Sebelum mengarah ke Soal Kesetimbangan Benda Tegar, terlebih dahulu Bimbel Jakarta Timur akan menerangkan mengenai Kesetimbangan Partikel yang terjadi jika jumlah vektor gaya yang bekerja pada benda adalah nol. Sedangkan pada kesetimbangan benda tegar, resultan momen gaya juga nol.
1. Sebuah balok homogen dengan panjang 5 m dan berat 75 N digantung seperti gambar berikut.
Jika AB = 1 m dan CD = 1,5 m, maka besarnya T₁ dan T₂ masing-masing adalah....a. 25 N dan 50 N
b. 30 N dan 45 N
c. 45 N dan 30 N
d. 50 N dan 25 N
Pembahasan:
Perhatikan gambar berikut
Sistem setimbang, maka resultan gaya = 0
ΣFy = 0
T₁ - W + T₂ = 0
T₁ + T₂ = W
T₁ + T₂ = 75 N
Untuk mencari nilai T₁, maka titik C sebagai sumbu putar. Sehingga resultan momen gaya di titik C = 0. T₁ searah jarum jam (-) dan W berlawanan jarum jam (+).
Σ𝜏c = 0
-T₁.BC + W.OC = 0
-T₁.2,5 + 75.1 = 0
-T₁.2,5 = -75
T₁ = 75 : 2,5 = 30 N
karena T₁ + T₂ = 75 N, maka
T₂ = 75 - T₁
T₂ = 75 - 30
T₂ = 45 N
Jawaban : b
2. Sebuah lukisan bermassa 900 gram digantungkan dengan seutas kawat ringan seperti gambar.
Tentukan besar tegangan kawat yang menahan lukisan tersebuta. 3 N
b. 2√3 N
c. 3√3 N
d. 6 N
Pembahasan:
m = 900 gram = 0,9 kg
W = m.g = 0,9 . 10 = 9 N
Perhatikan gambar garis gaya berikut
ΣFy = 0
T.sin 60° - W + T.sin 60° = 0
T.½√3 - 9 + T.½√3 = 0
√3 T = 9
T = 9 : √3 = 3√3 N
Jawaban: c
3. Perhatikan gambar berikut
Besar dan letak titik tangkap resultan keempat gaya tersebut adalah.....
a. 5 N, 2 m dari titik A
b. 5 N, 2,2 m dari titik A
c. 6 N, 2 m dari titik A
d. 6 N, 2,4 m dari titik A
Pembahasan:
Sistem setimbang, maka resultan gaya = 0
ΣFy = 0
7 - 3 - + F₀ - 5 + 6 = 0
F₀ = 3 + 5 - 7 - 6 = - 5 N
Maka besar resultan gaya adalah 5 N dan arahnya ke bawah karena negatif.
Perhatikan gambar berikut
Warna hijau menunjukkan besar dan arah resultan gaya. Besarnya 5 N ke arah bawah dan letaknya x m dari titik A. Jadikan titik A sebagai sumbu putar, gaya searah jarum jam bernilai negatif dan berlawanan jarum jam bernilai positif.Σ𝜏A = 0
-F₁.l₁ - F₀.l₀ - F₂. l₂ + F₃.l₃ = 0
-3.2 - 5.x - 5.5 + 6.7 = 0
- 6 - 5x - 25 + 42 = 0
-5x + 11 = 0
-5x = -11
x = -11 : -5 = 2,2 m dari titik A
Jawaban: b
4. Perhatikan gambar berikut
Jika gesekan katrol diabaikan dan besar tegangan tali T adalah 40 N dengan g = 10 m/s², maka besar m₁ dan m₂ adalah.....
