Soal Dan Pembahasan Bab Pesawat Sederhana [PDF]

Citation preview

SOAL DAN PEMBAHASAN BAB PESAWAT SEDERHANA



CONTOH SOAL 1 Berikut ini merupakan keuntungan penggunaan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari: 1) 2) 3) 4)



Mengubah energi Mengubah arah gaya Mengurangi gaya Menambah usaha



Keuntungan pesawat sederhana yang benar adalah A. 1,2, dan 3 B. 2,3, dan 4 C. 1 dan 3 D. 2 dan 4 JAWABAN: A Pembahasan : Pesawat sederhana adalah segala peralatan yang memudahkan manusia dalam melakukan kerja atau usaha. Pesawat sederhana memberikan keuntungan antara lain: 1) 2) 3) 4)



Mengubah bentuk energi Mengurangi gaya Keuntungan kecepatan Mengubah arah



Contoh Soal 2 Untuk mengangkat beban 1.000 N digunakan tuas yang panjangnya 300 cm dan lengan beban 50 cm. Hitunglah gaya yang diperlukan mengangkat beban tersebut! Penyelesaian: Soal ini merupakan tuas jenis pertama, di mana titik tumpu berada di antara beban dan kuasa. Maka: w = 1.000 N lb = 50 cm lk = 250 cm w . lb = F . lk 1.000 N . 50 cm = F . 250 cm F = 1.000 N . 50 cm/250 cm F = 200 N Contoh Soal 3 Sebuah linggis yang panjangnya 1,5 m digunakan untuk mencabut paku yang tertancap disebuah tembok. Linggis ditumpu 25 cm dari paku yang akan di cabut. Untuk melepaskan paku dari tembok diperlukan gaya sebesar 9,4 x 104 N. Berapa gaya lekat paku pada kayu? Berapa keuntungan mekanisnya? Penyelesaian: Contoh Soal 2 ini cara pengerjaannya sama seperti contoh soal 1. Soal ini merupakan tuas jenis pertama, di mana titik tumpu berada di antara beban dan kuasa. Maka: Fk = 9,4 x 104 N lb = 25 cm lk = 1,25 m = 125 cm Fb . lb = F . lk



Fb . 25 cm = 9,4 x 104 N . 125 cm Fb = 9,4 x 104 N . 125 cm/25 cm Fb = 4,7 x 105 N KM = Fb/Fk KM = lk/lb KM = 125 cm/25 cm KM = 5 Contoh Soal 4 Dua orang anak yaitu Budi dan Iwan diberikan sebuah roda dan papan yang panjangnya 3 m yang akan digunakan untuk mengangkat sebuah benda yang massanya 30 kg (jika percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s2). Budi menyusun papan tersebut seperti gambar (a) sedangkan iwan menyusun papan tersebut seperti gambar (b) di bawah ini.



1.



Siapa yang memerlukan gaya paling kecil unuk mengangkat benda tersebut? Jelaskan! Berapa keuntungan mekanis masing-masing sistem? Penyelesaian:



Untuk mengetahui siapa yang memerlukan gaya paling kecil, harus dicari gaya angkat untuk masing-masing sistem. Untuk sistem gambar (a) merupakan tuas atau pengungkit jenis pertama, di mana titik tumpu berada di antara beban dan kuasa, maka: m = 30 kg lb = 1 m lk = 2 m g = 10 m/s2 w . lb = F . lk m . g . lb = F . lk 30 kg. 10 m/s2. 1 m = F . 2 m 300 N.m = F . 2 m F = 300 N.m/2 m F = 150 N Keuntungan mekanis untuk sistem (a) yakni: KM = w/F KM = 300 N/150 N KM = 2 Untuk sistem gambar (b) merupakan tuas atau pengungkit jenis kedua, di mana beban berada di antara titik tumpu dan kuasa, maka: m = 30 kg lb = 1 m lk = 3 m g = 10 m/s2 w . lb = F . lk m . g . lb = F . lk 30 kg. 10 m/s2. 1 m = F . 3 m 300 N.m = F . 3 m F = 300 N/3 F = 100 N



Keuntungan mekanis untuk sistem (b) yakni: KM = w/F KM = 300 N/100 N KM = 3 Jadi, yang mengeluarkan gaya paling kecil adalah Iwan yaitu 100 N sedangkan Budi mengeluarkan gaya 150 N. Keuntungan mekanis untuk sistem gambar (a) adalah 2, sedangkan keuntungan mekanis untuk sistem gambar (b) adalah 3. Contoh Soal 5 Sebuah lampion memiliki massa 0,5 kg digantung dengan menggunakan kayu dengan panjang 1 m dan masanya diabaikan, seperti gambar di bawah ini.



2.



Hitunglah gaya angkat F minimal agar lampion agar lapion tidak jatuh (jika percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s2)! Penyelesaian: Soal ini merupakan tuas jenis ketiga, di mana kuasa berada di antara beban dan titik tumpu. Maka:



m = 0,5 kg g = 10 m/s2 lb = 1 m lk = 0,8 cm w . lb = F . lk m . g . lb = F . lk 0,5 kg . 10 m/s2 . 1 m = F . 0,8 cm F = 5 N.m/0,8 cm 3.



F = 6,25 N Jadi gaya angkat F minimal yang harus dikeluarkan agar lampion tidak jatuh adalah 6,25 N



Contoh Soal 6 Cermati gambar bidang miring berikut ini.



Jika besar gaya F dalah 60 Newton, tentukan: a) keuntungan mekanik bidang miring b) berat beban Pembahasan a) keuntungan mekanik bidang miring KM = S/h S belum diketahui, temukan dengan pythagoras S =√(42 + 32) = √25 = 5 meter sehingga



KM = 5/3 = 1,67 b) berat beban W = KM x F = 60 x 5/3 = 100 Newton Soal Nomor 7 Seorang pekerja hendak menaikkan sebuah almari besi ke bak belakang truk dengan menggunakan bidang miring seperti gambar.



Jika massa almari 120 kg, dan percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan: a) gaya minimal yang diperlukan pekerja untuk menaikkan almari b) keuntungan mekanik bidang miring Pembahasan a) gaya minimal yang diperlukan pekerja untuk menaikkan almari F = h/S x W dimana h = tinggi bidang miring S = panjang sisi miring W = berat beban (Newton) Temukan berat almari lebih dulu W = m x g = 120 x 10 = 1200 N Sehingga F = h/S x W F = 1/2 x 1200 = 600 Newton b) keuntungan mekanik bidang miring KM = W/F = 1200/600 = 2



atau bisa juga KM = S/h = 2/1 = 2 Soal No. 8 Seorang anak memodifikasi sebuah katrol dan bidang miring untuk menaikkan sebuah balok seperti terlihat pada gambar berikut



Tentukan: a) gaya yang diperlukan anak untuk menaikkan balok b) keuntungan mekanik sistem katrol dan bidang miring Pembahasan a) gaya yang diperlukan anak untuk menaikkan balok F = h/S x W F = 3/5 x 1200 = 720 Newton Gaya F kemudian dibagi ke dua buah tali, satu dipegang anak dan satu lagi terikat pada tonggak, sehingga F untuk anak saja adalah: Fanak = F : 2 =720 : 2 = 360 Newton b) keuntungan mekanik sistem katrol dan bidang miring KM = W : Fanak = 1200 : 360 = 3,33 Soal No. 9 Seorang pekerja pada bangunan menaikkan pasir dengan cara seperti terlihat pada gambar berikut:



Tentukan gaya yang dikeluarkan oleh pekerja untuk beban seberat 50 N, dan keuntungan mekanik dari katrol! Pembahasan Katrol tetap seperti gambar diatas mempunyai KM = 1, sehingga F=W F = 50 N Keterangan : Kalo gaya yang diperlukan sama saja dengan berat benda yang diangkat, lantas dimana untungnya menggunakan katrol tetap? Katrol tetap seperti gambar diatas berfungsi untuk mengubah arah gaya, sehingga beban bisa naik ke atas dengan tarikan ke arah bawah. Di lapangan, menarik beban ke arah bawah melalui katrol terasa lebih mudah dari menarik beban langsung ke arah atas. contoh soal no.10 Sistem katrol digunakan pada suatu proyek bangunan seperti gambar berikut



Tentukan gaya yang diperlukan untuk menaikkan beban seberat 120 Newton!



