Loading...

Rumus Gaya Kontak 2 balok yang Didorong ke Atas pada Bidang Miring Licin

Advertisement

Dua buah benda bermassa m1 dan m2 bersentuhan di bidang miring licin, kemudian pada benda pertama diberi gaya dorong ke atas yang sejajar dengan kemiringan bidang. Nah pada kesempatan kali ini kita akan menentukan rumus gaya kontak yang terjadi antara benda 1 dan 2. Simak penjelasan berikut ini.

Rumus Gaya Kontak 2 balok yang Didorong ke Atas pada Bidang Miring Licin

Ketika benda 1 dan 2 saling bersentuhan pada bidang miring, maka benda 1 akan memberikan gaya aksi F12 kepada benda 2. Sesuai dengan hukum III Newton, benda 2 juga akan memberi gaya reaksi F21 kepada benda 1.


Berbeda dengan sistem tanpa ada gaya dorong ke atas dimana kedua benda akan bergerak ke bawah, pada kondisi ini terdapat 3 keadaan sistem, yaitu kedua benda akan diam, bergerak ke bawah, atau bergerak ke atas. Tentunya hal ini bergantung dengan besarnya gaya dorong F yang diberikan.


Karena terdapat 3 kondisi sistem yang berbeda tentunya rumus gaya kontak yang terjadi antara balok 1 dan 2 juga berbeda-beda. Oleh karena itu kita akan membahas cara mendapatkan rumus gaya sentuh/gaya interaksi pada masing-masing kondisi tersebut. Berikut ini uraiannya.

1. Benda Diam

Ketika sistem dalam keadaan diam, maka tidak ada percepatan yang terjadi, dengan kata lain nilai a = 0. Diagram gaya-gaya yang bekerja pada sistem ini diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Rumus Gaya Kontak 2 balok yang Didorong ke Atas pada Bidang Miring Licin

Kondisi bidang miring adalah licin sehingga tidak ada gaya gesek yang terjadi, oleh karena itu kita tidak perlu repot-repot menguraikan resultan gaya pada sumbu-Y. Jadi resultan gaya yang perlu kita perhatikan hanya pada sumbu-X saja, yakni sebagai berikut:

Benda 1:

ΣFX= ma

F  w1 sin θ  F21 = m1a

F  w1 sin θ  F21 = m1(0)

F  w1 sin θ  F21 = 0

F21 = F  w1 sin θ

F21 = F  m1g sin θ ................. Pers. (1)


Benda 2:

ΣFX= ma

w2 sin θ  F12 = m2a

w2 sin θ  F12 = m2(0)

w2 sin θ  F12 = 0

F12 = w2 sin θ

F12 = m2g sin θ ................. Pers. (2)

Karena F12 = F21 maka persamaan di atas dapat kita tulis ulang sebagai berikut.

F12 = F21

m2g sin θ = F  m1g sin θ

F = m1g sin θ + m2g sin θ

F = (m1 + m2)g sin θ ................. Pers. (3)

Persamaan (3) adalah syarat nilai gaya dorong F agar kedua balok dalam kondisi diam.

F = (m1 + m2)g sin θ  sistem diam

F < (m1 + m2)g sin θ  sistem bergerak ke bawah

F > (m1 + m2)g sin θ  sistem bergerak ke atas

Karena tidak ada nilai percepatan, maka rumus gaya kontak untuk sistem diam adalah menggunakan persamaan (1) atau persamaan (2).

F21 = F  m1g sin θ

Atau menggunakan rumus berikut ini.

F12 = m2g sin θ


Keterangan:

N

=

Gaya normal (N)

w

=

Gaya berat (N)

F

=

Gaya dorong (N)

F12

=

Gaya kontak benda 1 terhadap benda 2

F21

=

Gaya kontak benda 2 terhadap benda 1

m1

=

Massa benda 1 (kg)

m2

=

Massa benda 2 (kg)

a

=

Percepatan benda (m/s2)

g

=

Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

θ

=

Sudut kemiringan bidang

F

=

Gaya dorong


2. Benda Bergerak ke Bawah

Ketika kedua balok bergerak ke bawah, maka tentunya dalam sistem tersebut ada nilai percepatannya atau a  0. Diagram gaya-gaya yang bekerja pada sistem ini diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Seperti pada uraian sebelumnya, langkah pertama untuk menentukan rumus gaya kontak adalah dengan menentukan resultan gaya pada sumbu-X berdasarkan Hukum II Newton yaitu sebagai berikut:

Benda 1:

ΣFX= ma

w1 sin θ + F21  F = m1a

m1g sin θ + F21  F = m1a

F21 = F + m1a  m1g sin θ ................. Pers. (4)


Benda 2:

ΣFX= ma

w2 sin θ  F12 = m2a

F12 = w2 sin θ  m2a

F12 = m2g sin θ  m2a ................. Pers. (5)

Karena F12 = F21 maka persamaan di atas dapat kita tulis ulang sebagai berikut.

