Bab 4: Dinamika Gerak dan Gaya

Jawaban: B. gaya yang bekerja lebih besar dari gaya geseknya Penjelasan: Agar suatu benda dapat bergerak, gaya yang diberikan padanya harus cukup untuk mengatasi gaya gesek yang menghambat gerakan tersebut. Jika gaya yang diberikan lebih kecil atau sama dengan gaya gesek, benda tidak akan bergerak karena masih tertahan. Contohnya, Ketika seseorang mencoba mendorong meja berat di lantai, awalnya meja tidak bergerak karena gaya dorong belum cukup kuat untuk melawan gaya gesek antara kaki meja dan lantai. Setelah dorongan diperbesar, misalnya dengan menambah tenaga atau meminta bantuan orang lain, meja akhirnya mulai bergeser. Hal ini menunjukkan bahwa gaya dorong yang diberikan telah melebihi gaya gesek yang menahan meja.

Jawaban: D. gaya dorong lebih besar dari gaya gesek Penjelasan: Pada awalnya, ketika Andi mendorong meja dengan gaya 100 N dan meja belum bergerak, artinya gaya dorong tersebut belum mampu mengatasi gaya gesek statis antara meja dan lantai. Setelah gaya dorong ditingkatkan menjadi 160 N, meja mulai berpindah tempat. Ini menunjukkan bahwa gaya dorong Andi sudah lebih besar daripada gaya gesek, sehingga gaya total yang bekerja pada meja tidak nol dan menyebabkan meja bergerak. Contoh ini banyak terjadi saat kita memindahkan benda berat di lantai kasar.

Jawaban: C. 100 N ke kanan Penjelasan: Untuk menentukan resultan gaya (R) ketika dua gaya bekerja berlawanan arah, digunakan rumus: $R=|F_1-F_2|$ Arah resultan mengikuti arah gaya yang lebih besar. Diketahui: • * Gaya Rina = 350 N ke kiri • * Gaya Budi = 450 N ke kanan Maka: $R=450,\text{N}-350,\text{N}=100,\text{N}$ Karena gaya yang lebih besar adalah gaya Budi (450 N ke kanan), maka arah resultannya adalah ke kanan. Hal ini menunjukkan bahwa benda akan bergerak mengikuti arah gaya yang dominan.

Jawaban: C. 100 N ke kanan Penjelasan: Untuk menentukan resultan gaya (R) ketika dua gaya bekerja berlawanan arah, digunakan rumus: $R=F_1-F_2$ Arah resultan mengikuti arah gaya yang lebih besar. Diketahui: • Gaya Rina = 350 N ke kiri • Gaya Budi = 450 N ke kanan Maka: $R=450\text{N}-350\text{N}=100\text{N}$ Karena gaya yang lebih besar adalah gaya Budi (450 N ke kanan), maka arah resultannya adalah ke kanan. Hal ini menunjukkan bahwa benda akan bergerak mengikuti arah gaya yang dominan.

Jawaban: A. 250 N ke timur laut Penjelasan: Gaya ke arah tegak lurus (timur dan utara) membentuk segitiga siku-siku, kedua gaya saling tegak lurus (membentuk sudut 90°). $R=\sqrt{F_1^2+F_2^2}$ Besar resultan dihitung: $R=\sqrt{150^2+200^2}$ $R=\sqrt{22500+40000}$ $R=\sqrt{62500}=250\text{N}$ Jadi, besar resultan gaya = 250 N. Arah resultan berada di antara timur dan utara, atau biasa disebut arah timur laut.

Jawaban: A. 250 N ke timur laut Penjelasan: Gaya ke arah tegak lurus (timur dan utara) membentuk segitiga siku-siku, kedua gaya saling tegak lurus (membentuk sudut 90°). $R=\sqrt{F_1^2+F_2^2}$ Besar resultan dihitung: $R=\sqrt{150^2+200^2}$ $R=\sqrt{22500+40000}$ $R=\sqrt{62500}=250\text{N}$ Jadi, besar resultan gaya = 250 N. Arah resultan berada di antara timur dan utara, atau biasa disebut arah timur laut.

Jawaban: A. 250 N ke timur laut Penjelasan: Gaya ke arah tegak lurus (timur dan utara) membentuk segitiga siku-siku, kedua gaya saling tegak lurus (membentuk sudut 90°). $R=\sqrt{F_1^2+F_2^2}$ Besar resultan dihitung: $R=\sqrt{(150^2)+(200^2)}$ $R=\sqrt{22500+40000}$ $R=\sqrt{62500}=250\text{N}$ Jadi, besar resultan gaya = 250 N. Arah resultan berada di antara timur dan utara, atau biasa disebut arah timur laut.

Jawaban: A. 250 N Penjelasan: Karena kedua gaya bekerja tegak lurus (timur dan utara), maka besar resultan dapat dihitung dengan rumus Pythagoras: $R=\sqrt{F_1^2+F_2^2}$ $R=\sqrt{150^2+200^2}=\sqrt{62500}=250,\text{N}$ Jadi, besar resultan gaya yang bekerja pada benda adalah 250 N. Rumus ini digunakan karena kedua gaya membentuk sudut 90°, sehingga resultan merupakan sisi miring segitiga siku-siku yang dibentuk oleh kedua gaya tersebut.

