Contoh soal hukum newton sma kela x semester 2

Contoh soal hukum newton sma kela x semester 2

Menguasai Hukum Newton: Panduan Lengkap dengan Contoh Soal untuk Siswa SMA Kelas X Semester 2

Pendahuluan

Mekanika klasik, cabang fisika yang mempelajari gerakan benda dan penyebabnya, dibangun di atas fondasi yang diletakkan oleh Sir Isaac Newton. Tiga Hukum Geraknya merupakan prinsip fundamental yang menjelaskan bagaimana gaya memengaruhi gerakan benda di sekitar kita, mulai dari apel yang jatuh dari pohon hingga pergerakan planet di tata surya. Bagi siswa SMA kelas X semester 2, pemahaman mendalam tentang Hukum Newton bukan hanya krusial untuk menguasai materi fisika, tetapi juga untuk mengembangkan kemampuan berpikir analitis dan pemecahan masalah.

Artikel ini akan membahas secara rinci ketiga Hukum Newton, diikuti dengan berbagai contoh soal yang dirancang khusus untuk membantu siswa SMA kelas X semester 2 mengaplikasikan konsep-konsep tersebut dalam situasi yang berbeda. Kita akan mengulas langkah-langkah penyelesaian, tips, dan trik agar Anda dapat menjawab soal-soal Hukum Newton dengan percaya diri.

1. Tinjauan Singkat Ketiga Hukum Newton

Contoh soal hukum newton sma kela x semester 2

Sebelum melangkah ke contoh soal, mari kita segarkan kembali pemahaman kita tentang ketiga Hukum Newton:

  • Hukum I Newton (Hukum Kelembaman): Sebuah benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan jika tidak ada gaya resultan yang bekerja padanya. Artinya, benda cenderung mempertahankan keadaan geraknya. Kelembaman adalah sifat benda untuk menolak perubahan gerak.

    • Rumus: $sum vecF = 0 iff vecv = textkonstan$ (termasuk diam, $vecv = 0$)

  • Hukum II Newton: Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya resultan yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya resultan.

    • Rumus: $sum vecF = m veca$
      • $sum vecF$: Gaya resultan (Newton, N)
      • $m$: Massa benda (kilogram, kg)
      • $veca$: Percepatan benda (meter per sekon kuadrat, m/s²)

  • Hukum III Newton: Jika benda A memberikan gaya pada benda B, maka benda B akan memberikan gaya pada benda A yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Gaya ini disebut gaya aksi-reaksi.

    • Rumus: $vecFAB = -vecFBA$

2. Contoh Soal dan Pembahasan

Mari kita selami berbagai jenis soal yang sering dihadapi siswa SMA kelas X semester 2, dimulai dari yang paling dasar hingga yang sedikit lebih kompleks.

>

Soal 1 (Hukum I Newton – Konsep Kelembaman)

Seorang penumpang duduk di dalam bus yang sedang melaju dengan kecepatan konstan. Tiba-tiba, sopir mengerem mendadak. Apa yang akan terjadi pada penumpang tersebut dan mengapa?

Pembahasan:

  • Konsep yang Relevan: Hukum I Newton (Hukum Kelembaman).
  • Analisis:
    • Sebelum pengereman, penumpang dan bus bergerak dengan kecepatan yang sama.
    • Ketika sopir mengerem mendadak, bus mengalami perlambatan yang signifikan akibat gaya pengereman.
    • Menurut Hukum I Newton, benda cenderung mempertahankan keadaan geraknya. Dalam hal ini, penumpang masih memiliki kecenderungan untuk terus bergerak maju dengan kecepatan sebelum pengereman.
  • Jawaban: Penumpang akan terdorong ke depan. Hal ini karena tubuh penumpang memiliki kelembaman, yaitu kecenderungannya untuk terus bergerak maju sesuai dengan kecepatan bus sebelum pengereman. Gaya pengereman bekerja pada bus, tetapi tidak secara langsung pada penumpang, sehingga tubuh penumpang terus bergerak maju sampai ada gaya lain (misalnya, sabuk pengaman atau sandaran kursi) yang menghentikannya.

