Keseimbangan Benda Tegar 192q61

Fisikastudycenter.com- Contoh Soal dan Pembahasan tentang Keseimbangan Benda Tegar, Materi Fisika kelas 2 (11) SMA. Contoh mencakup kesetimbangan translasi, kesetimbangan rotasi pada soal-soal yang umum dibahas di bangku SMA dengan analisa penguraian gaya dan penggunaan rumus torsi (momen gaya). Rumus-Rumus Minimal : Momen gaya τ = Fd Keterangan : F = gaya (Newton) d = jarak (yang tegak lurus) gaya ke poros (meter) τ = momen gaya atau torsi (Nm)

Penguraian Gaya Fx = F cos θ Fy = F sin θ Keterangan : θ = sudut antara gaya F terhadap sumbu X Syarat Keseimbangan Translasi Σ Fx = 0 Σ Fy = 0 Syarat Keseimbangan Translasi dan Rotasi Σ Fx = 0 Σ Fy = 0 Στ=0 Gaya Gesek f=μN Keterangan : f = gaya gesek (N) μ = koefisien gesekan N = Normal Force (N) Gaya Berat W = mg Keterangan : W = berat benda (N) m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Soal No. 1 Kotak lampu digantung pada sebuah pohon dengan menggunakan tali, batang kayu dan engsel seperti terlihat pada gambar berikut ini:

Jika : AC = 4 m BC = 1 m Massa batang AC = 50 kg Massa kotak lampu = 20 kg Percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2 Tentukan besarnya tegangan tali yang menghubungkan batang kayu dengan pohon!

Pembahasan Penguraian gaya-gaya dengan mengabaikan gaya-gaya di titik A (karena akan dijadikan poros) :

Syarat seimbang Σ τA = 0

Soal No. 2 Seorang anak memanjat tali dan berhenti pada posisi seperti diperlihatkan gambar berikut!

Tentukan besar tegangan-tegangan tali yang menahan anak tersebut jika massa anak adalah 50 kg! Pembahasan Penguraian gaya-gaya dari peristiwa di atas seperti berikut:

Syarat seimbang Σ Fx = 0, Σ Fy = 0

(Persamaan 1)

(Persamaan 2) Dari persamaan 2 dan 1 didapatkan :

Soal No. 3 Seorang anak bermassa 50 kg berdiri diatas tong 50 kg diatas sebuah papan kayu bermassa 200 kg yang bertumpu pada tonggak A dan C.

Jika jarak anak dari titik A adalah 1 meter dan panjang papan kayu AC adalah 4 m, tentukan : a) Gaya yang dialami tonggak A b) Gaya yang dialami tonggak C Pembahasan Berikut ilustrasi gambar penguraian gaya-gaya dari soal di atas :

WB = Wanak + Wtong = 1000 N a) Mencari gaya yang dialami tonggak A, titik C jadikan poros

b) Mencari gaya yang dialami tonggak C, titik A jadikan poros

Soal No. 4 Seorang anak bermassa 100 kg berada diatas jembatan papan kayu bermassa 100 kg yang diletakkan di atas dua tonggak A dan C tanpa dipaku. Sebuah tong berisi air bermassa total 50 kg diletakkan di titik B.

Jika jarak AB = 2 m, BC = 3 m dan AD = 8 m, berapa jarak terjauh anak dapat melangkah dari titik C agar papan kayu tidak terbalik? Pembahasan Ilustrasi gaya-gaya :

Titik C jadikan poros, saat papan tepat akan terbalik NA = 0

Soal No. 5 Sebuah tangga seberat 500 N di letakkan pada dinding selasar sebuah hotel seperti gambar di bawah ini!

Jika dinding selasar licin, lantai diujung lain tangga kasar dan tangga tepat akan tergelincir, tentukan koefisien gesekan antara lantai dan tangga! Pembahasan Cara pertama : μ = 1/[2tan θ] = 1/[2(8/6)] = 6/ [2(8)] = 3/8 Cara kedua :

Ilustrasi gaya- gaya pada soal di atas dan jarak-jarak yang diperlukan :

Urutan yang paling mudah jika dimulai dengan ΣFY kemudian ΣτB terakhir ΣFX. (Catatan : ΣτA tak perlu diikutkan!) Jumlah gaya pada sumbu Y (garis vertikal) harus nol :

Jumlah torsi di B juga harus nol :

Jumlah gaya sumbu X (garis horizontal) juga nol :

Soal No. 6 Budi hendak menaikkan sebuah drum yang bermassa total 120 kg dengan sebuah katrol seperti terlihat pada gambar berikut.

Jari-jari drum adalah 40 cm dan tali katrol membentuk sudut 53° terhadap horizontal. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2, tentukan gaya besar gaya yang diberikan Budi agar drum tepat akan terangkat! Pembahasan Sketsa soal di atas adalah sebagai berikut.

