Contoh Soal Hukum Newton 1, 2, 3 dan pembahasan jenis jenis gaya dinamika gerak partikel

25 contoh soal dan pembahasan hukum Newton 1, 2, 3 dinamika gerak partikel

Daftar Isi

• Hukum Newton 1
• Hukum Newton 2
• Hukum Newton 3
• jenis jenis gaya
gaya normal dan berat
gaya gesek
gaya tegangan tali
gaya pada lift
gaya sentripetal
• sistem katrol

Hukum Newton 1

1. Perhatikan gambar di samping! Jika lengan direntangkan hampir horizon-tal sehingga sudut antartendon biseps dengan tulang lengan (radius) sebesar 10°, maka agar keadaan setimbang besarnya gaya yang diperlukan adalah …. (sin 10° = 0,2)

a. 100 N
b. 25 N
c. 50 N
d. 75 N
e. 200 N
jawab: B
ΣF = 0
F.sin 10 = W
F.0,2 = 5
F = 5/0,2 = 25 N

2. Berdasarkan Hukum I Newton, jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda adalah nol, kemung-kinan benda tersebut akan . . . .
a. diam
b. bergerak lurus beraturan
c. bergerak lurus berubah beraturan
d. diam atau bergerak lurus beraturan
e. diam atau bergerak lurus berubah beraturan

jawab: D

Hukum Newton 2

3. Sebuah bola dipengaruhi gaya tetap sebesar 5 N. Jika massa bola 0,5 kg, percepatan yang dialami bola adalah . 

a. 10 m/s²                d. 0,25 m/s²
b. 25 m/s²                e. 1 m/s²
c. 5 m/s²

jawab: A

a= F/m = 10

4. Sebuah mobil bermassa 1500 kg bergerak dengan percepatan 5 m/s² . Gaya yang harus diberikan oleh mesin mobil tersebut adalah sebesar ....
a. 300 N                  d. 7500 N
b. 750 N                  e. 75000 N
c. 3000 N

jawab: D

F = m.a = 1500.5 = 7500 N

5.  Benda A dan B terletak di atas lantai licin. Massa benda A tiga kali massa benda B. Jika pada kedua benda bekerja gaya mendatar yang sama, maka perbandingan percepatan antara benda A dan benda B adalah ….
a. 1 : 6                    d. 2 : 3
b. 1 : 3                    e. 1 : 4
c. 1 : 1

jawab: B

a = F/m

a dan m berbanding terbalik

6. Selama 10 sekon kecepatan sebuah truk yang massanya 5 ton mengalami perubahan dari 5 m/s menjadi 15 m/s. Besarnya gaya yang menyebabkan perubahan kecepatan tersebut adalah ….
a. 5.000 N               d. 8.000 N
b. 6.000 N               e. 9.000 N
c. 7.000 N
jawab:A

Rumus GLBB untuk mencari percepatan:

vt = vo + a.t

15 = 5 + a.10

15 - 5 = 10 a

10 = 10 a

a = 1 m/s²

mencari gaya dengan hukum Newton 2

F = m.a

F = 5000 . 1 

F = 5000 N

7. Suatu balok bermassa 10 kg berada di atas papan yang licin sempurna. balok tersebut ditarik mendatar oleh suatu gaya sebesar 40 N, maka percepatan yang dialami oleh balok tersebut adalah ....
a. 4 m/s2                 d. 100 m/s2
b. 10 m/s2               e. 400 m/s2
c. 40 m/s2
jawab: A
hukum newton 2:

a = F/m = 40/10 = 4 m/s²

8. benda 5 kg berada di atas papan yang licin sempurna tanpa ada gaya gesek. jika balok ditarik gaya sebesar 50 N dengan sudut 60º terhadap arah horizontal.  gaya tersebut bekerja selama 4 detik dan benda mula mula diam, maka kecepatan akhir benda tersebut adalah ....
a. 10 m/s                 d. 40 m/s
b. 20 m/s                 e. 50 m/s
c. 25 m/s
jawab: B