>

Soal 2 (Hukum II Newton – Gaya Tunggal)

Sebuah balok bermassa 5 kg ditarik di atas permukaan horizontal licin dengan gaya sebesar 20 N. Tentukan percepatan yang dialami balok!

Pembahasan:

  • Konsep yang Relevan: Hukum II Newton.
  • Diketahui:
    • Massa balok ($m$) = 5 kg
    • Gaya tarik ($F$) = 20 N
  • Ditanya: Percepatan balok ($a$).
  • Langkah Penyelesaian:
    1. Identifikasi gaya-gaya yang bekerja pada balok. Dalam kasus ini, gaya utamanya adalah gaya tarik sebesar 20 N. Kita asumsikan permukaan licin sehingga gaya gesek diabaikan. Gaya berat dan gaya normal saling meniadakan karena bergerak pada bidang horizontal.
    2. Tentukan gaya resultan ($sum F$). Karena hanya ada satu gaya horizontal yang signifikan, maka gaya resultan sama dengan gaya tarik tersebut.
    3. Gunakan rumus Hukum II Newton: $sum F = m cdot a$.
    4. Substitusikan nilai yang diketahui ke dalam rumus.
  • Perhitungan:
    $sum F = F = 20 text N$
    $20 text N = 5 text kg cdot a$
    $a = frac20 text N5 text kg$
    $a = 4 text m/s^2$
  • Jawaban: Percepatan yang dialami balok adalah 4 m/s².

>

Soal 3 (Hukum II Newton – Gaya Berlawanan Arah)

Sebuah balok bermassa 10 kg didorong di atas permukaan horizontal dengan gaya 50 N. Jika gaya gesek yang bekerja pada balok adalah 10 N, tentukan percepatan balok!

Pembahasan:

  • Konsep yang Relevan: Hukum II Newton.
  • Diketahui:
    • Massa balok ($m$) = 10 kg
    • Gaya dorong ($F_dorong$) = 50 N
    • Gaya gesek ($f$) = 10 N
  • Ditanya: Percepatan balok ($a$).
  • Langkah Penyelesaian:
    1. Buat diagram gaya (Free Body Diagram) untuk memvisualisasikan gaya-gaya yang bekerja pada balok. Gaya dorong bekerja ke arah kanan (misalnya), dan gaya gesek bekerja berlawanan arah, yaitu ke kiri.
    2. Hitung gaya resultan ($sum F$). Karena gaya dorong dan gaya gesek berlawanan arah, maka gaya resultan adalah selisih keduanya. Kita tetapkan arah gaya dorong sebagai arah positif.
    3. Gunakan rumus Hukum II Newton: $sum F = m cdot a$.
    4. Substitusikan nilai yang diketahui.

  • Perhitungan:
    $sum F = F_dorong – f$
    $sum F = 50 text N – 10 text N$
    $sum F = 40 text N$

    Sekarang gunakan Hukum II Newton:
    $40 text N = 10 text kg cdot a$
    $a = frac40 text N10 text kg$
    $a = 4 text m/s^2$

  • Jawaban: Percepatan balok adalah 4 m/s² searah dengan gaya dorong.

>

Soal 4 (Hukum II Newton – Bidang Miring)

Sebuah balok bermassa 8 kg diletakkan pada bidang miring yang membentuk sudut 30° terhadap horizontal. Jika bidang miring licin (tidak ada gesekan), tentukan percepatan balok saat meluncur ke bawah! (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

  • Konsep yang Relevan: Hukum II Newton, dekomposisi gaya.
  • Diketahui:
    • Massa balok ($m$) = 8 kg
    • Sudut kemiringan ($theta$) = 30°
    • Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²
    • Bidang licin (gesekan = 0).
  • Ditanya: Percepatan balok ($a$).
  • Langkah Penyelesaian:
    1. Gambarkan balok pada bidang miring.
    2. Uraikan gaya berat ($w = m cdot g$) menjadi dua komponen: satu tegak lurus bidang miring ($wperp$) dan satu sejajar bidang miring ($wparallel$).
    3. Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring adalah yang menyebabkan balok meluncur ke bawah. Besarnya adalah $w_parallel = w sin theta = m cdot g sin theta$.
    4. Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring adalah $w_perp = w cos theta = m cdot g cos theta$. Gaya ini akan diimbangi oleh gaya normal jika tidak ada gaya lain.
    5. Karena bidang licin, gaya resultan yang bekerja pada arah gerak (sejajar bidang miring) hanyalah komponen gaya berat yang sejajar bidang miring.
    6. Gunakan Hukum II Newton: $sum F = m cdot a$.

