti gambar berikut. Sebuah gaya mendatar F = 2 N dikerjakan pada m. Jika m = 2 kg, m 2 = 4 kg maka besar gaya kontak terhadap kedua balok adalah... a. 2 N b. 4 N c. 8 N d. 0 N e. 2 N 3. Benda yang massanya kg ditarik oleh gaya mendatar sebesar 2 N dari keadaan diam. Jarak yang ditempuh benda dalam waktu 0 sekon adalah.... a. 20 m b. 25 m c. 00 m a. 2 m/s b. 5 m/s c. 0 m/s d. 5 m/s e. 20 m/s 6. Seorang wanita dengan massa 60 kg berada dalam lift yang sedang bergerak ke bawah dengan percepatan 3 m/s 2. Jika g = 0 m/s 2 maka desakan kaki wanita pada lantai lift adalah. a. 80 N b. 420 N c. 570 N d. 630 N e. 780 N 7. Seorang pria berada dalam lift yang sedang bergerak ke bawah dengan percepatan 5 m/s 2. Pada saat ini berat pria tersebut adalah... kali sernula. a. 2 b.,5 c. d. 0,5 e. 3 7

8 SMA KELAS 0 8. Sebuah balok bermassa 0 kg, mula-mula diam, kemudian bergerak rnenuruni bidang miring yang panjangnya 0 m. Jika sudut kemiringan 30 dan g = 0 m/s 2 maka laju balok saat tiba di dasar bidang miring adalah... a. 5 m/s b. 7,5 m/s c. 2,5 m/s d. 0 m/s e. 5 m/s 9. Benda dengan massa 50 kg bergerak dengan kecepatan tetap 4 m/s. Besar gaya perlawanan yang diperlukan agar benda tersebut tepat berhenti 0 m tempat semula adalah.... a. 0,8 N b. 0 N c. 20 N d. 40 N e. 80 N 20. Sebuah balok bemnassa 2 kg yang terletakpada bidang datar licin ditarik dengan gaya F dan F 2 seperti gambar berikut. Besar percepatan dan arah yang bekerja pada benda adalah.... a.,25 m/s 2 ke kiri b.,25 m/s 2 ke kanan c. 0,8 m/s 2 ke kiri d. 0,5 m/s 2 ke kiri e. 0,8 m/s 2 ke kanan 2. Sebuah benda bemnassa,5 kg diletakkan pada bidang miring licin dan ternyata benda meluncur. ika sudut miring terhadap horizontal 30 dan g = 0 m/s 2, besar gaya yang mernengaruhi gerak benda tersebut adalah.... a. 50 N b. 7,5 N c. 3,0 N d. 5,0 N e. 75 N 22. Jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda samma dengan nol maka:. benda tidak akan dipercepat 2. benda selalu diarn 3. perubahan kecepatan benda nol 8 4. benda tidak mungkin bergerak beraturan Pernyataan di atas yang benar adalah. a.,2, dan 3 b. l dan 3 c. 2 dan 3 d. 4 saja e.,2,3,dan4 23. Dua benda A dan B masing-masing 2 kg dan 3 kg dihubungkan dengan tau melalui katrol seperti gambar ini (g = 0 m/s 2 ). Jika lantai dan gesekan antara tau dengan katrol dibaikan, dan B bergerak turun, maka besar tegangan tali T adalah... a. 0 N b. 2 N c. 5 N d. 20 N e. 28 N 24. Pada sebuah benda bermassa m terjadi percepatan sebesar a oleh gaya F. Jika massa benda menjadi 3m dan gaya dijadikan 2F, percepatan yang terjadi sebesar.... a. 6a b. 2a c. d. e. 4 a 3 2 a 3 2 a Gaya normal yang bekerja pada sebuah benda yang terletak pada bidang miring adalah.... a. sama dengan berat benda b. dapat lebih besar atau lebih kecil daripada berat benda c. lebih kecil dan berat benda d. dapat sama atau tidak sama dengan berat benda e. lebih besar dan berat benda. 26. Jika benda A dan B pada sistem di bawah ini bergerak maka.... a. V A = V B