∑F = m . a

F . cos θ = m . a

50 . 1/2 = 5a

25 = 5a

a = 5 m/s²

rumus GLBB untuk mecari v

vt = vo + a.t

vt = 0 + 5 . 4

vt = 20 m/s
 
9. Sebuah mainan mobil-mobilan mempunyai massa 0,5 kg ditarik dengan gaya sebesar 2 N dengan arah membentuk sudut 30^o terhadap lantai. Jika semula diam, jarak yang ditempuh dalam waktu 5 detik adalah . . . .
a. 10 m                   d. 25 √3 m
b. 10 √3 m              e. 50 m
c. 25 m
jawab: D

a = F.cosθ / m = (2.1/2√3) / 0,5 =2√3 m/s²

s = ½ a.t² = ½ . 2√3. 25 = 25√3 m

10. Suatu benda dengan massa 10 kg berada di papan yang licin sempurna bergerak tanpa ada gesekan. Benda  ditarik oleh suatu gaya sebesar 40 N dengan arah mendatar. maka besar percepatan yang dialami oleh benda tersebut adalah ....
a. 4 m/s
b. 10 m/s
c. 40 m/s
d. 100 m/s
e. 400 m/s
jawab: A

a = F/m = 40/10 = 4 m/s²

11. Sebuah mobil massanya 1,5 ton bergerak dengan kelajuan 72 km/jam. Mobil itu tiba-tiba direm dengan gaya pengereman sebesar F = 2,4 × 10  N hingga berhenti. Jarak yang ditempuh mobil tersebut mulai direm sampai berhenti adalah … .
a. 6 m
b. 7,5 m
c. 10 m
d. 12,5 m
e. 15 m
jawab: D

a = F/m = 24000/1500 = 16 m/s²

v_t² = v₀² -2as

0 = 400 – 2.16.s

S = 400/32 = 12,5 m

Hukum Newton 3

12. Dua balok (m1 dan m2) yang bersentuhan mula-mula diam di atas lantai licin seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Jika m1 = 70 kg, m2 = 30 kg dan pada balok pertama dikerjakan gaya sebesar 200 N, maka tentukanlah percepatan masing-masing balok dan gaya kontak antarbalok tersebut.

Jawab

Diketahui:

m1 = 70 kg

m2 = 30 kg

F = 200 N

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.

pembahasan:

mencari percepatan:

ΣF = m . a

200 = (70 + 30) . a

200 = 100 a

a = 2 m/s²

mencari gaya kontak. gaya kontak merupakan pasangan aksi reaksi (hukum newton ke - 3) :

tinjau balok 1

ΣF = m . a

F - F₂₁ = m . a

200 - F₂₁ = 70 . 2

F₂₁ = 200 - 140

F₂₁ = 60 N

jenis jenis gaya

13. Besar gaya gesekan yang bekerja pada benda yang bergerak pada bidang miring kasar, jika gaya gesekan dengan udara diabaikan, tidak tergantung pada ....

a. berat benda
b. sudut miring bidang terhadap bidang horisontal
c. kekasaran permukaan bidang
d. kecepatan gerak benda
e. massa benda
jawab: D

14. Dalam sistem cgs satuan gaya adalah dyne, sedang dalam sistem SI satuan gaya adalah newton (N). Konversi satuannya adalah 1 N sama dengan ....
a. 10^-5dyne d. 10³ dyne
b. 10¹dyne   e. 10⁵ dyne
c. 10² dyne

jawab: E

N = kg.m/s²

Dyne = g .cm/s²
1 N = 1000.100 = 100000 dyne

15. Sebuah balok diletakkan di atas bidang miring dengan kemiringan 60º. Massa balok 4 kg. jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s². maka gaya normal bidang terhadap balok sebesar ....
a. 10 N        d. 30 N
b. 20 N       e. 50 N
c. 25 N
jawab: B

N = w.cosθ = 40.cos 60 = 40 . ½ = 20 N

16. Pada bidang miring, gaya normal . . . .
a. sama dengan berat benda
b. lebih besar dari berat benda
c. lebih kecil dari berat benda
d. bisa lebih kecil atau lebih besar dari berat benda
e. bisa lebih kecil, sama, atau lebih besar dari berat benda
jawab: C

17. Massa seorang astronot di bumi 60 kg Jika gaya gravitasi bulan 1/6 gaya gravitasi bumi, maka berat astronot di bulan adalah. . . .
a. 10 N        d. 300 N
b. 50 N       e. 500 N
c. 100 N

jawab:

W = 1/6 . 600 = 100 N

18. Koefisien gesek statis antara sebuah lemari dengan lantai kasar suatu bak truk sebesar 1. Besarnya percepatan maksimum yang boleh dimiliki truk agar lemari tetap diam terhadap bak truk adalah ….
a. 1 ms                 d. 15 ms
b. 5 ms                 e. 7 ms
c. 10 ms

jawab: C

a = µ.g

a = 1.10 = 10 m/s²

19. Perhatikan gambar berikut!  

 M1 = 5 kg

M2 = 1 kg

M3 = 4 kg

Jika besar gaya F sebesar 100 N. Hitung percepatan dan tegangan tali sistem diatas. Jika:

a.      Lantai licin

b.     Lantai kasar dengan µk = 0,2

Pembahasan / penyelesaian:

a. lantai licin (fk = 0)

mencari percepatan dengan hukum newton II tentang gerak partikel pada lantai licin:

a = ΣF / m = 100 / 10 = 10 m/s²

mencari tegangan tali dengan hukum newton II tentang gerak partikel pada lantai licin:

tinjau banda 1 (5kg)