  • Perhitungan:
    Komponen gaya berat sejajar bidang miring:
    $wparallel = m cdot g sin theta$
    $w    parallel = 8 text kg cdot 10 text m/s^2 cdot sin 30^circ$
    $wparallel = 80 text N cdot 0.5$
    $w    parallel = 40 text N$

    Karena bidang licin, gaya resultan ($sum F$) = $w_parallel$.
    $sum F = m cdot a$
    $40 text N = 8 text kg cdot a$
    $a = frac40 text N8 text kg$
    $a = 5 text m/s^2$

  • Jawaban: Percepatan balok saat meluncur ke bawah adalah 5 m/s².

>

Soal 5 (Hukum III Newton – Interaksi Antar Benda)

Dua buah balok, A dan B, diletakkan berdekatan di atas permukaan horizontal licin. Balok A bermassa 2 kg dan balok B bermassa 3 kg. Jika balok A mendorong balok B dengan gaya 10 N, berapakah gaya yang diberikan balok B pada balok A?

Pembahasan:

  • Konsep yang Relevan: Hukum III Newton (Aksi-Reaksi).
  • Diketahui:
    • Massa balok A ($m_A$) = 2 kg
    • Massa balok B ($m_B$) = 3 kg
    • Gaya yang diberikan balok A pada balok B ($F_AB$) = 10 N
  • Ditanya: Gaya yang diberikan balok B pada balok A ($F_BA$).
  • Langkah Penyelesaian:
    1. Identifikasi pasangan gaya aksi-reaksi. Dalam soal ini, balok A memberikan gaya pada balok B (aksi), dan balok B memberikan gaya pada balok A (reaksi).
    2. Menurut Hukum III Newton, gaya aksi dan reaksi memiliki besar yang sama tetapi arah yang berlawanan.
  • Perhitungan:
    Berdasarkan Hukum III Newton:
    $FAB = -FBA$
    Besar gaya $FAB$ adalah 10 N. Maka, besar gaya $FBA$ juga 10 N.
  • Jawaban: Gaya yang diberikan balok B pada balok A adalah 10 N, dengan arah berlawanan dengan gaya yang diberikan balok A pada balok B.

>

Soal 6 (Kombinasi Hukum Newton – Sistem Dua Benda)

Dua buah balok, A (massa 2 kg) dan B (massa 3 kg), dihubungkan dengan tali ringan dan diletakkan di atas permukaan horizontal licin. Balok A ditarik mendatar dengan gaya 20 N. Tentukan tegangan tali dan percepatan sistem!

Pembahasan:

  • Konsep yang Relevan: Hukum II Newton, sistem dua benda.
  • Diketahui:
    • Massa balok A ($m_A$) = 2 kg
    • Massa balok B ($m_B$) = 3 kg
    • Gaya tarik pada balok A ($F$) = 20 N
    • Permukaan licin (gesekan = 0).
  • Ditanya: Tegangan tali ($T$) dan percepatan sistem ($a$).
  • Langkah Penyelesaian:
    1. Analisis Sistem: Anggap kedua balok bergerak bersama sebagai satu sistem. Gaya luar yang bekerja pada sistem adalah gaya tarik 20 N. Massa total sistem adalah $m_total = m_A + m_B$.
    2. Hitung Percepatan Sistem: Gunakan Hukum II Newton untuk sistem: $sum Fsistem = mtotal cdot a$.
    3. Analisis Gaya pada Masing-masing Benda:
      • Balok A: Gaya yang bekerja adalah gaya tarik 20 N ke kanan dan tegangan tali $T$ ke kiri. Gaya resultan pada A adalah $F – T$.
      • Balok B: Gaya yang bekerja adalah tegangan tali $T$ ke kanan. Gaya resultan pada B adalah $T$.
    4. Gunakan Hukum II Newton untuk Salah Satu Benda: Pilih salah satu balok (misalnya balok B) untuk mencari tegangan tali. Gunakan persamaan $sum F_B = m_B cdot a$.