F12 = F21

m2g sin θ  m2a = F + m1a  m1g sin θ

m1a + m2a = m1g sin θ + m2g sin θ  F

a(m1 + m2) = (m1 + m2)g sin θ  F

a = [(m1 + m2)g sin θ  F]/m1 + m2

a = (m1 + m2)g sin θ/(m1 + m2)  F/(m1 + m2)

a = g sin θ  F/(m1 + m2) ................. Pers. (6)

Dengan demikian rumus percepatan pada sistem ini adalah sebagai berikut.

a

=

g sin θ

F

m1 + m2

Dari rumus percepatan di atas, kita dapat menentukan persamaan gaya kontak antara benda 1 dan 2 untuk sistem dalam keadaan bergerak ke bawah yaitu sebagai berikut.

F12 = m2g sin θ  m2a

F12 = m2g sin θ  m2[g sin θ  F/(m1 + m2)]

F12 = m2g sin θ  m2g sin θ + m2F/( m1 + m2)

F12 = m2F/( m1 + m2) ................. Pers. (7)

Dari persamaan (4) tersebut maka rumus gaya kontak/gaya interaksi antara benda 1 dan benda 2 adalah sebagai berikut.

F12 = F21

=

m2F

m1 + m2


Keterangan:

N

=

Gaya normal (N)

w

=

Gaya berat (N)

F

=

Gaya dorong (N)

F12

=

Gaya kontak benda 1 terhadap benda 2

F21

=

Gaya kontak benda 2 terhadap benda 1

m1

=

Massa benda 1 (kg)

m2

=

Massa benda 2 (kg)

a

=

Percepatan benda (m/s2)

g

=

Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

θ

=

Sudut kemiringan bidang

F

=

Gaya dorong


3. Benda Bergerak ke Atas

Untuk kondisi kedua balok bergerak ke atas maka syaratnya adalah sebagai berikut:

F > (m1 + m2)g sin θ

Pada keadaan ini diagram gaya-gaya yang bekerja pada sistem diperlihatkan seperti pada gambar berikut ini.

Rumus Gaya Kontak 2 balok yang Didorong ke Atas pada Bidang Miring Licin

Berdasarkan Hukum II Newton, resultan gaya di sumbu-X pada masing-masing balok adalah sebagai berikut:

Benda 1:

ΣFX= ma

F  w1 sin θ  F21 = m1a

F21 = F  w1 sin θ  m1a

F21 = F  m1g sin θ  m1a ................. Pers. (8)


Benda 2:

ΣFX= ma

F12  w2 sin θ = m2a

F12 = m2a + w2 sin θ

F12 = m2a + m2g sin θ ................. Pers. (9)

Karena F12 = F21 maka persamaan di atas dapat kita tulis ulang sebagai berikut.

F12 = F21

m2a + m2g sin θ = F  m1g sin θ  m1a

m1a + m2a = F  m1g sin θ  m2g sin θ

a (m1 + m2) = F  (m1 + m2)g sin θ

a = [F  (m1 + m2)g sin θ]/(m1 + m2)

a = F/( m1 + m2)  (m1 + m2)g sin θ/(m1 + m2)

a = (F/ m1 + m2)  g sin θ  ................. Pers. (10)

Dengan demikian rumus percepatan pada sistem ini adalah sebagai berikut.

a

=

F

g sin θ

m1 + m2

Dari rumus percepatan di atas, kita dapat menentukan persamaan gaya kontak antara benda 1 dan 2 untuk sistem dalam keadaan bergerak ke atas yaitu sebagai berikut.

F12 = m2a + m2g sin θ

F12 = m2[(F/ m1 + m2)  g sin θ] + m2g sin θ

F12 = m2F/( m1 + m2)  m2g sin θ + m2g sin θ

F12 = m2F/( m1 + m2)

F12 = m2 F/( m1 + m2) ................. Pers. (11)

Dari persamaan (11) tersebut maka rumus gaya kontak/gaya interaksi antara benda 1 dan benda 2 adalah sebagai berikut.

F12 = F21

=

m2F

m1 + m2


Keterangan:

N

=

Gaya normal (N)

w

=

Gaya berat (N)

F

=

Gaya dorong (N)

F12

=

Gaya kontak benda 1 terhadap benda 2

F21

=

Gaya kontak benda 2 terhadap benda 1

m1

=

Massa benda 1 (kg)

m2

=

Massa benda 2 (kg)

a

=

Percepatan benda (m/s2)

g

=

Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

θ

=

Sudut kemiringan bidang

F

=

Gaya dorong


Dari perumusan di atas, ternyata gaya kontak untuk dua kondisi yaitu sistem bergerak ke bawah dan ke atas ternyata memiliki rumus yang sama dengan demikian dapat disimpulan bahwa ketika 2 balok saling bersentuhan di bidang miring licin kemudian mendapat gaya dorong ke atas, maka akan memiliki gaya kontak yang sama baik kedua balok bergerak ke bawah maupun ke atas.

Post a Comment

Mohon berkomentar secara bijak dengan bahasa yang sopan dan tidak keluar dari topik permasalahan dalam artikel ini. Dan jangan ikut sertakan link promosi dalam bentuk apapun.
Terimakasih.

emo-but-icon

Home item

Materi Terbaru