ΣF = m . a

T1 = m₁ . a

T1 = 5 . 10 = 50 N

Tinjau benda 2 (1 kg)

ΣF = m . a

T2 - T1 = m₂ . a

T2 - 50 = 1 . 10

T2= 10 + 50 = 60 N

b. Lantai kasar

Mencari percepatan dengan hukum Newton II:

a = ΣF / m

a	=	F -T + T – fk
		m

a	=	100 - µk . m.g
		m
a	=	100 – 0,2 . 10.10
		10

a = 80 / 10 = 8 m/s²

mencari tegangan tali pada lantai kasar dengan hukum Newton II tentang gerak partikel:

tinjau banda 1 (5 kg)

ΣF = m . a

T – fk1 = m₁ . a

T1 - µk . m₁ . g = 5 . 8

T1 – 0,2 . 50 . 10 = 40

T1 – 100 = 40

T1 = 140 N

Mencari T 2:

Tinjau benda 2 (1kg)

ΣF = m . a

T2 – T1 – fk₂ = m₂ . a

T2 – 140 - µk . m₂ . g = 10 . 8

T2 – 140 – 0,2 . 1 . 10 = 80

T2 = 80 + 140 + 20

T2 = 240 N

20.        Perhatikan gambar berikut!

M1 = 2 kg

M2 =  8 kg

Jika sistem setimbang. Hitung percepatan dan tegangan tali sistem diatas.

Pembahasan / penyelesaian:

M1 = 2 kg

M2 =  8 kg

Karena sistem setimbang maka untuk mencari tegangan tali dapat dianalisis dengan hukum newton I tentang gerak partikel (hukum kelembaman):

- gaya tegangan tali bawah (T₂)

tinjau banda 2 ( 8kg )

ΣF = 0

w₂ – T₂ = 0

80 – T₂ = 0

T2 = 80

- gaya tegangan tali atas (T₁)

Tinjau benda 1 ( 2 kg )

ΣF = 0

W1 + T2 - T1 = m₂ . a

20 + 80 – T1 = 0

T2= 100 N

21. Perhatikan gambar berikut!  

Jika besar gaya F sebesar 100 N. Hitung percepatan dan tegangan tali sistem diatas. Jika:

a.      Lantai licin

b.     Lantai kasar dengan µk = 0,2

Pembahasan / penyelesaian

a.      Laintai licin

Mencari percepatan pada lantai licin dengan hukum Newton II:

a = ΣF / m = 100 / 20 = 5 m/s²

mencari tegangan tali pada lantai licin dengan hukum Newton II:

cara 1:

tinjau banda 1

ΣF = m . a

T = m₁ . a

T = 10 . 5 = 50 N

Atau cara 2:

Tinjau benda 2

ΣF = m . a

F – T = m₂ . a

100 – T = 10 . 5

T = 100 – 50 = 50 N

b.     Lantai kasar

Mencari percepatan pada lantai kasar dengan hukum Newton II:

a	=	F -T + T – fk
		m

a	=	100 - µk. m.g
		m
a	=	100 – 0,2. 20.10
		20

a = 60 / 20 = 3 m/s²

mencari tegangan tali dengan hukum Newton II:

cara 1:

tinjau banda 1

ΣF = m . a

T – fk1 = m₁ . a

T - µk . m₁ . g = 10 . 3

T – 0,2 . 10 . 10 = 30

T – 20 = 30

T = 50 N

Atau cara 2:

Tinjau benda 2

ΣF = m . a

F – T – fk₂ = m₂ . a

100 – T - µk . m₂ . g = 10 . 3

100 - T – 0,2 . 10 . 10 = 30

80 – T = 30

T = 80 -30 = 50 N

22. Perhatikan gambar berikut!  

Benda 1 dan 2 mengalami gaya gesek f₁ = 20 N dan f₂ = 5 N. Besar tegangan tali antara kedua benda bila benda bergerak adalah … (cos 53° = 0,6) (soal UN 2016)

A.       35,0 N

B.       27,5 N

C.       25,0 N

D.       22,5 N

E.        7,5 N

Jawaban : D

Pembahasan

Menentukan besar percepatan sistem :

rumus hukum newton II

ΣF = m  a

F Cos53 - f₁ - f₂ = (m₁  + m₂). a

50 . 0,6 - 20 - 5 = ( 10 + 10) . a

30 - 25  = 20 a

5 = 20 a

a = 0,25 

Menentukan besar gaya tegang tali, tinjau benda 1 :

ΣF = m  a

T - f₁ = 10 (0,25)

T = 2,5+20=22,5 N

23. Perhatikan gambar berikut!

Jika sistem benda bergerak, gaya gesekan antara balok dan lantai masing-masing sebesar 2 N dan percepatan benda 2 m/s², besar tegangan tali pada kedua balok tersebut adalah …N.