Jawaban: A. 250 N Penjelasan: Karena kedua gaya bekerja tegak lurus (timur dan utara), maka besar resultan dapat dihitung dengan rumus Pythagoras: $R=\sqrt{F_1^2+F_2^2}$ $R=\sqrt{150^2+200^2}=\sqrt{62500}=250,\text{N}$ Jadi, besar resultan gaya yang bekerja pada benda adalah 250 N. Rumus ini digunakan karena kedua gaya membentuk sudut 90°, sehingga resultan merupakan sisi miring segitiga siku-siku yang dibentuk oleh kedua gaya tersebut.

Jawaban: A. 250 N Penjelasan: Karena kedua gaya bekerja tegak lurus (timur dan utara), maka besar resultan dapat dihitung dengan rumus Pythagoras: $R=\sqrt{F_1^2+F_2^2}$ $R=\sqrt{150^2+200^2}=\sqrt{62500}=250,\text{N}$ Jadi, besar resultan gaya yang bekerja pada benda adalah 250 N. Rumus ini digunakan karena kedua gaya membentuk sudut 90°, sehingga resultan merupakan sisi miring segitiga siku-siku yang dibentuk oleh kedua gaya tersebut.

Jawaban: B. Berat Penjelasan: Neraca pegas (atau dinamometer) bekerja berdasarkan gaya tarik gravitasi bumi terhadap benda. Ketika sebuah benda digantung pada pegas, pegas akan meregang sebanding dengan gaya yang bekerja padanya, yaitu berat benda. Karena hasil pengukuran dinyatakan dalam newton (N) — satuan gaya — maka neraca pegas mengukur berat benda, bukan massa, gaya dorong, ataupun tekanan.

Jawaban: A. 500 N Penjelasan: Diketahui: $F_1=200\text{N}$ $F_2=150\text{N}$ Resultan awal: $R_1=F_1+F_2$ $R_1=200+150=350\text{N}$ Resultan baru dua kali lipat dari semula: $R_2=2\times R_1=2\times 350=700\text{N}$ Karena gaya searah: $R_2=F_1+F_2^{\prime }$ $700=200+F_2^{\prime }$ $F_2^{\prime }=700-200=500\text{N}$ Jadi, besar gaya kedua yang harus diubah agar resultan menjadi dua kali lipat adalah 500 N.

Jawaban: C. Newton Penjelasan: Gaya merupakan hasil kali antara massa dan percepatan. Karena massa memiliki satuan kilogram dan percepatan memiliki satuan meter per sekon kuadrat, maka satuan gaya adalah kilogram meter per sekon kuadrat (kg·m/s²). Satuan gaya dalam SI adalah Newton (N), yang secara definisi merupakan $1\text{ N}=1\text{ kg}\cdot {\text{m/s}}^2$. Ini berasal dari rumus $F=m\times a$. Newton digunakan untuk menyatakan gaya dorong, tarik, atau berat.

Jawaban: A. 296 N Penjelasan: Diketahui: Massa astronot $m=80\text{kg}$ Percepatan gravitasi di Mars $g=3,7{\text{m/s}}^2$ Rumus berat: $W=\text{m}\times \text{g}$ Substitusi nilai: $W=80\times 3,7$ $W=296\text{N}$ Jadi, berat astronot di Mars adalah 296 N.

Jawaban: A. 296 N Penjelasan: Diketahui: Massa astronot $m=80\text{kg}$ Percepatan gravitasi di Mars $g=3,7{\text{m/s}}^2$ Rumus berat: $W=m\times g$ Substitusi nilai: $W=80\times 3,7$ $W=296\text{N}$ Jadi, berat astronot di Mars adalah 296 N.

Jawaban: C. 4 m/s² Penjelasan: Diketahui: Gaya dorong $F=100\text{N}$ Massa papan $m=25\text{kg}$ Lantai licin → gaya gesek diabaikan Gunakan hukum II Newton: $F=m\times a$ Maka: $a=\frac{F}{m}$ Substitusikan nilai: $a=\frac{100}{25}$ $a=4{\text{m/s}}^2$ Jadi, percepatan yang dialami papan adalah 4 m/s².

Jawaban: B. 5 m/s² dan 150 N Penjelasan: Diketahui: Massa koper $m=15\text{kg}$ Gaya dorong $F=75\text{N}$ Percepatan gravitasi $g=10{\text{m/s}}^2$ Lantai licin → gaya gesek diabaikan Mencari percepatan koper Gunakan hukum II Newton: $F=m\times a$ $a=\frac{F}{m}$ $a=\frac{75}{15}=5{\text{m/s}}^2$ Sedangkan gaya normal adalah reaksi dari lantai terhadap berat benda, yaitu: $N=m\times g$ $N=15\times 10=150\text{N}$ Jadi, percepatan koper adalah 5 m/s² dan gaya normalnya 150 N. Gaya normal ini penting karena menunjukkan bahwa lantai memberikan gaya vertikal ke atas untuk menopang koper. Sementara gaya dorong menyebabkan benda bergerak secara horizontal.

