Mekanika Klasik 2

28
  OLYMPIADE FISIKA SILABUS, SOAL DAN PEMBAHASAN OLYMPIADE FISIKA TENTANG MEKANIKA DISUSUN OLEH NIA SYAFITRI H12109007  JURU SAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM DOSEN PEMBIMBING Azrul Azwar ,Msi

Transcript of Mekanika Klasik 2

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 1/28

 

 OLYMPIADE

FISIKA

SILABUS, SOAL DAN

PEMBAHASAN

OLYMPIADE FISIKA

TENTANG MEKANIKA

DISUSUN OLEH

NIA SYAFITRI

H12109007

 JURUSAN

FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA

DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

DOSEN

PEMBIMBING

Azrul

Azwar ,Msi

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 2/28

 

UNIVERSITAS TANJUNGPURAPONTIANAK 

2011HALAMAN PENGESAHAN

1. Nama Kegiatan : Pelatihan Olympiade Fisika Bulan Juli 2011 Khusus Mahasiswa

Fisika Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan

Alam, Universitas Tanjungpura, Pontianak 

2. Pelaksana Kegiatan : Bidang Akademik Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFIS) tahun

ajaran 2010/2011

3. Kepala Divisi Pelaksana Kegiatan

 Nama Lengkap : Nia Syafitri NIM : H12109007

Jurusan : Fisika

Universitas : Universitas Tanjungpura

5. Dosen Pembimbing

 Nama Lengkap dan Gelar : Azrul Azwar, M.si

Pontianak, 30 Juli 2011

Mengetahui

Dosen Pembimbing

Penulis

Azrul Azwar, Msi Nia Syafitri

 NIP :

 

 NIM: H12109007

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 3/28

 

Silabus Olimpiade

Materi Umum

1. Vektor 

2. Sistem Koordinat

3. Besaran dan Dimensi

4. Turunan

5. Integral

6. Fisika Matematika

Materi Khusus

1. Mekanika Klasik 

2. Mekanika Kuantum

3. Termodinamika

4. Elektrodinamika

5. Fisika Modern

Mekanika Klasik 

Sub materi : Penyelesaian Soal Dengan Menggunakan Hukum Newton

Example soal

1.

F keterangan : lantai kasar dengan koefisien gesekan, µ

Berdasarkan gambar diatas tentukan ;

m1

m2

m3

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 4/28

 

a. Percepatan m1, m2 dan m3

b. Gaya kontak antara m1 dan m2 serta gaya kontak antara m2 dan m3

Pembahasan

1. Menentukan Percepatan (a) pada benda yang memiliki massa, m1, m2 dan m3

1.1 Menentukan diagram gaya pada setiap benda

1.1.1 Peninjauan benda bermassa m1

a1

 

Keterangan

K 12 adalah gaya pada benda 1 akibat benda 2

f 1 adalah gaya gesek benda 1

a1 adalah percepatan benda 1

m1 adalah massa pada benda 1

Penyelesaian

∑F = m1*a1

F – K 12 – f 1 = m1*a1  

Dimana : f 1 = µ *m1* g

F – K 12 – µ *m1* g = m1*a1 ……………… (1)

1.1.2 Peninjauan benda bermassa m2

a2

Keterangan

K 12 adalah gaya pada benda 2 akibat benda 1

K 23 adalah gaya pada benda 2 akibat benda 3

a2 adalah percepatan benda 2

m1 K 12F

f 1

m2 K 23K 21

f 2

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 5/28

 

m2 adalah massa pada benda 2

Penyelesaian :

∑F = m2*a2

K 21 – K 23 – f 2 = m2*a2  

Dimana : f 2 = µ *m2* g

K 21 – K 23 – µ *m2* g = m2*a2 ……………… (2)

1.1.3 Peninjauan benda bermassa m3

a3

Keterangan

K 32 adalah gaya pada benda 3 akibat benda 2

a3 adalah percepatan benda 3

m3 adalah massa pada benda 3

Penyelesaian :

∑F = m3*a3

K 32 – f 3 = m3*a3  

Dimana : f 3 = µ *m3* g

K 32 – µ *m3* g = m3*a3 ……………… (3)