  • Perhitungan:

    1. Massa total sistem:
      $m_total = m_A + m_B = 2 text kg + 3 text kg = 5 text kg$
    2. Percepatan sistem:
      $sum Fsistem = F = 20 text N$
      $20 text N = m      total cdot a$
      $20 text N = 5 text kg cdot a$
      $a = frac20 text N5 text kg$
      $a = 4 text m/s^2$
    3. Tegangan tali (analisis pada balok B):
      Gaya resultan pada balok B adalah tegangan tali $T$. Arah percepatan sistem adalah ke kanan, sehingga $T$ harus ke kanan agar balok B bergerak.
      $sum F_B = T = m_B cdot a$
      $T = 3 text kg cdot 4 text m/s^2$
      $T = 12 text N$

    Verifikasi dengan analisis pada balok A:
    $sum F_A = F – T = m_A cdot a$
    $20 text N – T = 2 text kg cdot 4 text m/s^2$
    $20 text N – T = 8 text N$
    $T = 20 text N – 8 text N$
    $T = 12 text N$ (Hasil konsisten)

  • Jawaban: Percepatan sistem adalah 4 m/s² dan tegangan tali adalah 12 N.

>

Soal 7 (Hukum Newton – Gaya Gravitasi dan Gaya Normal)

Sebuah benda bermassa 6 kg digantung pada langit-langit menggunakan tali. Tentukan tegangan tali jika benda tersebut diam! (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

  • Konsep yang Relevan: Hukum I Newton (keadaan diam), gaya berat, tegangan tali.
  • Diketahui:
    • Massa benda ($m$) = 6 kg
    • Benda diam.
    • Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²
  • Ditanya: Tegangan tali ($T$).
  • Langkah Penyelesaian:
    1. Karena benda diam, maka gaya resultan yang bekerja pada benda adalah nol (Hukum I Newton).
    2. Gambarkan diagram gaya: Gaya berat ($w$) bekerja ke bawah, dan tegangan tali ($T$) bekerja ke atas.
    3. Hitung gaya berat benda.
    4. Samakan gaya ke atas dengan gaya ke bawah.

  • Perhitungan:
    Gaya berat benda:
    $w = m cdot g$
    $w = 6 text kg cdot 10 text m/s^2$
    $w = 60 text N$

    Karena benda diam ($sum F = 0$):
    $sum F = T – w = 0$
    $T = w$
    $T = 60 text N$

  • Jawaban: Tegangan tali adalah 60 N.

>

Soal 8 (Hukum Newton – Gerak Vertikal dengan Percepatan)

Sebuah lift bermassa 500 kg bergerak vertikal ke atas dengan percepatan 2 m/s². Tentukan besar gaya normal yang bekerja pada lift jika lift sedang bergerak ke atas! (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

  • Konsep yang Relevan: Hukum II Newton, gerak vertikal.

  • Diketahui:

    • Massa lift ($m$) = 500 kg
    • Percepatan lift ($a$) = 2 m/s² (ke atas)
    • Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²

  • Ditanya: Gaya normal ($N$) pada lift. (Perhatikan: dalam konteks ini, gaya normal yang ditanyakan adalah gaya yang diberikan lantai lift kepada orang/benda di dalamnya, atau gaya yang diberikan oleh tali penarik lift kepada struktur lift. Namun, interpretasi yang paling umum dalam soal seperti ini adalah gaya yang dirasakan oleh penumpang di dalam lift, yang merupakan gaya normal dari lantai lift). Jika yang dimaksud adalah gaya tegangan tali yang menarik lift ke atas, itu akan berbeda. Kita asumsikan yang ditanya adalah gaya normal yang dirasakan oleh penumpang di dalam lift, atau gaya normal yang dialami lift dari dasar lantainya (jika ada). Namun, dalam konteks lift, seringkali yang dimaksud adalah gaya yang bekerja pada penumpang di dalam lift, yang kita sebut gaya normal dari lantai lift. Jika liftnya kosong, maka yang ditanya adalah gaya tegangan tali. Mari kita asumsikan yang ditanyakan adalah gaya tegangan tali yang menahan lift.