Jawaban: C. 200 N Penjelasan: Karena kedua gaya bekerja searah, maka besar resultan gaya dihitung dengan menjumlahkan kedua gaya: $R=F_1+F_2=120+80=200\text{ N}$ Artinya, papan akan bergerak dengan percepatan lebih besar karena gabungan gaya dari dua arah yang sama. Prinsip ini sering digunakan saat mendorong benda berat bersama-sama.

Jawaban: C. (2) Penjelasan: Kelajuan dihitung dengan rumus: $v=\frac{s}{t}$ Maka: $v=\frac{60}{3}=20\text{m/s}$ $v=\frac{120}{12}=10\text{m/s}$ $v=\frac{100}{4}=25\text{m/s}$ $v=\frac{200}{25}=8\text{m/s}$ Dengan demikian, kelajuan terbesar dimiliki oleh motor (25 m/s).

Jawaban: B. (3) Penjelasan: Kelajuan dihitung dengan rumus: $v=\frac{s}{t}$ Maka: $v=\frac{60}{3}=20\text{m/s}$ $v=\frac{120}{12}=10\text{m/s}$ $v=\frac{100}{4}=25\text{m/s}$ $v=\frac{200}{25}=8\text{m/s}$ Dengan demikian, kelajuan terbesar dimiliki oleh motor (25 m/s).

Jawaban: C. Sama Penjelasan: Gunakan rumus kelajuan: $v=\frac{s}{t}$ Kelajuan Rita $v=\frac{1500}{900}=1,67\text{m/s}$ Kelajuan Adi $v=\frac{2000}{1200}=1,67\text{m/s}$ Hasilnya, keduanya memiliki kelajuan yang sama. Ini menunjukkan bahwa meskipun jarak berbeda, kelajuan bisa setara jika waktu tempuhnya juga berubah secara proporsional.

Jawaban: B. 40 N Penjelasan: Rumus berat adalah $w=m\times g$. Dengan $m=8\text{ kg}$ dan $g=5{\text{ m/s}}^2$, maka: $w=8\times 5=40\text{ N}$ Berat benda berbeda di setiap planet karena percepatan gravitasinya tidak sama, tetapi massa tetap konstan. Ini menunjukkan massa adalah ukuran jumlah materi dalam suatu benda, dan nilainya tetap di mana pun benda berada sedangkan berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda.

Jawaban: C. 100 N Penjelasan: Diketahui: Massa kotak $m=10\text{kg}$ Percepatan gravitasi $g=10{\text{m/s}}^2$ Lift diam atau bergerak dengan kecepatan tetap → tidak ada percepatan tambahan (a = 0) Maka: Ketika lift tidak bergerak dipercepat, gaya-gaya pada benda seimbang. Sehingga besar gaya normal (( N )) sama dengan berat benda (( W )): $N=W$ $W=m\times g$ $N=10\times 10=100\text{N}$ Jadi, gaya normal yang diterima kotak dari lantai lift adalah 100 N.

Jawaban: C. 15 km/jam Penjelasan: Diketahui: Jarak dari A ke B = 3 km Waktu = 12 menit Jarak dari B ke C = 2 km Waktu = 8 menit Waktu istirahat = tidak dihitung karena kelajuan rata-rata dihitung hanya saat bergerak Langkah 1: Hitung total jarak $s_{total}=3+2=5\text{ km}$ Langkah 2: Hitung total waktu bergerak $t_{total}=12+8=20\text{ menit}$ Langkah 3: Ubah waktu menjadi jam $20\text{ menit}=\frac{20}{60}=\frac{1}{3}\text{ jam}$ Langkah 4: Hitung kelajuan rata-rata $v=\frac{s_{total}}{t_{total}}=\frac{5}{\frac{1}{3}}=5\times 3=15\text{ km/jam}$ Hal ini menunjukkan bahwa kelajuan berbeda dari kecepatan sesaat, dan fokus pada efisiensi waktu dalam perpindahan jarak.

Jawaban: D. Jarak antara benda dengan titik pusat tidak pernah berubah meskipun posisi benda berpindah. Penjelasan: Pada gerak melingkar beraturan, benda bergerak mengelilingi titik pusat dengan kecepatan yang besarannya tetap, meskipun arah geraknya selalu berubah. Selama bergerak, posisi benda memang berpindah terus-menerus di sepanjang lintasan lingkaran, tetapi jarak antara benda dan titik pusat atau jari-jarinya tetap sama. Hal ini menunjukkan bahwa meskipun benda bergerak, kedudukannya terhadap titik pusat tidak berubah dalam hal jarak, hanya arah yang berganti secara terus-menerus. Gerak semacam ini banyak dijumpai pada roda yang berputar atau satelit yang mengorbit planet.