Sebuah benda bermasa 10 kg diam pada permukaan kasar (koefisien gesek statis 0,4 dan koefisien kinetis 0,2). Benda ditarik dengan gaya F sebesar 50 N pada arah 37 derajat dengan gravitasi 10 m/s, tentukan: a. Gaya gesek yang bekerja pada benda b. Apakah benda diam atau bergerak? Jika bergerak hitung kecepatan benda!
Jawaban:
Mari kita selesaikan pertanyaan-pertanyaan ini satu per satu:
a. Untuk menentukan gaya gesek yang bekerja pada benda, kita perlu mempertimbangkan koefisien gesek statis dan koefisien gesek kinetis. Pertama, kita perlu menghitung gaya maksimum yang bisa dihasilkan oleh gaya gesek statis sebelum benda mulai bergerak.
Fgesek_statik_max = koefisien_gesek_statik * berat
Fgesek_statik_max = 0,4 * (10 kg * 10 m/s²) = 40 N
Fgesek_statik_max adalah gaya maksimum yang bisa dihasilkan oleh gaya gesek statis. Jika gaya tarik (50 N) yang diterapkan kurang dari atau sama dengan ini, benda akan tetap diam.
Jadi, gaya gesek yang bekerja pada benda adalah 40 N jika gaya tarik kurang dari 40 N. Jika gaya tarik lebih besar dari 40 N, benda akan mulai bergerak, dan gaya gesek akan menjadi gaya gesek kinetis.
b. Untuk menentukan apakah benda diam atau bergerak, kita harus membandingkan gaya tarik yang diterapkan (50 N) dengan gaya gesek statis maksimum (40 N) yang bisa dihasilkan oleh gesekan statis. Jika gaya tarik kurang dari atau sama dengan 40 N, benda akan tetap diam. Namun, jika gaya tarik lebih besar dari 40 N, benda akan mulai bergerak.
Dalam kasus ini, gaya tarik (50 N) lebih besar dari gaya gesek statis maksimum (40 N), jadi benda akan mulai bergerak.
c. Untuk menghitung kecepatan benda setelah mulai bergerak, kita perlu menggunakan hukum kedua Newton, yang menyatakan:
F = m * a
Di mana:
F = gaya netto (dalam hal ini, gaya tarik - gaya gesek kinetis)
m = massa benda (10 kg)
a = percepatan
Kita sudah tahu bahwa gaya tarik adalah 50 N, dan gaya gesek kinetis dapat dihitung sebagai:
Fgesek_kinetis = koefisien_gesek_kinetis * berat
Fgesek_kinetis = 0,2 * (10 kg * 10 m/s²) = 20 N
Jadi, gaya netto yang bekerja pada benda adalah:
F = 50 N - 20 N = 30 N
Sekarang, kita dapat menghitung percepatan menggunakan hukum kedua Newton:
a = F / m
a = 30 N / 10 kg = 3 m/s²
Dengan mengetahui percepatan ini, kita dapat menggunakan persamaan gerak lurus:
v = v0 + at
Dalam hal ini, v0 (kecepatan awal) adalah 0 m/s (karena benda awalnya diam), a (percepatan) adalah 3 m/s², dan v (kecepatan akhir) adalah yang ingin kita hitung. Mari kita hitung v:
v = 0 m/s + 3 m/s² * t
Sebagai informasi tambahan, kita perlu mengetahui berapa sudut antara gaya tarik dan arah horizontal karena itu akan mempengaruhi komponen horizontal dari gaya tarik yang digunakan dalam perhitungan. Jika sudut 37 derajat adalah sudut antara gaya tarik dan arah vertikal, maka sudut antara gaya tarik dan arah horizontal adalah 90 derajat - 37 derajat = 53 derajat.
Namun, jika Anda ingin menentukan kecepatan benda pada waktu tertentu (t), Anda perlu memberikan nilai waktu (t) yang ingin Anda gunakan dalam perhitungan tersebut.