    Revisi interpretasi: Soal ini sedikit ambigu. Jika yang ditanya adalah gaya tegangan tali yang menahan lift (karena lift bergerak ke atas dengan percepatan), maka analisisnya sebagai berikut:

  • Diketahui:

    • Massa lift ($m$) = 500 kg
    • Percepatan lift ($a$) = 2 m/s² (ke atas)
    • Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²

  • Ditanya: Tegangan tali ($T$).

  • Langkah Penyelesaian:

    1. Gambarkan diagram gaya pada lift: Gaya berat ($w$) ke bawah, dan tegangan tali ($T$) ke atas.
    2. Karena lift bergerak ke atas dengan percepatan, maka gaya resultan adalah $T – w$.
    3. Gunakan Hukum II Newton: $sum F = m cdot a$.

  • Perhitungan:
    Gaya berat lift:
    $w = m cdot g = 500 text kg cdot 10 text m/s^2 = 5000 text N$

    Gaya resultan:
    $sum F = T – w$
    $sum F = m cdot a$
    $T – 5000 text N = 500 text kg cdot 2 text m/s^2$
    $T – 5000 text N = 1000 text N$
    $T = 1000 text N + 5000 text N$
    $T = 6000 text N$

  • Jawaban: Besar tegangan tali yang menahan lift adalah 6000 N.

    Jika soal dimaksudkan untuk menanyakan gaya normal yang dialami penumpang di dalam lift:
    Jika ada penumpang bermassa $m_p$ di dalam lift, maka gaya normal ($N$) yang diberikan lantai lift kepada penumpang adalah gaya yang kita cari. Gaya berat penumpang ($w_p = m_p cdot g$) bekerja ke bawah. Gaya resultan pada penumpang adalah $N – w_p = m_p cdot a$. Maka $N = w_p + m_p cdot a$. Gaya normal yang dirasakan penumpang akan lebih besar dari beratnya saat lift bergerak ke atas dengan percepatan.

>

Tips Tambahan untuk Menyelesaikan Soal Hukum Newton:

  1. Gambar Diagram Gaya (Free Body Diagram): Ini adalah langkah paling krusial. Gambarkan setiap benda secara terpisah dan tunjukkan semua gaya yang bekerja padanya (berat, normal, tegangan tali, gesekan, gaya dorong/tarik, dll.).
  2. Tetapkan Sistem Koordinat: Tentukan arah positif (misalnya, ke kanan atau ke atas) dan negatif. Ini akan membantu saat menjumlahkan gaya-gaya yang berlawanan arah.
  3. Identifikasi Gaya Resultan: Jumlahkan semua gaya yang bekerja pada benda dalam arah geraknya atau arah yang ditinjau.
  4. Pilih Rumus yang Tepat: Gunakan Hukum I Newton jika benda diam atau bergerak lurus beraturan. Gunakan Hukum II Newton jika ada percepatan. Gunakan Hukum III Newton untuk interaksi antar benda.
  5. Perhatikan Arah Gaya: Arah gaya sangat penting. Gaya yang searah dengan percepatan akan meningkatkan kecepatan, sedangkan yang berlawanan arah akan mengurangi kecepatan.
  6. Satuan yang Konsisten: Pastikan semua satuan konsisten (biasanya dalam SI: kg, m, s, N).
  7. Teliti Kembali: Setelah mendapatkan jawaban, periksa apakah hasilnya masuk akal. Misalnya, jika sebuah benda didorong dengan gaya besar, percepatannya seharusnya besar.

Kesimpulan

Hukum Newton adalah pilar utama dalam fisika mekanika. Dengan memahami konsep kelembaman, hubungan antara gaya, massa, dan percepatan, serta prinsip aksi-reaksi, siswa SMA kelas X semester 2 dapat memecahkan berbagai permasalahan fisika yang berkaitan dengan gerakan. Latihan soal yang variatif, seperti yang telah dibahas, akan memperkuat pemahaman dan keterampilan Anda dalam mengaplikasikan Hukum Newton di berbagai skenario. Ingatlah untuk selalu menggambar diagram gaya, menentukan gaya resultan, dan menggunakan rumus yang tepat. Selamat belajar dan semoga sukses!

>

Leave a Reply

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *