Pembahasan Fisika UN: Kesetimbangan Benda Tegar

Kesetimbangan Benda Tegar

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Kesetimbangan Benda Tegar yang meliputi:

• kesetimbangan titik, 
• kesetimbanngan benda.

Soal Kesetimbangan Benda Tegar UNAS 2005

Sebuah kotak digantung seperti gambar di bawah ini.

Jika sistem dalam keadaan setimbang, besar gaya tegangan pada kedua tali adalah ….

A.   T₁ > T₂
B.   T₁ < T₂
C.   T₁ = ½√2T₂
D.   T₁ = ½T₂
E.   T₁ =T₂

Pembahasan

T₁ dan T₂ harus diuraikan ke arah sumbu x dan sumbu y sebagai berikut.

Karena yang ditanyakan hubungan antara T₁ dan T₂, kita cukup menganalisis kesetimbangan titik searah sumbu x saja.

                              ΣF_x = 0 
T₂ cos 30° − T₁ sin 60° = 0
                     T₁ sin 60° = T₂ cos 30°
                       T₁ . ½√3 = T₂ . ½√3
                                 T₁ = T₂

Jadi, besar gaya tegangan kedua tali adalah sama besar (E).

Soal Kesetimbangan Benda Tegar UNAS 2004

Sebuah balok digantung seperti pada gambar di bawah ini.

Jika sistem dalam keadaan setimbang, besar gaya tegangan T₁ adalah ….

A.   300 N
B.   350 N
C.   400 N
D.   500 N
E.   600 N

Pembahasan

Kita uraikan terlebih dahulu T₁ dan T₂ menjadi komponen gaya searah sumbu x dan sumbu y.

Karena sistem dalam keadaan setimbang, kita gunakan hukum I Newton  untuk arah sumbu x dan sumbu y.

                             ΣF_x = 0 
T₂ cos 30° − T₁ sin 60° = 0
                     T₁ sin 60° = T₂ cos 30°
                           T₁ . ½ = T₂ . ½
                                 T₁ = T₂

                                    ΣF_y = 0 
T₁ cos 60° + T₂ sin 30° − w = 0
       T₁ cos 60° + T₂ sin 30° = w
                   T₁ . ½ + T₁ . ½ = 400        (T₁ = T₂)
                                       T₁ = 400

Jadi, besar gaya tegangan tali T₁ adalah 400 N (C).

Soal Kesetimbangan Benda Tegar UAN 2003

Batang AB homogen, panjang 12 m, berat 200 N bersandar pada dinding vertikal licin di B dan bertumpu pada lantai horizontal di A yang kasar. Batang AB membentuk sudut 60° di A.

Jika batang tepat akan menggeser maka besar koefisien gesekan di A adalah ….

A.   ⅙√2
B.   ⅙√3
C.   ⅓√3
D.   ½√3
E.   ⅔√3

Pembahasan

Soal ini sebenarnya soal jadul. Sejak zaman Kak Ajaz sekolah dulu, soal ini sudah ada dan pembahasannya sangat panjang. Baiklah Kak Ajaz tunjukkan saja triknya.

• μ = ½ x/y      (jika diketahui sisi-sisinya)
• μ = ½ cot θ   (jika diketahui sudutnya)

Karena pada soal tersebut diketahui sudutnya, kita gunakan rumus yang kedua.


             
              =  ⅓√3

∴  μ = ½ cot 60°
        = ½ × ⅓√3
        = ⅙√3

Jadi, besar koefisien gesekan di A adalah ⅙√3 (B).

Soal Kesetimbangan Benda Tegar EBTANAS 1999

Pada gambar di bawah ini, Z adalah titik berat batang AB yang massanya 10 kg.

Jika sistem dalam keadaan setimbang maka massa beton C adalah ….

A.   50 kg
B.   30 kg
C.   20 kg
D.   10 kg
E.   4 kg

Pembahasan

Bila diperhatikan gambar di atas, beton C akan mengangkat batang ke atas. Sedangkan di titik Z, batang akan dibebani (ditarik) ke bawah. Secara sederhana, dapat digambarkan sebagai berikut. 

Karena sistem dalam keadaan setimbang, berlaku hukum I Newton.

                  Στ_A = 0 
w_C.R_C − w_Z.R_Z = 0
              w_C.R_C = m_Z.g.R_Z
               w_C . 5 = 10 . 10 . 2
                    w_C = 40
                m_C.g = 40
            m_C . 10 = 40
                   m_C = 4

Jadi, massa beton C adalah 4 kg (E).

Soal Kesetimbangan Benda Tegar EBTANAS 2002

Pada gambar di bawah ini Z adalah titik berat batang AB yang panjangnya 3 m dan massanya 4 kg.

Jika sistem setimbang maka massa C adalah ….

A.   10 kg
B.   8 kg
C.   6 kg
D.   4 kg
E.   2 kg

Pembahasan

Pada gambar di atas, massa C akan menarik batang ke atas. Sedangkan massa batang yang terkonsentrasi di titik Z akan menarik batang ke bawah. Sementara itu di titik A tidak ada gaya yang bekerja sehingga bisa diabaikan. Ilustrasi gaya-gaya yang bekerja pada sistem tersebut adalah sebagai berikut:

Dengan menggunakan hukum I Newton diperoleh:

                     Στ = 0 
w_C.R_C − w_Z.R_Z = 0
               w_C.R_C = m_Z.g.R_Z
               w_C . 2 = 4 . 10 . 1
                    w_C = 20
                m_C.g = 20
            m_C . 10 = 20
                   m_C = 2

Jadi, massa C adalah 2 kg (E).

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Titik Berat.

Pembahasan soal Kesetimbangan Benda Tegar yang lain bisa disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 10
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 13

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.