1.1.4 Menjumlahkan Semua Persamaan

F – K 12 – µ *m1* g = m1*a1

K 21 – K 23 – µ *m2* g = m2*a2

K 32 – µ *m3* g = m3*a3 +

F – µ*g*( m1+m2+m3) = m1*a1 + m2*a2 + m3*a3

m3

K 32

f 3

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 6/28

 

karena a1 =a2 =a3 =a

sehingga

F – µ*g*( m1+ m2+m3) = a*(m1+ m2+m3)

a = F – µ*g*( m1+m2+m3)

( m1 + m2 +m3)

1.2 Menentukan gaya kontak antara benda yang bermassa m1 dan m2 ( K 12 )

1.2.1 Peninjauan benda bermassa m1

a1

 

Keterangan

K 12 adalah gaya kontak pada benda 1 akibat benda 2

f 1 adalah gaya gesek benda 1

a1 adalah percepatan benda 1

m1 adalah massa pada benda 1

Penyelesaian

∑F = m1*a1

F – K 12 – f 1 = m1*a1  

K 12 = F – f 1 - m1*a1 ……………… (1)

Dimana : f 1 = µ *m1* g

a1 = a = F – µ*g*(m1 +m2+m3)

( m1+m +m3)

Sehingga

K 12 = F-µ*m1*g- m1*(F –µ*g*(m1+ m2+m3))

( m1+ m2+m3)

K 12 = F *( m1 + m2 +m3)- µ*m1*g*( m1 + m2 +m3)- m1* F – µ*m1*g*( m1+ m2 +m3)

m1 K 12F

f 1

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 7/28

 

( m1 + m2 +m3)

K 12 = F*m1 + F*(m2+m3 ) – F* m1

( m1+m2+m3)

K 12 = F*( m2 +m3 )

(m1+m2+m3)

1.3 Menentukan gaya kontak antara benda yang bermassa m2 dan m3 (K 32)

1.3.1 Peninjauan benda bermassa m3

a3

Keterangan

K 32 adalah gaya kontak pada benda 3 akibat benda 2

a3 adalah percepatan benda 3

m3 adalah massa pada benda 3

Penyelesaian

∑F = m3*a3

K 32 – f 3 = m3*a3  

K 32 = f 3 + m3*a3 ……………… (1)

Dimana : f 3 = µ *m3* g

a3 = a = F – µ*g*(m1+ m2+m3)

( m1+ m2+m3)

Sehingga

K 32 = µ *m3*g - m3*(F – µ*g*(m1+m2+m3))

( m1+m2+m3)

K 32 = µ *m1*g*(m1+m2+m3)-m3* F –µ*m3*g*(m1+m2+m3)

(m1+ m2+m3)

K 32 = F *m3

(m1+m2+m3)

m3

K 32

f 3

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 8/28

 

Catatan : Besar nilai K 32 sama dengan K 23 hanya arahnya yang berbeda

sehingga

K 23 = F *m3

(m1+m2+m3)

2. F

…….

keterangan : lantai kasar dengan koefisien gesekan, µ

dimana : m1 =2m2 ; m2 =2m3 ; m3 =3m3

Berdasarkan gambar diatas tentukan ;

a. Percepatan masing-masing benda

 b. Gaya kontak antara benda ke-i dan ke-i+1

Pembahasan

2. Menentukan Percepatan (a) pada masing-masing benda

2.1 Menentukan diagram gaya pada setiap benda

2.1.1 Peninjauan benda bermassa m1

a1

 

Keterangan

K 12 adalah gaya pada benda 1 akibat benda 2

f 1 adalah gaya gesek benda 1

a1 adalah percepatan benda 1

m1 adalah massa pada benda 1

Penyelesaian

∑F = m1*a1

F – K 12 – f 1 = m1*a1  

m2

m3

m1

m5

m4

m1 K 12F

f 1

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 9/28

 

Dimana : f 1 = µ*m1*g

F –K 12 – µ *m1*g = m1*a1 ……………… (1)

2.1.2 Peninjauan benda bermassa m2

a2

Keterangan

K 12 adalah gaya pada benda 2 akibat benda 1

K 23 adalah gaya pada benda 2 akibat benda 3

a2 adalah percepatan benda 2

m2 adalah massa pada benda 2

Penyelesaian :

∑F = m2*a2

K 21 – K 23 – f 2 = m2*a2  

Dimana : f 2 = µ*m2*g

K 21 – K 23 – µ *m2*g = m2*a2 ……………… (2)

2.1.3 Peninjauan benda bermassa m3 

a3

Keterangan

K 32 adalah gaya pada benda 3 akibat benda 2

a3 adalah percepatan benda 3

m3 adalah massa pada benda 3

Penyelesaian :

∑F = m3*a3

K 32 – f 3 = m3*a3  

Dimana : f 3 = µ*m3*g

m2 K 23K 21

f 2

m3K 32

f 3

K 3

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 10/28

 

K 32 – µ*m3*g = m3*a3 ……………… (3)

Catatan : karena benda berjumlah tak berhingga (∞) maka jumlah gaya

aksi dan reaksinya akan sesuai dengan jumlah benda dan besar 

gayanya sama satu dengan yang lainnya.

2.1.4 Menjumlahkan Semua Persamaan

F – K 12 – µ*m1*g = m1*a1

K 21 – K 23 –µ*m2*g = m2*a2

K 32 – µ *m3* g = m3*a3 

………………………………….. +

F – µ*g*(m1+m2 +m3+ ….) = m1*a1+m2*a2 +m3*a3+ …….

karena a1 =a2 =a3 =a

sehingga

F – µ*g*( m1+ m2+m3+…) = a*(m1+m2+m3+…..)

a = F – µ*g*(m1+m2+m3+…..)

(m1+m2+m3+….)

Asumsi : m1 =2m2 = 4m3 = 8m4 =…

Sehingga

a = F – µ*g*(m1+ ½ m1+ ¼ m1+ ⅛ m1+…)

(m1 +½ m1+¼ m1+ ⅛ m1+…)

a = F – µ*m1*g*(1+ ½+ ¼+ ⅛+…)

m1*(1+ ½ + ¼ + ⅛ +…)

Menentukan penjumlahan deret diatas dengan deret geometri :

S∞ = U1 dengan : r = U1 / U2

1 - r r = ½ /1

S∞ = 1 r = ½

1 – ⅟2

S∞ = 2

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 11/28

 

Sehingga :

a = F – 2*µ*m1*g

2*m1 

2.2 Menentukan gaya kontak antara benda yang bermassa mi dan mi+1 ( K i,i+1 )

2.2.1 Peninjauan benda bermassa m1

a

 

Keterangan

K i,i-1 adalah gaya kontak pada benda i akibat benda i-1

K i,i+1 adalah gaya kontak pada benda i akibat benda i+1

f gesi adalah gaya gesek benda i

a adalah percepatan

mi adalah massa pada benda i

Penyelesaian

∑F = mi*a

K i,i-1 –K i,i+1 –f gesi = mi*a

K i,i+1 = K i,i+1 –f gesi - mi*a ……………… (1)

Dimana : f gesi = µ*mi*g ; a = F – 2*µ*m1*g

2*m1 

K i,i+1 = K i,i+1 -µ*mi*g- mi*F–2*µ*m1*g

2*m1 

K i,i+1 = 2*m1*K i,i+1- 2*µ*m1*mi*g- mi*F+ 2*µ*mi*m1*g

2*m1 

K i,i+1 = 2*m1*K i,i+1- mi*F

2*m1 

miK i,i+1

K i,i-1

f ge

si

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 12/28

 

3. α

aa

keterangan : Bidang miring memiliki lantai yang kasar dengan koefisien gesek, µ

Benda segitiga sama kaki memiliki sudut sebesar α

α = 45 0

Berdasarkan gambar diatas tentukan Besar gaya F agar benda yang bermassa m diam

yang terletak pada bidang miring ?