Pembahasan Perhatikan beban (katrol warna merah), 2 tali yang menariknya, sehingga F = W : 2 = 120 : 2 = 60 Newton Soal No. 11 Seorang anak sedang mengungkit sebuah batu.



Tentukan gaya yang diperlukan anak! Pembahasan Rumus untuk pengungkit atau tuas: F x Lk = W x L b Dimana: Lk = panjang lengan kuasa atau lengan gaya, dihitung dari titik kerja gaya ke tumpu Lb = panjang lengan beban, dihitung dari titik beban hingga tumpu sehingga: F x Lk = W x L b F x 180 = 360 x 20 F = 40 Newton



Soal No. 12 Perhatikan tuas di bawah ini.



Untuk menahan beban 600 Newton agar berada pada posisi seimbang, tentukan besar gaya F yang harus diberikan! Pembahasan Data dari soal: Lb = 1/2 meter Lk = 2 meter, perhatikan bukan 1 1/2 meter F x Lk = W x L b F x (2) = 600 x (1/2) F = 150 Newton Soal No. 13 Lihat gambar disamping!



Berapakah gaya yang diperlukan untuk menarik beban? A. 10



B. 20 N C. 30 N D. 40 N (Sumber soal: EBTANAS SMP Tahun 1995) Pembahasan Perhatikan katrol warna merah tepat di atas beban, ada 3 tali yang menarik beban, sehingga F=W:3 F = 60 : 3 F = 20 Newton Soal No. 14 Perhatikan gambar di samping!



Besar kuasa (F) adalah.... A. 200 N B. 250 N C. 500 N D. 2000 N (Sumber soal: EBTANAS SMP Tahun 1994-Modificated) Pembahasan F x Lk = W x L b F x (2) = 1000 x (0,5) F = 500 : 2 = 250 Newton



Soal No. 15 Perhatikan gambar!



Keuntungan mekanis dari tuas tersebut adalah.... A. 1 B. 1,5 C. 2,5 D. 10 (Dari Soal Ebtanas IPA Tahun 2002) Pembahasan Keuntungan mekanik dari sebuah tuas atau pengungkit bisa dicari dari dua cara sebagai berikut: KM = W/F atau dari rumus lainnya KM = Lk/Lb



Jadi KM = W/F = 75/7,5 = 10 atau KM = Lk/Lb = 50/5 = 10 juga hasilnya,.... Soal No. 16



Seorang pegawai ingin memindahkan kotak yang beratnya 500 N ke atas truk dengan menggunakan bidang miring seperti gambar di bawah.



Bila tinggi truk 1,5 m, berapa besar gaya yang diperlukan untuk memindahkan kotak tersebut? A. 125 N B. 250 N C. 500 N D. 1500 N Pembahasan Data: w = 500 N h = 1,5 m s=3m F =..... Menentukan gaya yang diperlukan pada bidang miring:



Soal No. 17 Suatu peti peralatan berat akan dinaikkan dengan menggunakan papan sebagai bidang miring seperti pada gambar berikut.



Agar gaya dorong setengah dari berat peti sesungguhnya, harus disediakan papan dengan panjang..... A. 5,0 m B. 7,5 m C. 10,0 m D. 12,5 m Pembahasan Data: h = 2,5 m F = 0,5 W s =..... dengan rumus bidang miring:



CONTOH SOAL 18 Perhatikan gambar di bawah ini!



Hitunglah gaya yang diperlukan untuk mendorong beban pada sistem di atas!



