Pembahasan soal-soal kesetimbangan statis benda tegar
Berikut ini adalah pembahasan soal-soal kesetimbangan statis benda tegar. Mudah-mudahan pembahasan soal ini dapat bermanfaat untuk semua yang membutuhkan, khususnya siswa yang mengalami kesulitan belajar fisika. Pembahasan ini dapat dijadikan sebagai bahan belajar untuk menghadapi Ulangan harian, UTS, UAS, UKK, Ujian nasional dan ujian lainnya. Langsung saja pembahasan soal-soalnya bisa dilihat dibawah ini.
Nomor 1
Seseorang memikul beban dengan tongkat AB homogen dengan panjang 2 m. Beban Diujung A = 100 N dan di B = 400 N. Jika batang AB setimbang, maka bahu orang itu harus diletakkan...
A. 0,75 m dari B
B. 1 m dari B
C. 1,5 m dari A
D. 1,6 m dari B
E. 1,6 m dari A
Pembahasan
Misalkan terlebih dahulu posisi tongkat dibahu orang lalu gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada sistem tersebut.
Maka dari syarat kesetimbangan statis
∑Æ® = 0WB . x - WA . (2 - x) + N . 0 = 0 (torsi positif jika arah putaran searah jarum jam dan sebaliknya)
400 N . x - 100 N (2 - x) = 0
400 N . x = 100 N (2 - x) = 0
4x = 2 - x
4x + x = 2
5x = 2
x = 2/5 = 0,4 m
Jadi posisi bahu 0,4 m B atau 2 m - 0,4 m = 1,6 m dari A
Jawaban: E
Nomor 2
Perhatikan gambar!
Pada gambar diatas, Z adalah titik berat batang AB yang massanya 10 kg. Jika sistem dalam keadaan setimbang, maka massa beban C adalah...
A. 50 kg
B. 30 kg
C. 20 kg
D. 10 kg
E. 4 kg
Pembahasan
Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada sistem
Syarat 1
∑F = 0 (Beban)
WC - T = 0 sehingga WC = T
∑F = 0 (Batang)
T + N - WB = 0
WC + N - 10 kg . 10 m/s2 = 0
WC + N - 100 N = 0
Syarat 2
∑Æ® = 0 (anggap titik A sebagai pusat rotasi)
N . 0 + WB . 2 m - T . 5 m = 0
0 + 100 N . 2 m - WC . 5 m = 0
200 Nm = 5 m . WC
WC = 200/5 = 40 N
m . g = 40 N
m = 40 N / g = 40 N / 10 m/s2 = 4 Kg
Jawaban: E
Nomor 3
Tangga AB homogen panjang 5 m, berat 200 N bersandar pada dindng licin dan lantai kasar. Seseorang yang beratnya 600 N dapat menaiki tangga sejauh 2,5 m sebelum tangga tergelincir. koefisien gesekan statis antara lantai dengan tangga adalah...
A. 0,170
B. 0,200
C. 0,230
D. 0,250
E. 0,375
Pembahasan
Gambarkan gaya-gaya pada sistem yaitu sebagai berikut:
Terapkan Syarat-syarat kesetimbangan statis
Syarat 1
∑Fx = 0 (jumlah gaya yang arahnya mendatar)
fg - N1 = 0 atau fg = N1 .....(1)
∑Fy (jumlah gaya yang arahnya vertikal)
N2 - WB - Wo = 0 (WB = berat batang dan Wo = Berat orang)
N2 - 200 N - 600 N = 0
N2 - 800 N = 0
N2 = 800 N ....(2)
Syarat 2
∑Æ® = 0 (Anggap ujung bawah batang sebagai pusat rotasi)
N2 . 0 + fg . 0 + WB . 2,5 m + Wo . 2,5 m - N1 . 4 m= 0 (2,5 m didapat dari 5 m . 1/2 = 2,5 m)
0 + 0 + 200 N . 1,5 m + 600 N . 1,5 m - N1 . 4 m= 0
300 Nm + 900 Nm - N1 . 4m = 0
4m . N1 = 1200 Nm, maka N1 = 300 N (Masukkan hasil ini ke persamaan 1) diperoleh:
fg = 300 N
µ . N2 = 300 N (ingat rumus gaya gesekan fg =
µ . 800 N = 300 N
µ = 300 / 800 = 0,375
Jawaban: E
Nomor 4
Pada gambar dibawah, tegangan tali P adalah...
A. 100 N
B. 180 N
C. 210 N
D. 300 N
E. 400 N
Pembahasan
Gambarkan atau uraikan gaya-gaya pada sistem.
Ty = T sin 450 = 300 N
T . 1/2 √2 = 300 N
T = 600 N/√2 = 300 √2 N
Tx = T . cos 450 = P
300 √2 N . 1/2 √2 = P
P = 300 N (Nilai tegangan P sama dengan berat beban 300 N karena sudut 450)
Jawaban: D
Nomor 5
Sebuah benda digantung seperti gambar disamping
Jika sistem berada pada kesetimbangan, maka persamaan gaya pada sumbu y adalah...
A. T1 √3 + T2 = 2W
B. T1 + T2 √3 = 2 W
C. T1 √3 + T2 √3 = 2 W
D. T1 + T2 = 2W
E. T1 + T2 = W √3
Pembahasan
Uraikan terlebih dahulu gaya-gaya T1 dan T2 seperti gambar
Persamaan gaya pada sumbu y adalah gaya yang berarah vertikal
T2y + T1y - W = 0 (W = berat benda yang memiliki arah ke bawah)
T2 sin 30 + T1 sin 60 = W
T2 . 1/2 + T1 . 1/2 √3 = W, kalikan 2
T2 + T1 √3 = 2W
T1 √3 + T2 = 2 W
Jawaban: A
Sebuah pipa seragam dengan panjang 20 m dan massa 20 kg disangga oleh penumpu pada salah satu titik di pipa tersebut. Ketika ujung kiri pipa diberi beban 10 kg dan titik tumpu berada pada jarak 2 m dari tengah pipa, tentukan massa beban yang harus diberikan pada ujung kanan pipa agar terjadi keseimbangan?
A. 10 kg
B. 20 kg
C. 30 kg
D. 40 kg
E. 50 kg
Nomor 2
Beban bermassa 20 kg ditempatkan pada jarak 1,5 m dari kaki B pada meja datar bermassa 100 kg yang panjangnya 6 m. Gaya yang bekerja pada kaki A untuk menahan beban dan meja adalah...
A. 150 N
B. 350 N
C. 550 N
D. 750 N
E. 950 N
Soal latihan kesetimbangan statis benda tegar
Nomor 1Sebuah pipa seragam dengan panjang 20 m dan massa 20 kg disangga oleh penumpu pada salah satu titik di pipa tersebut. Ketika ujung kiri pipa diberi beban 10 kg dan titik tumpu berada pada jarak 2 m dari tengah pipa, tentukan massa beban yang harus diberikan pada ujung kanan pipa agar terjadi keseimbangan?
A. 10 kg
B. 20 kg
C. 30 kg
D. 40 kg
E. 50 kg
Nomor 2
Beban bermassa 20 kg ditempatkan pada jarak 1,5 m dari kaki B pada meja datar bermassa 100 kg yang panjangnya 6 m. Gaya yang bekerja pada kaki A untuk menahan beban dan meja adalah...
A. 150 N
B. 350 N
C. 550 N
D. 750 N
E. 950 N