Pembahasan

Asumsi

Jika gaya F maksimal maka benda bermassa m akan bergerak naik 

Jika gaya F minimal maka benda bermassa m akan bergerak turun

Segitiga Diam

Benda bermassa m akan diam pada saat gaya yang bekerja sama dengan nol

(ΣF = 0)

3.1 Keadaan ketika benda bermassa m tidak bergerak turun

3.1.1 Menentukan diagram gaya pada benda bermassa m

 

Keterangan

Fges adalah gaya gesek benda yang bermassa m

 

      α α

   mF

      α

  m

 

Fx

Fy

N

Fges

wx

w

wy

a

F

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 13/28

 

F adalah gaya yang bekerja pada benda diatas

Fx adalah gaya yang bekerja pada benda diatas dalam sumbu-x

Fy adalah gaya yang bekerja pada benda diatas dalam sumbu-y

 N adalah gaya normal pada benda bermassa m

w adalah gaya berat pada benda bermassa m

wx adalah gaya berat pada benda bermassa m dalam sumbu-x

wy adalah gaya berat pada benda bermassa m dalam sumbu-y

α adalah sudut yang terbentuk pada benda yang berbentuk segitiga

a adalah percepatan benda

Hasil gambar :

Fx = F cos 450 = ½ *F *⅟2

Fy = F sin 450 = ½ *F *⅟2

wx = m*g*sin 450 = ½*m*g*⅟2

wy = m *g*cos 450 = ½*m*g*⅟2

w = m*g

Gaya pada sumbu Y

ΣFy = 0

 N – Fy – wy = 0

 N = Fy + wy

 N = ½* F* ⅟2 + ½ *m*g* ⅟2

Gaya pada sumbu X

ΣFx = m*a

Fx + Fges – wx = m*a

Dimana : Fges = µ*N

Fges = µ*(½ *F *⅟2 + ½*m*g* ⅟2)

½ *F *⅟2 + µ*(½ *F*⅟2 + ½*m*g* ⅟2) – ½ *m*g* ⅟2  = m*a

F = m*a - µ* ½ *m*g* ⅟2 + ½ *m*g*⅟2 

( ½* 2+µ* ½* 2)⅟ ⅟

F = m*a -½*m*g * ⅟2(µ-1)

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 14/28

 

½ * 2*(1+µ)⅟

F = m*a *⅟2 - m*g * (µ - 1)

(1+µ)

3.2 Keadaan ketika benda bermassa m tidak bergerak naik 

3.2.1 Menentukan diagram gaya pada benda bermassa m

F

Keterangan

Fges adalah gaya gesek benda yang bermassa m

F adalah gaya yang bekerja pada benda diatas

Fx adalah gaya yang bekerja pada benda diatas dalam sumbu-x

Fy adalah gaya yang bekerja pada benda diatas dalam sumbu-y

 N adalah gaya normal pada benda bermassa m

w adalah gaya berat pada benda bermassa m

wx adalah gaya berat pada benda bermassa m dalam sumbu-x

wy adalah gaya berat pada benda bermassa m dalam sumbu-y

α adalah sudut yang terbentuk pada benda yang berbentuk segitiga

a adalah percepatan benda

Hasil gambar :

Fx = F cos 450 = ½ *F * ⅟2

Fy = F sin 450 = ½ *F * ⅟2

wx = m*g*sin450 = ½ *m*g* ⅟2

wy = m*g*cos 450 = ½ *m*g* ⅟2

w = m*g

      α

  m

 

Fx

Fy

N

Fge

swx

w

wy

a

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 15/28

 

Gaya pada sumbu Y

ΣFy = 0

 N – Fy – wy = 0

 N = Fy + wy

 N = ½*F* ⅟2 + ½ *m*g* ⅟2

Gaya pada sumbu X

ΣF x = m*a

F x -Fges – wx = m*a

Dimana : Fges = µ*N

Fges= µ*(½*F*⅟2 +½ *m*g*⅟2)

½ *F *⅟2  - µ*(½*F*⅟2 +½ *m*g*⅟2) – ½ *m*g*⅟2 = m*a

F = m*a +µ*½*m*g*⅟2+½ *m*g*⅟2 

(½* 2 -µ* ½* 2 )⅟ ⅟

F = m*a - ½ *m*g*⅟2(µ+1)

½* 2*(1 -µ)⅟

F = m*a*⅟2- m*g*(µ+1)

(1+ µ)

4.