Penyelesaian: Dari gambar di atas diketahui bahwa: w = 4.000 N s=3m h = 75 cm = 0,75 m w/F = s/h 4.000 N/F = 3 m/0,75 m 4.000 N/F = 4 F = 4.000 N/4 F = 1.000 N Contoh Soal 19 Sebuah bidang miring tingginya 1 m dan panjangnya 5 m. Bila berat benda yan akan dipindahkan 1.880 N, hitunglah gaya yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut! Penyelesaian: w = 1.880 N s=5m h=1m w/F = s/h 1.880 N/F = 5 m/1 m 1.880 N/F = 5 F = 1.880 N/5 F = 376 N Contoh Soal 20 Papan yang panjangnya 3,6 m disandarkan pada bak mobil yang berada 80 cm dari tanah. Papan tersebut akan digunakan untuk mendorong peti yang massanya 90 kg dari tanah ke bak mobil. Berapa keuntungan



mekanis dan gaya dorongnya jika percepatan gravitasi ditempat tesebut 10 m/s2? Penyelesaian: s = 3,6 m h = 80 cm = 0,8 m m = 90 kg g = 10 m/s2 KM = s/h KM = 3,6 m/0,8 m KM = 4,5 w/F = s/h m.g/F = s/h 90 kg.(10 m/s2)/F = 3,6 m/0,8 m 900 N/F = 4,5 F = 900 N/4,5 F = 200 N Contoh Soal 21 Perhatikan gambar di bawah ini!



Seseorang mendorong benda seperti pada gambar di atas. Jika benda tersebut massanya 20 kg dan percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s2, berapa keuntungan mekanis bidang miring tersebut? Berapa gaya yang diperlukan untuk mendorong benda tersebut? Berapa usaha yang dikeluarkan untuk mendorong benda tersebut? Penyelesaian:



s = 15 m h = 2,25 m m = 20 kg g = 10 m/s2 KM = s/h KM = 15 m/2,25 m KM = 20/3 w/F = s/h m.g/F = s/h 20 kg.(10 m/s2)/F = 15 m/2,25 m 200 N/F = 20/3 F = 200 N/(20/3) F = 30 N W = F.s W = 30 N . 15 m W = 450 J Contoh Soal 22 Sebuah benda dengan berat 1800 N akan dinaikkan ke ketinggian 2,5 m. Jika keuntungan mekanis yang diharapkan adalah 6, berapakah jarak yang ditempuh benda pada bidang miring dan kuasa yang diperlukan untuk mendorong benda tersebut? Penyelesaian: w = 1.800 N h = 2,5 m KM = 6 KM = s/h 6 = s/2,5 m



s = 6 . 2,5 m s = 15 m KM = w/F 6 = 1.800 N/F F = 1.800 N/6 F = 300 N Contoh Soal 23 Dengan menggunakan papan yang panjangnya 4 m, pekerja mengerahkan gaya 1.250 N untuk memindahkan kotak ke langit-langit yang tingginya 2 m. Berapakah berat kotak itu? Penyelesaian: s = 15 m F = 1.250 N h=2m w/F = s/h w/1250 N = 15 m/2 m w/1250 N = 7,5 w = 7,5 . 1250 N w = 9375 N Contoh Soal 24 Perhatikan gambar di bawah ini. Jika massa benda 50 kg, hitunglah gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut (anggap percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s)? Hitunglah keuntungan mekanisnya?



Penyelesaian: Untuk menjawab soal tersebut Anda harus mencari berat beban tersebut, yaitu: w = m.g w = 50 kg. 10 m/s w = 500 N untuk katrol tetap (tidak bergerak) gaya yang diperlukan sama dengan berat benda, dengan persamaan: F=w F = 500 N Jadi gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan katrol tetap adalah 500 N Keuntungan mekanis untuk katrol tetap adalah KM = w/F KM = 500 N/500 N KM = 1 Jadi keuntungan mekanis untuk katrol tetap adalah 1 Contoh Soal 25 Perhatikan gambar di bawah ini. Jika massa benda 50 kg, hitunglah gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut (anggap percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s? Hitunglah keuntungan mekanisnya?



Penyelesaian: Untuk menjawab soal tersebut Anda harus mencari berat beban tersebut, yaitu: w = m.g w = 200 kg. 10 m/s w = 2.000 N untuk katrol bergerak, gaya yang diperlukan sama dengan setengah berat benda, dengan persamaan: 2F = w 2F = 500 N F = 500 N/2 F = 250 N Jadi gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan katrol bergerak adalah 250 N Keuntungan mekanis untuk katrol tetap adalah KM = w/F KM = 500 N/250 N KM = 2 Jadi keuntungan mekanis untuk katrol bergerak adalah 2