Tuesday 8 March 2016

Pembahasan Fisika UN: Kesetimbangan Benda Tegar

Pembahasan Fisika UN: Kesetimbangan Benda Tegar
Kesetimbangan Benda Tegar

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Kesetimbangan Benda Tegar yang meliputi:
  • kesetimbangan titik, 
  • kesetimbanngan benda.

Soal Kesetimbangan Benda Tegar UNAS 2005

Sebuah kotak digantung seperti gambar di bawah ini.

Kesetimbangan Titik UNAS 2005

Jika sistem dalam keadaan setimbang, besar gaya tegangan pada kedua tali adalah ….

A.   T1 > T2
B.   T1 < T2
C.   T1 = ½√2T2
D.   T1 = ½T2
E.   T1 =T2




Pembahasan

T1 dan T2 harus diuraikan ke arah sumbu x dan sumbu y sebagai berikut.

Arah gaya pada kesetimbangan titik

Karena yang ditanyakan hubungan antara T1 dan T2, kita cukup menganalisis kesetimbangan titik searah sumbu x saja.

                              ΣFx = 0 
T2 cos 30° − T1 sin 60° = 0
                     T1 sin 60° = T2 cos 30°
                       T1 . ½√3 = T2 . ½√3
                                 T1 = T2

Jadi, besar gaya tegangan kedua tali adalah sama besar (E).

Soal Kesetimbangan Benda Tegar UNAS 2004

Sebuah balok digantung seperti pada gambar di bawah ini.

Kesetimbangan titik UNAS 2004

Jika sistem dalam keadaan setimbang, besar gaya tegangan T1 adalah ….

A.   300 N
B.   350 N
C.   400 N
D.   500 N
E.   600 N



Pembahasan

Kita uraikan terlebih dahulu T1 dan T2 menjadi komponen gaya searah sumbu x dan sumbu y.

Komponen gaya searah sumbu x dan sumbu y

Karena sistem dalam keadaan setimbang, kita gunakan hukum I Newton  untuk arah sumbu x dan sumbu y.

                             ΣFx = 0 
T2 cos 30° − T1 sin 60° = 0
                     T1 sin 60° = T2 cos 30°
                           T1 . ½ = T2 . ½
                                 T1 = T2

                                    ΣFy = 0 
T1 cos 60° + T2 sin 30° − w = 0
       T1 cos 60° + T2 sin 30° = w
                   T1 . ½ + T1 . ½ = 400        (T1 = T2)
                                       T1 = 400

Jadi, besar gaya tegangan tali T1 adalah 400 N (C).

Soal Kesetimbangan Benda Tegar UAN 2003

Batang AB homogen, panjang 12 m, berat 200 N bersandar pada dinding vertikal licin di B dan bertumpu pada lantai horizontal di A yang kasar. Batang AB membentuk sudut 60° di A.

Kesetimbangan batang bersandar seperti tangga

Jika batang tepat akan menggeser maka besar koefisien gesekan di A adalah ….

A.   ⅙√2
B.   ⅙√3
C.   ⅓√3
D.   ½√3
E.   ⅔√3




Pembahasan

Soal ini sebenarnya soal jadul. Sejak zaman Kak Ajaz sekolah dulu, soal ini sudah ada dan pembahasannya sangat panjang. Baiklah Kak Ajaz tunjukkan saja triknya.
  • μ = ½ x/y      (jika diketahui sisi-sisinya)
  • μ = ½ cot θ   (jika diketahui sudutnya)
Karena pada soal tersebut diketahui sudutnya, kita gunakan rumus yang kedua.

cotangen 60 derajat
             
              =  ⅓√3

∴  μ = ½ cot 60°
        = ½ × ⅓√3
        = ⅙√3

Jadi, besar koefisien gesekan di A adalah ⅙√3 (B).

Soal Kesetimbangan Benda Tegar EBTANAS 1999

Pada gambar di bawah ini, Z adalah titik berat batang AB yang massanya 10 kg.

Kesetimbangan benda EBTANAS 1999

Jika sistem dalam keadaan setimbang maka massa beton C adalah ….

A.   50 kg
B.   30 kg
C.   20 kg
D.   10 kg
E.   4 kg




Pembahasan

Bila diperhatikan gambar di atas, beton C akan mengangkat batang ke atas. Sedangkan di titik Z, batang akan dibebani (ditarik) ke bawah. Secara sederhana, dapat digambarkan sebagai berikut. 

Arah gaya pada kesetimbangan benda

Karena sistem dalam keadaan setimbang, berlaku hukum I Newton.

                  ΣτA = 0 
wC.RCwZ.RZ = 0
              wC.RC = mZ.g.RZ
               wC . 5 = 10 . 10 . 2
                    wC = 40
                mC.g = 40
            mC . 10 = 40
                   mC = 4

Jadi, massa beton C adalah 4 kg (E).

Soal Kesetimbangan Benda Tegar EBTANAS 2002

Pada gambar di bawah ini Z adalah titik berat batang AB yang panjangnya 3 m dan massanya 4 kg.

Kesetimbangan benda tegar EBTANAS 2002

Jika sistem setimbang maka massa C adalah ….

A.   10 kg
B.   8 kg
C.   6 kg
D.   4 kg
E.   2 kg




Pembahasan

Pada gambar di atas, massa C akan menarik batang ke atas. Sedangkan massa batang yang terkonsentrasi di titik Z akan menarik batang ke bawah. Sementara itu di titik A tidak ada gaya yang bekerja sehingga bisa diabaikan. Ilustrasi gaya-gaya yang bekerja pada sistem tersebut adalah sebagai berikut:

Ilustrasi gaya yang bekerja pada benda tegar

Dengan menggunakan hukum I Newton diperoleh:

                     Στ = 0 
wC.RCwZ.RZ = 0
               wC.RC = mZ.g.RZ
               wC . 2 = 4 . 10 . 1
                    wC = 20
                mC.g = 20
            mC . 10 = 20
                   mC = 2

Jadi, massa C adalah 2 kg (E).

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Titik Berat.

Pembahasan soal Kesetimbangan Benda Tegar yang lain bisa disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 10
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 13

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.

10 comments:

  1. Alhamdulillah, terimakasih blog ini sangat membantu pembelajaran di kelas. Jazakumulloh khoiron

    ReplyDelete
    Replies
    1. Terima kasih kembali, Bu Titin. Semoga berkah

      Delete
  2. terimakasih webnya sangat bermanfaat!

    ReplyDelete
    Replies
    1. Sama-sama, Bunga. Semoga menambah semangat mendalami fisika

      Delete
  3. Makasih ka, jd skrng saya bisa memahami soal² fisika dngn lebih baik lg.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Alhamdulillah, semoga lebih semangat mendalami ilmu fisika.

      Delete
  4. Makasih kak membantu sekali blog nya untuk uas

    ReplyDelete
    Replies
    1. Terima kasih kembali. Semoga sukses menghadapi UAS

      Delete
  5. makasih banget kak,semoga dengan pembahasan ini uas ku lancar

    ReplyDelete
    Replies
    1. Makasih kembali, flowers.
      Amin. Semoga lancar dan sukses UAS-nya

      Delete

Maaf, komentar yang tidak berhubungan dengan konten, banyak mengandung singkatan kata, atau mengandung link aktif, tidak kami tayangkan.

Komentar Anda akan kami moderasi sebelum kami tayangkan. Centang 'Notify me' agar Anda mendapat pemberitahuan lewat email bahwa komentar Anda sudah ditayangkan