Pembahasan Fisika UN: Momen Gaya

Momen gaya pada jungkat jungkit

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Momen Gaya.

Soal tentang Momen Gaya UNAS 2009

Gaya F₁, F₂, F₃, dan F₄ bekerja pada batang ABCD seperti pada gambar.

Jika massa batang diabaikan maka nilai momen gaya terhadap titik A adalah ….

A.   15 Nm
B.   18 Nm
C.   35 Nm
D.   53 Nm
E.   68 Nm

Pembahasan

Momen gaya adalah gaya yang diperlukan untuk berotasi terhadap suatu poros. Pada soal di atas, yang bertindak sebagai poros adalah titik A. Berarti gaya yang bekerja pada titik A, yaitu F₁, akan mati (tidak berfungsi).

Dengan pusat rotasi di titik A, batang akan berotasi berlawanan arah jarum jam bila F₃ bekerja dan berputar searah jarum jam bila F₂ dan F₄ bekerja.

Besar momen gaya di titik A merupakan resultan dari momen gaya yang bekerja pada benda tersebut. Anggap arah rotasi yang searah putaran jarum jam bernilai positif dan yang berlawanan bernilai negatif. Diperoleh:

Στ_A = F₂ × R_AB + F₄ × R_AD − F₃ × R_AC
       = 4 × 2 + 10 × 6 − 5 × 3
       = 8 + 60 − 15
       = 53

Jadi, nilai momen gaya terhadap titik A adalah 53 Nm (D).

Soal tentang Momen Gaya UN 2011

Sebuah batang yang sangat ringan panjangnya 140 cm. Pada batang bekerja tiga gaya masing-masing F₁ = 20 N, F₂ = 10 N, dan F₃ = 40 N dengan arah dan posisi seperti pada gambar.

Besar momen gaya yang menyebabkan batang berotasi pada pusat massanya adalah ….

A.   40 Nm
B.   39 Nm
C.   28 Nm
D.   14 Nm
E.   3 Nm

Pembahasan

Jika tidak ada keterangan lain maka batang dianggap homogen sehingga pusat massanya terletak di tengah, yaitu pada jarak 70 cm dari ujung batang.

Nilai momen gaya terhadap pusat massa batang adalah:

Στ_O = F₁ × R₁ + F₃ × R₃ − F₂ × R₂
       = 20 × 0,7 + 40 × 0,7 − 10 × 0,3
       = 14 + 28 − 3
       = 39 

Jadi, besar momen gaya pada pusat massa batang adalah 39 Nm (B).

Soal tentang Momen Gaya UN 2014

Perhatikan gambar berikut!

Jika massa batang diabaikan, besar momen gaya terhadap titik C adalah ….

A.   1 Nm
B.   4 Nm
C.   12 Nm
D.   20 Nm
E.   28 Nm

Pembahasan

Momen gaya yang gayanya membentuk sudut θ dirumuskan sebagai:

τ = F R sin θ

Nilai momen gaya di titik C adalah:

Στ_C = F₁×R_AC + F₂×R_DC sin 30° − F₃×R_EC
       = 4 × 2 + 6 × 1 × ½ − 6 × 2
       = 8 + 3 − 12
       = −1
(besarnya 1 Nm, tanda negatif hanya menunjukkan arah putaran)

Jadi, besar momen gaya terhadap titik C adalah 1 Nm (A).

Soal tentang Momen Gaya UN 2013

Batang homogen tak bermassa sepanjang 2 m dipengaruhi oleh gaya seperti gambar.

Besar F_A = F_C = 1 kg dan F_B = 2 kg. Momen gaya yang bekerja terhadap titik A adalah ….

A.   0
B.   √3 Nm
C.   2 Nm
D.   4 Nm
E.   6 Nm

Pembahasan

Satuan F_A, F_B, dan F_A kok kg? Yang dimaksud soal sebenarnya adalah F_A = F_C = 10 N dan F_B = 20 N.

Momen gaya terhadap titik A berarti F_A mati, yang bekerja hanya F_B dan F_C.

Στ_A = F_C × R_AC − F_B × R_AB
       = 10 × 2 − 20 × 1
       = 20 − 20
       = 0

Jadi, besar momen gaya yang bekerja terhadap titik A adalah 0 (A).

Soal tentang Momen Gaya UN 2015

Perhatikan gambar berikut ini!

Katrol (I = ½MR²) ditarik dengan gaya F sehingga berputar dengan percepatan 5 m/s². Besar F adalah ….

A.   2 N
B.   3 N
C.   4 N
D.   6 N
E.   10 N

Pembahasan

Data-data yang diketahui pada soal: 

M = 4 kg 
I   = ½MR² 
a  = 5 m/s²

Momen gaya yang bekerja pada katrol:

    τ = I.α                   α = a/R
F.R = ½MR² . (a/R)
    F = ½Ma
       = ½ × 4 × 5
       = 10

Jadi, besar gaya F adalah 10 N (E).

Pembahasan soal Momen Gaya yang lain bisa disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 8
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 9
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 8

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Momen Inersia.

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.