Pembahasan Fisika UN: Gaya dan Hukum Newton

Hukum I Newton

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Gaya dan Hukum Newton.

Soal tentang Gaya dan Hukum Newton UN 2012

Perhatikan gambar balok berikut ini!

Jika massa balok 3 kg dan percepatan gravitasi 10 m/s² maka gaya normal yang dialami balok adalah ….

A.   27 N
B.   30 N
C.   33 N
D.   43 N
E.   45 N

Pembahasan

Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada benda yang bersentuhan yang arahnya tegak lurus dengan bidang sentuh. Pada gambar di atas, balok bersentuhan dengan lantai sehingga gaya normalnya tegak lurus lantai ke arah atas.

w adalah gaya berat balok yang besarnya 

w = mg
    = 3 . 10 N
    = 30 N

Karena sistem tidak bergerak maka berlaku hukum I Newton, yaitu resultan gaya-gaya yang bekerja pada benda besarnya nol.

                     ΣF = 0 
N + F₂ − F₁ − w = 0
  N + 8 − 5 − 30 = 0
           N − 3327 = 0
                       N = 3327

Jadi, gaya normal yang dialami balok adalah 27 N (A).

Soal tentang Gaya dan Hukum Newton UN 2014

Seorang pemuda berdiri di atas timbangan badan dalam sebuah lift. Sebelum lift bergerak, timbangan menunjukkan angka 60 kg. Ketika lift bergerak ke atas, timbangan menunjukkan angka 66 kg. Anggap percepatan gravitasi sebesar 10 m/s², berarti lift naik dengan percepatan sebesar ….

A.   6 m/s²
B.   4 m/s²
C.   3 m/s²
D.   2 m/s²
E.   1 m/s²

Pembahasan

Berat timbangan sebelum lift bergerak merupakan gaya berat sedangkan berat timbangan saat lift bergerak merupakan gaya normal. 

w = 60 .10 N
    = 600 N 

N = 66 . 10 N
    = 660 N

Arah gaya pada gerak lift tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.

Karena sistem bergerak maka berlaku hukum II Newton yang menyatakan bahwa jika gaya yang bekerja pada suatu benda mempunyai resultan maka benda tersebut akan mengalami percepatan.

Arah gaya yang pada gerak lift bernilai positif jika searah dengan arah percepatan dan bernilai negatif jika berlawanan.

             ΣF = ma
        N − w = ma
660 − 600 = 60 . a
              60 = 60a
                a = 1

Jadi, percepatan lift adalah 1 m/s²  (E).

Soal tentang Gaya dan Hukum Newton UN 2015

Perhatikan gambar di bawah ini!

Benda 1 dan benda 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)

A.   35,0 N
B.   27,5 N
C.   25,0 N
D.   22,5 N
E.   7,5 N

Pembahasan

Benda bergerak berarti berlaku hukum II Newton.

                           ΣF = ma
F cos 53° − f₁ − f₂ = (m₁ + m₂) a
   50 . 0,6 − 20 − 5 = (10 + 10) a
                  30 − 25 = 20a
                             5 = 20a
                             a = 0,25

Untuk mendapatkan nilai T, kita bisa meninjau sistem gerak pada benda 1 atau benda 2. Misal kita tinjau sistem gerak benda 1.

     ΣF = ma
 T − f₁ = m₁ a
T − 20 = 10 . 0,25 
T − 20 = 2,5
         T = 2,5 + 20
            = 22,5

Jadi, besar tegangan tali antara kedua benda tersebut adalah 22,5 N (D).

Soal tentang Gaya dan Hukum Newton UN 2013

Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg.

Balok B mula-mula diam kemudian bergerak ke bawah sehingga menyentuh lantai. Bila g = 10 m/s², nilai tegangan tali T adalah ….

A.   20, 0 newton
B.   10,0 newton
C.   6,7 newton
D.   3,3 newton
E.   1,7 newton

Pembahasan

Balok B yang menggantung menyebabkan balok tersebut mempunyai gaya berat. Gaya berat inilah yang menyebabkan balok A ikut bergerak. Besar gaya berat yang dimiliki balok B adalah: 

w_B = m_B g
      = 1. 10 N
      = 10 N

Pada sistem gerak tersebut tidak disebutkan gaya gesekan, baik gesekan pada lantai maupun pada katrol, berarti gaya gesekan tersebut diabaikan. Hukum II Newton yang berlaku untuk gerak tersebut adalah:

ΣF = ma
w_B = (m_A + m_B) a
10 = (2 + 1) a
10 = 3a
  a = 10/3

Tegangan tali T dapat dicari dengan meninjau sistem gerak benda A atau benda B. Kita tinjau saja sistem gerak benda A.

ΣF = ma
   T = m_A a
      = 2 . 10/3
      = 20/3
      = 6,7

Jadi, nilai tegangan tali pada sistem gerak tersebut adalah 6,7 newton (C).

Soal tentang Gaya dan Hukum Newton UN 2011

Dua benda bermassa 2 kg dan 3 kg diikat tali kemudian ditautkan pada katrol yang massanya diabaikan seperti gambar.

Bila besar percepatan gravitasi 10 m/s², gaya tegangan tali yang dialami sistem adalah ….

A.   20 N
B.   24 N
C.   27 N
D.   30 N
E.   50 N

Pembahasan

Karena kedua benda menggantung maka keduanya mempunyai gaya berat, yaitu w₁ dan w₂: 

w₁ = m₁ g
     = 2 . 10 N
     = 20 N 

w₂ = m₂ g
     = 3 . 10 N
     = 30 N

Benda 2 (sebelah kanan) mempunyai massa yang lebih besar sehingga di sebelah kanan benda bergerak ke bawah dan di sebelah kiri benda bergerak ke atas.

Hukum II Newton yang berlaku adalah:

        ΣF = ma
w₂ − w₁ = (m₁ + m₂) a
30 − 20 = (2 + 3) a
         10 = 5a
            a = 2

Sekarang kita tinjau gerak benda 1 untuk mendapatkan nilai T.

      ΣF = ma
T − w₁ = m₁ a
T − 20 = 2 . 2
         T = 4 + 20
            = 24

Jadi, gaya tegangan tali yang dialami sistem adalah 24 N (B).

Pembahasan soal Gaya dan Hukum Newton yang lain bisa disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 5
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 3
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 7
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 9 dan 10
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 6
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 3

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Medan Gravitasi.



Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.