Kesetimbangan , Contoh SOal dan pembahasannya

Berikut adalah soal-soal fisika tentang kesetimbangan beserta jawabannya:

1. Soal: Sebuah balok bermassa 10 kg diletakkan di atas meja datar. Tentukan gaya normal yang bekerja pada balok tersebut! (g = 9,8 m/s²)

Jawaban:

• Diketahui:
  • Massa (m) = 10 kg
  • g = 9,8 m/s²
• Gaya normal (N) = m * g = 10 kg * 9,8 m/s² = 98 N.

2. Soal: Sebuah batang homogen dengan panjang 4 meter dan massa 6 kg digantung di titik tengahnya. Jika di ujung kanan batang diberi beban sebesar 8 kg, tentukan posisi tumpuan agar batang tetap dalam keadaan seimbang!

Jawaban:

• Diketahui:
  • Massa batang (m₁) = 6 kg, panjang = 4 m
  • Massa beban (m₂) = 8 kg
• Gaya yang bekerja pada batang: W₁ = m₁ * g = 6 kg * 9,8 m/s² = 58,8 N, W₂ = m₂ * g = 8 kg * 9,8 m/s² = 78,4 N.
• Tumpuan harus berada di titik di mana momen gaya dari kedua sisi seimbang: $$W₁ * x = W₂ * (4 - x) \rightarrow 58,8 * x = 78,4 * (4 - x)$$
  $$58,8x = 313,6 - 78,4x \rightarrow 137,2x = 313,6 \rightarrow x = 2,29 m$$
  

Jadi, posisi tumpuan harus 2,29 meter dari ujung kiri.

3. Soal: Sebuah tangga dengan panjang 5 meter bersandar pada dinding tanpa gesekan. Jika massa tangga adalah 10 kg dan gaya gesek di lantai adalah 40 N, berapa besar gaya normal yang diberikan lantai pada tangga? (g = 9,8 m/s²)

Jawaban:

• Diketahui:
  • Massa tangga (m) = 10 kg
  • Gaya gesek (f) = 40 N
  • g = 9,8 m/s²
• Gaya berat tangga (W) = m * g = 10 kg * 9,8 m/s² = 98 N
• Karena tangga berada dalam keadaan seimbang, gaya normal lantai (N) = gaya berat tangga = 98 N.

4. Soal: Sebuah balok bermassa 5 kg digantung pada sebuah tali. Jika balok berada dalam keadaan diam, berapakah tegangan tali yang bekerja pada balok tersebut?

Jawaban:

• Diketahui:
  • Massa (m) = 5 kg
  • g = 9,8 m/s²
• Tegangan tali (T) = m * g = 5 kg * 9,8 m/s² = 49 N.

5. Soal: Sebuah papan homogen dengan panjang 6 meter memiliki massa 12 kg. Jika papan berada dalam posisi horizontal dengan tumpuan di ujung kanan, berapa besar gaya yang harus diberikan pada ujung kiri agar papan tetap seimbang?

Jawaban:

• Diketahui:
  • Panjang papan (L) = 6 m
  • Massa papan (m) = 12 kg
• Gaya berat papan: W = m * g = 12 kg * 9,8 m/s² = 117,6 N.
• Momen gaya di titik tumpuan di ujung kanan: $M = W * \frac{L}{2} = 117,6 N * \frac{6 m}{2} = 352,8 \text{ N·m}$
  
• Agar seimbang, momen gaya di ujung kiri harus sama besar: $F * L = 352,8 \text{ N·m} \rightarrow F = \frac{352,8 \text{ N·m}}{6 m} = 58,8 N$.

6. Soal: Sebuah batang dengan panjang 3 meter digantung secara horizontal di kedua ujungnya dengan dua tali. Jika sebuah benda bermassa 10 kg diletakkan 1 meter dari ujung kiri, berapakah tegangan pada tali di ujung kiri dan kanan?

Jawaban:

• Diketahui:
  • Panjang batang (L) = 3 m
  • Massa benda (m) = 10 kg
  • Jarak dari ujung kiri = 1 m
• Gaya berat benda: W = m * g = 10 kg * 9,8 m/s² = 98 N.
• Dengan menggunakan persamaan momen, kita dapat menghitung tegangan pada tali di ujung kiri (T₁) dan ujung kanan (T₂):
  • Momen di sekitar titik kiri: $T_2\ast 3m=98N\ast 1m\to T_2=\frac{98N\ast 1m}{3m}=32,67N$
  • Gaya total = $T₁ + T₂ = 98 N \rightarrow T₁ = 98 N - 32,67 N = 65,33 N$
    

7. Soal: Sebuah tangga bermassa 20 kg bersandar pada dinding. Jika sudut antara tangga dan lantai adalah 60° dan dinding tidak memberikan gaya horizontal, berapakah gaya normal yang diberikan oleh lantai pada tangga? (g = 9,8 m/s²)

Jawaban:

• Diketahui:
  • Massa tangga (m) = 20 kg
  • Sudut (θ) = 60°
• Gaya berat tangga: W = m * g = 20 kg * 9,8 m/s² = 196 N.
• Komponen gaya normal yang bekerja pada lantai hanya bergantung pada komponen vertikal dari gaya berat. Jadi, gaya normal $N = W = 196 N$
  

8. Soal: Sebuah papan dengan panjang 2 meter dan massa 5 kg berada dalam kesetimbangan dengan dua tumpuan di titik 0,5 meter dan 1,5 meter dari ujung kiri. Berapakah gaya yang bekerja pada setiap tumpuan?

Jawaban:

• Diketahui:
  • Panjang papan (L) = 2 m
  • Massa papan (m) = 5 kg
  • Jarak tumpuan dari ujung kiri = 0,5 m dan 1,5 m
• Gaya berat papan: W = m * g = 5 kg * 9,8 m/s² = 49 N.
• Momen di sekitar tumpuan pertama: $T_2 * 1 m = W * 1 m \rightarrow T_2 = 49 N$
  
• Gaya total: $T_1 + T_2 = 49 N \rightarrow T_1 = 0 \text{ N}$
  

9. Soal: Sebuah papan homogen dengan massa 8 kg dan panjang 4 meter diletakkan secara horizontal dengan satu ujung berada di atas tumpuan dan satu ujung bebas. Berapa gaya yang diberikan tumpuan agar papan tetap seimbang?

Jawaban:

• Diketahui:
  • Massa papan (m) = 8 kg
  • Panjang (L) = 4 m
• Gaya berat papan: W = m * g = 8 kg * 9,8 m/s² = 78,4 N.
• Karena papan berada dalam kesetimbangan, gaya yang diberikan oleh tumpuan adalah 78,4 N.

10. Soal: Sebuah benda bermassa 12 kg ditempatkan di ujung sebuah batang panjang yang dipegang pada titik tengah. Berapakah gaya yang diperlukan untuk menyeimbangkan batang tersebut jika massa batang adalah 8 kg?

Jawaban:

• Diketahui:
  • Massa benda (m₁) = 12 kg
  • Massa batang (m₂) = 8 kg
• Gaya berat benda: W₁ = m₁ * g = 12 kg * 9,8 m/s² = 117,6 N
• Gaya berat batang: W₂ = m₂ * g = 8 kg * 9,8 m/s² = 78,4 N
• Agar batang seimbang, gaya total harus sebesar $W_1+W_2=117,6N+78,4N=196N$

Semoga soal-soal ini dapat membantu dalam memahami konsep kesetimbangan!

Read More