F

keterangan : Bidang miring memiliki lantai yang kasar dengan koefisien gesek, µ

Benda segitiga sama kaki memiliki sudut sebesar α

α = 45 0

Berdasarkan gambar diatas tentukan Besar gaya F agar benda yang bermassa m2 yang

terletak pada bidang miring tidak meluncur ?

m1

    m 2

a

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 16/28

 

Pembahasan

Asumsi : Karena kedua benda yang berupa segitiga sama kaki bergerak bersamaan

maka a1= a2 = a

Sehingga

F = (m1+m2) *a

a = F

(m1+m2)

4.1. Menentukan diagram gaya pada benda bermassa m1

a

Keterangan

f adalah gaya gesek benda yang bermassa m

f x adalah gaya gesek pada benda m1 dalam sumbu-x

f y adalah gaya gesek pada benda m1 dalam sumbu-y

F adalah gaya yang bekerja pada benda diatas

K 12 adalah gaya kontak pada benda 1 akibat benda 2

K 12x adalah gaya kontak pada benda 1 akibat benda 2 dalam sumbu-x

K 12y adalah gaya kontak pada benda 1 akibat benda 2 dalam sumbu-y

a adalah percepatan benda

Hasil gambar :

Fx = Fcos 450 = ½*F *⅟2

Fy = Fsin 450 = ½ *F *⅟2

K 12x = K 12*sin 450 = ½ *K* ⅟2

K 12y = K 12* cos 450 = ½ *K* ⅟2

m1

f x

f y

K 12

 

K 12y

K 12

xF

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 17/28

 

K 12 = K 

Penyelesaian

ΣFx = m1*a

F +f x - K 12x = m1*a

F + ½*f *⅟2 -½ *K*⅟2 = m1*a ………… (1)

4.2. Menentukan diagram gaya pada benda bermassa m2

Keterangan

f adalah gaya gesek benda yang bermassa m2

w adalah gaya berat pada benda bermassa m2

wx adalah gaya berat pada benda bermassa m2 dalam sumbu-x

wy adalah gaya berat pada benda bermassa m2 dalam sumbu-y

K 12 adalah gaya kontak pada benda 1 akibat benda 2

a adalah percepatan benda

ax adalah percepatan benda dalam sumbu-x

ay adalah percepatan benda dalam sumbu-y

Hasil gambar :

ax = a cos 450 = ½*a*⅟2

ay = a sin 450 = ½*a*⅟2

wx = m2*g*sin 450 = ½*m2*g*⅟2

wy = m2*g*cos 450 = ½*m2*g *⅟2

       m

    2

K 12

a

wy

ay

ax

wx

w

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 18/28

 

w = m2*g

K 12 = K 

Penyelesaian

ΣFx = m2*ax

wx - f x = m2*½*a*⅟2

½ *m2*g*⅟2 - f = m2*½*a* ⅟2

f = ½ *m2*g * ⅟2 - m2* ½ * a* ⅟2 ………… (2)

ΣFy = m2*ay

K 12 - wy = m2*½ * a* ⅟2

K - ½*m2*g* ⅟2 = m2*½*a* ⅟2

K = ½ *m2*a*⅟2 + m2*½*g*⅟2 ………… (3)

4.3 Substitusikan persamaan (2) dan (3) kedalam persamaan (1)

F +½*½*m2*g*⅟2 - m2*½ *a*⅟2)*⅟2-½*(½*m2*a* ⅟2+ m2*½*g*⅟2)*⅟2=

m1*a

Karena

a = F

(m1+m2)

Sehingga

F +½*m2*g - ½*m2*(F/(m1+m2))- ½*m2*(F/(m1+m2))-m2*½*g* = m1* (F/(m1+m2))

F - ½*m2*(F/(m1+m2))-½*m2*(F/(m1+m2))= m1*(F/(m1+m2))

F - m2*(F/(m1+m2)) = m1*(F/(m1+m2))

F = m1*(F/(m1+m2))+ m2*(F/(m1+m2))

F = (F/(m1+m2))*(m1+m2)

5. a

m

Katr

ol

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 19/28

 

Tentukan percepatan berdasarkan system pada kasus diatas jika katrol berputar 

dimana katrol memiliki besar jari-jari sebesar R?

Pembahasan

5.1 Menentukan diagram gaya pada setiap benda yang mempengaruhi system diatas

5.1.1 Menentukan diagram gaya pada benda yang bermassa m’

Keterangan

T’ adalah tegangan tali pada benda bermassa m’

a adalah percepatan benda

Penyelesaian :

ΣF = m’*a

T’ = m’ * a ………………. (1)

5.1.2 Menentukan diagram gaya pada benda yang bermassa m’

m

m’T

a

m

T

w=m*

 

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 20/28

 

Keterangan

T adalah tegangan tali pada benda bermassa m

a adalah percepatan benda

w adalah gaya berat yang bekerja pada benda bermassa m

Penyelesaian

ΣF = m*a

m*g - T = m * a ……………. (2)

5.1.3 Menentukan diagram gaya pada benda yang bermassa m’

a

Keterangan

T adalah tegangan tali pada benda bermassa m

T adalah tegangan tali pada benda bermassa m’

a adalah percepatan benda

R adalah jari-jari katrol

Penyelesaian

Στ = I*α

T*R - T‘* R = I*α

[ T – T’] *R = I*α

Karena α = a /R 

Katrol berbentuk silinder pejal maka momen inersia (I) bernilai

I = ½ *mk *R 2

Sehingga

[ T – T’] *R = ½ *mk *R 2 *( a/R )

R

 T

 T’

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 21/28

 

T – T’ = ½ *mk *a ……………. (3)

5.2 Subtitusikan persamaan 1 ke persamaan 2

T – m’ a = ½ *mk *a ………….... (4)

5.3 Jumlahkan persamaan 2 dan persamaan 4

m*g - T = m * a

T – m’* a = ½ *mk *a +

m*g – m’*a = m*a + ½ *mk *a

m*g = m*a + ½ *mk *a +m’*a

m*g = a *( m +m’+ ½ *mk )

a = m*g

( m +m’+ ½ *mk )

6.

α

Tentukan besar tegangan tali berdasarkan system pada kasus diatas dalam keadaan

setimbang dimana bola bergerak menggelinding kebawah dengan bidang miring

 berlantai kasar dengan koefisien gesek sebesar µ ?

Pembahasan

6.1 Menentukan diagram gaya pada setiap benda yang mempengaruhi system diatas

α

 Tx

 T

 Ty

wy

wx

N

a

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 22/28

 

Keterangan

f adalah gaya gesek yang bekerja pada benda kasus diatas

w adalah gaya berat yang bekerja pada benda kasus diatas

wx adalah gaya berat yang bekerja pada benda kasus diatas dalam sumbu-x

wy adalah gaya berat yang bekerja pada benda kasus diatas dalam sumbu-y

T adalah tegangan tali yang bekerja pada benda diatas

Tx adalah tegangan tali yang bekerja pada benda diatas dalam sumbu-x

Ty adalah tegangan tali yang bekerja pada benda diatas dalam sumbu-y

 N adalah gaya normal yang bekerja pada benda diatas

α adalah sudut yang bekerja pada benda segitiga diatas

Hasil gambar :

Tx = T cos α

Ty = T sin α

wx = m*g*sin α

wy = m*g* cos α

w = m*g

catatan : syarat keadaan setimbang Στ = 0 dan ΣF= 0

Penyelesaian

ΣFy = 0

 N - wy - Ty = 0

 N = wy + Ty

 N = m *g *cos α + T sin α

Στ= 0

T cos α *R – f*R = 0

T cos α*R = f*R 

T cos α = f 

w

FΣx=

0

FΣy=

0

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 23/28

 

T cos α = µ *N

T cos α = µ*(m*g cos α + T sin α)

T = µ* m *g *cos α + µ*T *sin α

Cos α

T = µ *m*g +µ*T tan α

T - µ*T tan α = m*g*µ

T *(1 -µ tan α) = m*g*µ

T = m*g* µ

(1 -µ*tan α)

7.

Tentukan percepatan masing-masing benda apabila massa katrol diabaikan ?

Pembahasan

Asumsi : Gerak benda dalam kasus diatas dalam satu arah yaitu menuju ke benda

yang bermassa 4m sehingga a1 = a2 =a

Massa katrol diabaikan maka T1=T2

7.1 Menentukan diagram gaya pada setiap benda yang mempengaruhi system diatas

7.1.1 Menentukan diagram gaya pada benda yang bermassa m

m

4m

a

m

 T1

w =m*g

a

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 24/28

 

Keterangan

w adalah gaya berat yang bekerja pada benda bermassa m

T1 adalah tegangan tali yang bekerja pada benda bermassa m

a adalah percepatan yang bekerja pada benda bermassa m

Penyelesaian

ΣF = m*a

T1 - w = m*a

T1 – m*g = m*a

T1 = m*a+m*g

T1 = m*(a+g) ………………… (1)

7.1.2 Menentukan diagram gaya pada benda yang bermassa 4m

Keterangan

w adalah gaya berat yang bekerja pada benda bermassa 4m

T2 adalah tegangan tali yang bekerja pada benda bermassa 4m

a adalah percepatan yang bekerja pada benda bermassa 4m

Penyelesaian

ΣF = 4m*a

w -T2 = 4m*a

4m*g-T2 = 4m*a

T2 = 4m*g -4m*a

T2= 4m*(g-a) ………………… (2)

7.1.3 Substitusikan persamaan (1)kedalam persamaan (2)

w =4

m*g

4

 T2a

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 25/28

 

m*(a+g) = 4m*(g-a)

a+g = 4g-4a

3g = 5a

a = ( )*g⅟

8.

Tentukan nilai F ketika benda yang bermassa m1 tepat akan terangkat dengan

mengasumsikan bahwa benda bermassa m1 lebih besar daripada m2 ?

Pembahasan

Asumsi : Gerak benda dalam kasus diatas dalam satu arah yaitu menuju ke benda

yang bermassa m1 sehingga a1 = a2 =a

Massa katrol diabaikan maka T1=T2

 benda yang bermassa m1 tepat akan terangkat maka N = 0

8.1 Menentukan diagram gaya pada setiap benda yang mempengaruhi system diatas

8.1.1 Menentukan diagram gaya pada benda yang bermassa m1

Keterangan

m1

m

a

m1

 T1

w1

=

m1*g

a

N

F

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 26/28

 

w1 adalah gaya berat yang bekerja pada benda bermassa m1

T 1 adalah tegangan tali yang bekerja pada benda bermassa m1

a adalah percepatan yang bekerja pada benda bermassa m

Penyelesaian

ΣF = m1*a

w- N -T1 = m1*a

m1*g-N -T1 = m1*a

T1 = m1*g-m1*a-N Karena N = 0

T1 = m1*g-m1*a ……………… (1)

8.1.2 Menentukan diagram gaya pada benda yang bermassa m2

Keterangan

w2 adalah gaya berat yang bekerja pada benda bermassa m2

T2 adalah tegangan tali yang bekerja pada benda bermassa m2

a adalah percepatan yang bekerja pada benda bermassa m2

Penyelesaian

ΣF = m2*a

T2 = m2*a

T2 – m2*g = 4m2*a

T2 = m2*a -m2*g

T2= m2*(a+g) ………………… (2)

8.1.3 Menentukan diagram gaya pada katrol

w

2=m

2*g

m2

 T2a

F

a

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 27/28

 

Keterangan

F adalah gaya tarikyang bekerja pada katrol

T1 adalah tegangan tali yang bekerja pada katrol

T2 adalah tegangan tali yang bekerja pada katrol

a adalah percepatan yang bekerja pada katrol

Penyelesaian

ΣF = 0

F- T1 -T2 = 0

F = T1 +T2

F = 2T

T = ½ F ………………… (3)

8.2 Menentukan Percepatan benda

8.2.1 Substitusikan persamaan (3) kedalam persamaan (1) dan (2)

½ F = m1*g-m1*a ………………… (4)

½ F = m2*(a+g)

½ F = m2*a -m2*g ………………… (5)

8.2.1 Pengurangan persamaan (4) dan persamaan (5)

½ F = m1*g-m1*a

½ F = m2*a -m2*g -

0 = m1*g-m1*a - m2*a -m2*g

( m1 –m2)*g = (m1+m2)*a

a = ( m1 –m2)*g ………………… (6)

(m1+m2)

8.3 Menentukan nilai F

 T1

T2

5/17/2018 Mekanika Klasik 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mekanika-klasik-2 28/28

 

8.3.1 Substitusikan persamaan (5) kedalam persamaan 48)

½ F = m1*g-m1* ( m1 –m2)*g

(m1+m2)

½ F = m12*g+ m1*m2*g- m1

2*g + m1*m2*g

(m1+m2)

½ F = 2*m1*m2*g

(m1+m2)

F = 4*m1*m2*g

(m1+m2)