9 SMA Kelas 0 b. V A = 2 VB c. a A = 2 ab d. d. a A = a B e. a A = 2a B 27. Benda bermassa kg yang terletak di atas tanah ditarik ke atas dengan gaya 5 N selama 2 sekon, lalu dilepaskan. Tinggi maksimum benda tersebut adalah.... a. 40 m b. 5 m c. 0m d. 7,5 m e. 5 m 28. Seorang anak memutar sebongkah batu yang diikatkan pada ujung seutas tau. Batu kemudian diputar secara horizontal. Jika laju putar batu 2 kali semula maka gaya sentripetalnya menjadi... kali. a. 2 b. 3 c. 4 d. 5 e Tiga buah balok saling berimpit di atas bidang datar. Pada balok diberi gaya dorong mendatar sebesar F = 8 N, seperti gambar berikut ini. a. 6 N b. 36 N c. 56 N d. 24 N e. 44 N 32. Dua buah balok bergandengan pada lantai cm seperti gambar berikut ini. Sebuah gaya horizontal F= 30 N bekerja pada m. Jika m 2 kg, dan m 2 = 3 kg dengan g = 0 m/s 2 maka percepatan benda dan gaya kontaknya adalah.... a. 6 m/s 2 dan 8 N b. 6 m/s 2 dan 2 N c. 5 m/s 2 dan 8 N d. 5 m/s 2 dan 2 N e. 6 m/s 2 dan 24 N 33. Sebuah benda bermassa 5 kg berada di atas bidang datar yang cm seperti gambar berikut ini. Jika massa m = 2 kg, m 2 = 3 kg, dan m 3 = 4 kg, maka besar gaya kontak antara m 2 dan m 3 adalah.... a. N b. 2 N c. 4 N d. 8 N e. 4 N 30. Sebuah balok bermassa 4 kg ditarik oleh gaya 40 N pada bidang miring licin dengan sudut kemiringan 300 terhadap bidang datar, maka percepatan balok sebesar.... a. 0 m/s 2 b. 5 3 m/s 2 c. 5 m/s 2 d. 4 m/s 2 e. 2,5 m/s 2 3. Sebuah benda bermassa 2 kg diikat dengan seutas tali dan diputar sehingga lintasannya berbentuk lingkaran vertical dengan jari-jari 50 cm. Apabila kecepatan sudut 6 rad/s, besar tegangan tali pada saat benda berada di titik tertinggi adalah.... Pada benda bekerja gaya F = 5 N dan F 2 = 0 N. Besar gaya normal dan percepatan benda adalah.... a. 65 N dan 2 m/s 2 b. 45 N dan 2 m/s 2 c. 48 N dan 2 m/s 2 d. 60 N dan 2 m/s 2 e. 45 N dan 4 m/s Seorang anak duduk di atas kursi roda yang berputar vertikal, Jika diketahui g = 0 m/s 2 dan jari-jari roda 2,5 m maka laju maksimum roda agar anak tidak terlepas dan tempat duduknya adalah.... a. 8 m/s b. 6 m/s c. 5 m/s d. 4 m/s e. 2 m/s 35. Sebuah benda massanya 2 kg diikat dengan tall sepanjang,5 m, kemudian diputar vertikal dengan kecepatan sudut tetap. Jika g = 0 m/s 2 dan saat benda berada di titik terendah tegangan talinya sebesar 47 N maka besar kecepatan sudutnya adalah.... a. 6,5 rad/s b. 5,5 rad/s 9

10 SMA KELAS 0 c. 4,5 rad/s d. 3,5 rad/s e. 2,5 rad/s 36. Sebuah benda diputar horizontal dengan kecepatan sudut tetap sebesar 4 rad/s Jika massa benda 200 g dan panjang tali yang diputar 00 cm maka besar gaya sentripetal yang dialarni benda adalah.... a.,6 N b. 2,4 N c. 2,8 N d. 3,2 N e. 3,6 N 37. Berdasarkan gambar di bawah ini,jika m = m 2 3 kg, bidang miring licin, dan g = 0 m/s 2 maka percepatan yang dialami oleh sistem adalah.... a. 0 b. 2,5 m/s 2 c. 4 m/s 2 d. 5 m/s 2 e. 7,5 m/s Sebuah balok berrnassa 5 kg dilepas pada bidang miring licin seperti gambar ini. Apabila tan 37 = 3 dan g 0 4 m/s2 maka percepatan balok itu