A.    64

B.     32

C.     16

D.    10

E.     6

Jawaban: E

Diketahui:

m1 = 2 kg

m2 = 3 kg

f1 = f2 = 2N

F = 28 N

Ditanyakan: T

Jawab:

Percepatan yang terjadi pada kedua benda sebagai berikut.

∑F = m.a

F . cos 60 - f1 - f2 = (m1 + m2) . a

28 . 0,5 - 2 - 2 = 5a

14 - 4 = 5a

a = 2 m/s²

Tegangan tali pada balok dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

tinjau balok 2 kg

∑F = m.a

T - f1 = m2 . a

T - 2 = 2 . 2

T - 2 = 4

T = 6 N

Jadi, tegangan tali yang dihasilkan adalah 6 N

3. Sebuah benda dengan massa 2 kg diikat dengan seutas tali dan diputar vertikal dengan lintasannya berbentuk lingkaran dengan jari-jari 0,5 m. jika kecepatan sudutnya 6 rad/s. Besar tegangan tali di titik terendah adalah ….
a. 51 N                    d. 64 N
b. 61 N                   e. 56 N
c. 38 N
jawab: C

pembahasan: 

Gaya Sentripetal

24. Silalahi yang bermassa 60 kg berda dalam sebuah lift yang sedang bergerak ke bawah dengan percepatan 3 ms^-2 . Besarnya gaya desakan kaki Silalahi pada lantai lift adalah ….
a. 420 N                  d. 530 N
b. 430 N                  e. 600 N
c. 520 N

JAWAB: A

gaya normal pada lift yang sedang turun:

N = m.(g – a)

N = 60 (10-3) = 60 . 7 = 420 N

sistem katrol

25. Dua buah benda A dan B masing-masing bermassa 2 kg dan 3 kg dihubungkan dengan tali melalui sebuah katrol licin (massa tali diabaikan). Jika percepatan gravitasi bumi ditempat itu 10 ms, maka besarnya tegangan tali adalah ….

a. 20 N

b. 21 N

c. 22 N

d. 23 N

e. 24 N

jawab: E

pembahasan:

F = m. a

W3 - W2 = m.a

30 - 20 = 5a

10 = 5a

a = 2 m/s^2

mencari tegangan tali:

tinjau 3 kg:

T = m (g - a) = 3 (10 - 2) = 24 N

26. Balok A memiliki massa 5 kg diletakkan pada bidang miring licin dan dihubungkan dengan balok B memiliki massa 3 kg. Jika tali penghubung antara balok A dan balok B dilewatkan pada sebuah katrol dengan massa yang diabaikan, percepatan balok adalah … m/s². (g = 10 m/s²)

A.    3,50

B.     3,75

C.     4,00

D.    5,00

E.     5,25

Jawaban: B

Diketahui:

m_A = 5 kg
m_B = 3 kg
g = 10 m/s²

Ditanyakan: a

Jawab:

𝛴F = m.a

 W_B= (m_A + m_B) a

m_{B .} g = (m_A + m_B) a

3 . 10 = (5 + 3) a

30 = 8a

a = 30/8 

a = 3,75 m/s²

Jadi, percepatan balok adalah 3,75 m/s².

27. Dua balok yang masing-masing bermassa 2 kg, dihubungkan dengan tali dan katrol seperti pada gambar. Bidang permukaan dan katrol licin. Jika balok B ditarik dengan gaya mendatar 40 N, percepatan balok adalah …. (g = 10 m/s²)

A.    5 m/s²

B.     7,5 m/s²

C.     10 m/s²

D.    12,5 m/s²

E.     15 m/s²

Jawab: A

Diketahui:

m_A = m_B = 2 kg

F = 40 N

W_A = 20 N

ditanyakan: a

pembahasan:

𝛴F = m.a

F - W_A= (m_A + m_B) a

40 - 20  = (2 + 2) a

20 = (4) a

a = 20/4 

a = 5 m/s²

Jadi, percepatan yang terjadi pada benda adalah 5 m/s².