Gaya normal yang segaris dengan gaya berat w tidak diikutkan karena saat tepat drum akan terangkat nilai gaya normal adalah nol, juga gaya normal pada poros tidak diikutkan karena menghasilkan torsi sebesar nol. Berikutnya adalah menentukan jarak gaya F ke poros dan gaya w ke poros.

Dari gambar terlihat jarak gaya F ke poros P adalah 2r. df = 2r = 2× 40 cm = 80 cm Jarak gaya w ke poros dapat ditentukan dengan memakai sudut yang diketahui.

dw = r cos 37° dw = 40 cm × 0,8 = 32 cm Terakhir, syarat kesetimbangan: Σ τp = 0

Soal No. 7 Tiga buah beban m1, m2 dan m3 digantungkan dengan tali melalui dua katrol tetap yang licin (lihat gambar)

Bila sistem dalam keadaan seimbang dan m2 = 500 gram tentukan: a) massa m1 b) massa m3 Pembahasan Dengan rumus sinus

a) massa m1

b) massa m3

Soal No. 8 Perhatikan gambar!

Balok AB = 5 m, BZ = 1 m (Z = titik berat balok). Jika berat balok 100 N, maka berat beban C adalah... A. 40 N B. 60 N C. 80 N D. 90 N E. 92 N (Kesetimbangan - UAN Fisika 2002) Pembahasan Gaya-gaya yang bekerja pada balok AB ditunjukkan gambar berikut!

Dengan titik A sebagai poros,

Read more: http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/27-keseimbangan#ixzz2tXeSDsYV

Contoh soal kesetimbangan benda tegar dan pembahasan. 1. F1 = 10 N, F2 = 15 N dan F4 = 10 N, bekerja pada balok ABCD seperti pada gambar. Panjang balok ABCD adalah 20 meter. Tentukan F3 agar balok setimbang statis. Abaikan massa balok. Pembahasan :

2. Kotak A (10 kg) dan B (20 kg) diletakkan di atas papan kayu. Panjang papan = 10 meter. Jika kotak B diletakkan 2 meter dari titik tumpuh, pada jarak berapa dari titik tumpuh kotak A harus diletakkan sehingga papan tidak berotasi ? (g = 10 m/s2) Pembahasan : Langkah 1 : menggambarkan diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda

Langkah 2 : menyelesaikan soal Perhatikan diagram di atas. Gaya yang bekerja pada papan adalah gaya berat kotak B (w B), gaya berat kotak A (wA), gaya berat papan (w papan) dan gaya normal (N). Titik tumpuh merupakan sumbu rotasi. Gaya berat papan (w papan) dan gaya normal (N) berhimpit dengan titik tumpuh / sumbu rotasi sehingga lengan gayanya nol. w papan dan N tidak dimasukkan dalam perhitungan. Torsi 1 = torsi yang dihasilkan oleh gaya berat kotak B (torsi bernilai positif)

Torsi 2 = torsi yang dihasilkan oleh gaya berat kotak A (torsi bernilai negatif)

Papan setimbang statis jika torsi total = 0.

Agar papan setimbang statis maka benda A harus diletakkan 4 meter dari titik tumpuh.

Contoh Soal Benda Tegar Perhatikan sistem pada gambar di atas, tugas sobat adalah menentukan berapa besarnya nilai T1 dan T2.

Jawaban :

T1 = sin 120/ sin 90 x 10.10 = 50√3 N

T2 = sin 150/ sin 90 x 10.10 = 50 N

Contoh Soal Momen Gaya Andi dan adiknya sedang bermain jungkat-jungkit yang masing-masing sisi panjangnya adalah 2 m. Jika adik andi berapa tepat di ujung jungkat-jungkit tersebut maka pada jarak berapa dari titik tengah jungkat-jungkit andi harus duduk? diketahui berat andi sama dengn 1,5 kali berat adiknya. Pembahasan

untuk seimbang maka F1.S = mg. 2 X = 2 : 1,5 = 4/3 m = 1,333… m

F2. =

1,5

X X

mg.

Contoh 3 Berikut ini rumushitung ambilkan contoh soal benda tegar dari ujian nasional 2007. Perhatikan gambar berikut. Pada tengah-tengah AB digantungkan balok bermasa 8 Kg. Tentukan besarnya tegangan tali dengan asumsi masa batang di abaikan. Diketahui besar gravitasi bumi 10 m/s2

ralat : Tsin30 AB T. 1/2 = 80. 1/2T = 80 N

jawab harusnya =

Tsin mg.

30 1/2

hehehe AB

Jika sistem benda tegar di bawah ini berada pada kondisi seimbang, tentukan berapa besar

tegangan tali A dan B. TA = TB = 1/2√2 x 500 √2 = 500 N

TA = TB = sin 135/sin 90 . 500 √2