adalah.... a. 4,5 m/s 2 b. 6,0 m/s 2 c. 7,5 m/s 2 d. 8,0 m/s 2 e. 0,0 m/s Jika perrnukaan meja licin dan massa katrol diabaikan maka sistem benda akan bergerak dengan percepatan sebesar.... a. 5 m/s 2 b. 0 m/s 2 c. 6 m/s 2 d. 25 m/s 2 e. 40 m/s Agar gaya normal yang bekerja pada balok sebesar 20 N maka besar dan arahgaya luar yang bekerja pada balok adalah... a. 50 N ke bawah b. 30 N ke atas c. 30 N ke bawah d. 20 N ke atas e. 20 N ke bawah 4. Salah satu cara yang benar untuk memperbesar gaya sentripetal pada benda yang bergerak melingkar adalah.... a. memperkecil massa benda b. memperkecil jan-jan lingkaran c. memperkecil frekuensi putaran d. memperbesar periode lingkaran e. memperkecil kecepatan sudut 42. Sebuah mobil bermassa 2 ton mula-mula diam, kemudian bergerak selama 5 sekon hingga kecepatannya mencapai 0 m/s. Gaya dorong mobil tersebut adalah.... a. 500 N b..000 N c N d N e N 43. Anton menarik kereta bayi adiknyadengan gaya tetap 80 N, dengan arah membentuk sudut 60 terhadap jalan mendatar. Jika massa bayi dan kereta 0 kg, maka percepatan Anton menanik kereta adalah.... a. 4 m/s 2 b. 8 m/s 2 c. 0 m/s 2 d. 2 m/s e. 6 m/s Sebuah benda bermassa 5 kg diikat dengan tali dan ditarik ke atas sehingga tegangan tall 70 N. Percepatan benda ke atas untuk g = 0 m/s 2 adalah.... a. 4 m/s 2 b. 5 m/s 2 c. 0 m/s 2 d. 4 m/s 2 e. 20 m/s 2 0

11 SMA Kelas Tiga buah balok dengan massa masing masing 0 kg, 5 kg, dan 5 kg terletak di atas lantai datar cm seperti gambar. Jika benda didorong oleh gaya 30 N dalam arah mendatar maka besar perbandingan gaya kontak antara benda dan 2 dengan benda 2 dan 3 adalah. a. 3:4 b. 4:3 c. 3:5 d. 5:3 e. :3 46. Balok P dan Q dengan massa masing masing 3 kg dan 2 kg dihubungkan melalul katrol yang massanya diabaikan seperti gambar berikut ini. Balok Q mula-mula diam, kemudian bergerak ke bawah sehingga menyentuh lantai. Jika g = 0 mis2, maka waktu yang diperlukan balok Q sampai lantai adalah.... a. 6 s b. 4,5 s c. 3 s d.,5s e. 0,5s 47. Sebuah kendaraan melewati pegunungan yang mempunyai jari-jari kelengkungan 22,5 m seperti gambar berikut ini. Kelajuan maksimum kendaraan saat meninggalkan puncaknya adalah.... a. 45 m/s b. 30 m/s c. 25 m/s d. 20 m/s e. 5 m/s 48. Sebuah benda yang bermassa 5 kg ditarik ke atas dengan gaya tetap 50 N pada bidang miring licin seperti gambar ini. Percepatan balok adalah.... a. 0 m/s 2 b. 7,5 m/s 2 c. 4 m/s 2 d. 2,5 m/s 2 e.,5 m/s Sebuah benda meluncur pada permukaan datar dengan kecepatan 6 m/s dan kemudian benda naik pada bidang miring dengan sudut kemiringan 37. Jika tidak ada gesekan antara benda dan bidang luncur maka panjang lintasan miring sebelum benda pada bidang turun lagi adalah... a. 3,6 m b. 3,2 m c. 3,0 m d. 2,4 m e.,6 m 50. Sebuah penghalang berada pada jarak 25 m di depan mobil yang sedan melaju dengan kecepatan 36 km/jam. Agar mobil yang massanya 500 kg tepat berhenti sebelum menabrak penghalang maka mobil harus direm dengan gaya sebesar.... a N b..000 N c. 500 N d. 250 N e. 200 N