a. 2 kg dan 3 kg
b. 2,4 kg dan 3,2 kg
c. 2,5 kg dan 2,5 kg
d. 3,2 kg dan 2,4 kg
Pembahasan:
Ada dua cara penyelesaian soal di atas
Cara I, menguraikan garis-garis gaya terhadap sumbu x dan y seperti gambar berikut:
T diuraikan menjadi Tx dan Ty
Karena sistem seimbang, maka ΣF = 0
ΣFy = 0
T.sin 53° - W₁ = 0
40 . 0,8 - m₁ . 10 = 0
32 = 10.m₁
m₁ = 32 : 10 = 3,2 kg
ΣFx = 0
W₂ - T.cos 53° = 0
m₂ . 10 - 40 . 0,6 = 0
10.m₂ = 24
m₂ = 24 : 10 = 2,4 kg
Cara II, dengan menggunakan aturan sinus dengan terlebih dahulu menentukan besar sudut di depan masing-masing garis gaya seperti berikut:
Maka aturan sinusnya adalahT = W₁ = W₂
sin 90° sin 127° sin 143°
Untuk mencari m₁
T = W₁
sin 90° sin 127°
40 = m₁.10
sin 90° sin (180-53)°
40 = m₁.10
1 0,8
maka m₁ = 40 . 0,8 : 10
m₁ = 3,2 kg
Untuk mencari m₂
T = W₂
sin 90° sin 143°
T = m₂ . 10
sin 90° sin (180-37)°
40 = m₂ .10
1 0,6
m₂ = 40 . 0,6 : 10 = 2,4 kg
Jawaban: d
5. Sebuah beban dengan berat 280 N digantung pada tali seperti gambar berikut
Besar gaya F yang diperlukan agar sistem dalam keadaan setimbang adalah....a. 210 N
b. 252 N
c. 270 N
d. 320 N
Pembahasan:
Soal di atas jika menggunakan cara II
T = W = F
sin 90° sin 127° sin 143°
karena yang diketahui adalah nilai W dan ditanyakan nilai F, maka gunakan
W = F
sin 127° sin 143°
280 = F
0,8 0,6
F = 280 . 0,6 : 0,8 = 210 N
Jawaban: a
6. Sistem dalam gambar berikut dalam keadaan diam.
Jika besar m₂ = 50 kg dan koefisien gesekan statis antara m₂ dengan lantai adalah 0,2 maka besar m₁ adalah....
a. ¹⁰/₃ √3 kg
b. 3√3 kg
c. 10√3 kg
d. 30√3 kg
Pembahasan:
Soal di atas jika menggunakan cara II
T₁ = T₂
sin 150° sin 120°
besar T₂ = F ges antara m₂ dengan lantai di mana N₂ = m₂ .g
m₁.g = μ.N₂
sin (180-30)° sin (180-60)°
m₁.10 = 0,2 . 50.10
½ ½√3
m₁ = 10/√3 = ¹⁰/₃ √3 kg
Jawaban: a
7. Sistem dalam gambar berikut dalam keadaan diam.
Jika besar m = 50 kg, maka besar T₁ dan T₂ adalah....
a. 200 N dan 300 N
b. 300 N dan 200 N
c. 300 N dan 400 N
d. 400 N dan 300 N
Pembahasan:
T₁ = T₂ = W
sin 127° sin 143° sin 90°
maka
T₁ = 50.10
0,8 1
T₁ = 500 . 0,8 = 400 N
T₂ = 50 . 10
0,6 1
T₂ = 500 . 0,6 = 300 N
Jawaban: d
8. Katrol dalam sistem berikut licin.
Jika m₁ = 6 kg dan m₂ = 3,6 kg, maka besar gaya F yang bekerja agar sistem dalam keadaan setimbang adalah....a. 36 N
b. 48 N
c. 60 N
d. 72 N
Pembahasan:
T = W = F
sin 90° sin (90+θ)° sin (180-θ)°
m₁ . g = m₂ . g = F
1 cos θ° sin θ°
60 = 36 = F
1 cos θ° sin θ°
cos θ° = 36:60 = 0,6
θ = 53°
sin θ° = 0,8
60 = F
1 sin θ°
F = 60 . sin θ°
F = 60 . 0,8 = 48 N
Jawaban: b
9. Perhatikan gambar pasangan gaya berikut.
Besar momen kopel yang dihasilkan adalah....a. 45 Nm
b. 50 Nm
c. 60 Nm
d. 75 Nm
Pembahasan:
Momen kopel adalah pasangan gaya yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Lengan kopel (d) adalah jarak tegak lurus antara pasangan gaya. Perhatikan gambar berikut
d = 3 . sin 53° = 3 . 0,8 = 2,4 m
Karena kopel berlawanan jarum jam, maka bertanda positif
Besar kopel adalah hasil kali gaya dan lengan kopel
𝜏 = F . d
= 25 . 2,4
= 60 Nm
Jawaban: c
10. Sebuah batang homogen bersandar pada dinding seperti pada gambar.
Batang menyentuh dinding licin di titik A dan menyentuh lantai kasar di titik B. Jarak titik A ke lantai 4 m dan jarak titik B ke dinding 3 m serta massa batang 12 kg. Besar koefisien gesek statis antara batang dan lantai pada keadaan tepat akan tergelincir adalah....
a. 3/4
b. 4/3
c. 3/8
d. 8/3
Pembahasan:
Perhatikan gambar berikut!
Σfx = 0
NA - fB = 0
NA = fB
Σfy = 0
NB - W = 0
NB = W = m . g = 12 . 10 = 120 Newton
Στ = 0
NA .BA₁ - W.BB₁ = 0
fB.4 - 120.1,5 = 0
4fB = 180
fB = 45 N
fB = μB . NB
45 = μB . 120
μB = 45/120 = 3/8
Jawaban: c
11. Sebuah tangga yang panjangnya 4 m dan bermassa 10 kg bersandar pada dinding licin. Tangga membentuk sudut 𝜭 = 53° terhadap lantai kasar dengan koefisien gesekan statis 0,3. Seorang anak yang massanya 50 kg menaiki tangga tersebut seperti pada gambar.
Berapa jarak anak itu menaiki tangga dari kaki tangga agar tidak tergelincir?
Pembahasan:
Perhatikan gambar berikut!
Σfx = 0
NA - fB = 0
NA = fB
Σfy = 0
NB - W₁ - W₂ = 0
NB = W₁ + W₂
NB = 10.10 + 50.10 = 600 N
fB = μB . NB = 0,3. 600 = 180 N
Στ = 0
NA .BA₁ - W.BB₁ - W.BB₂ = 0
fB.l.sin 53° - 100.½l.cos 53° - 500.x.cos 53° = 0
180.4.0,8 - 100.2.0,6 - 500x.0,6 = 0
576 - 120 = 300x
456 = 300 x
x = 456 : 300 = 1,52 m
Jawaban: d
12. Sebuah tangga homogen yang panjangnya 5 m mempunyai berat 300 N disandarkan pada dinding yang licin. Kaki tangga terletak pada lantai yang kasar. Seorang anak yang beratnya 450 N menaiki tangga sejauh 2 m dan menyebabkan tangga akan tergelincir. Jika tangga membentuk sudut 𝜭 = 53° terhadap lantai kasar, maka koefisien gesekan antara tangga dan lantai saat itu adalah....
a. 7/10
b. 7/20
c. 11/20
d. 13/20
Pembahasan:
Σfx = 0
NA - fB = 0
NA = fB
Σfy = 0
NB - W₁ - W₂ = 0
NB = W₁ + W₂
NB = 300 + 450 = 750 N
fB = μB . NB = μB .750
Στ = 0
NA .BA₁ - W.BB₁ - W.BB₂ = 0
μB .750.5.sin θ - 300.½.5.cos θ - 450.2.cos θ = 0
μB .750.5.0,8 - 300.½.5.0,6 - 450.2.0,6
μB .1800 = 450 + 540
μB = 990 : 1800
μB = 11/20
Jawaban: c
13. Sebuah batang homogen yang beratnya 50 N dihubungkan dengan engsel pada dinding dan ujungnya ditahan dengan tali seperti gambar berikut:
Pada ujung batang digantungkan beban yang massanya 2 kg. Jika tali dan batang membentuk sudut 30°, maka besar tegangan tali dalam keadaan setimbang adalah....
a. 40 N
b. 45 N
c. 75 N
d. 90 N
Pembahasan:
Perhatikan gambar berikut!
Jika P adalah sumbu putar batang, maka
Στ = 0
Wa.½ L + Wb.L - T.sin 30°.L = 0
50.½ L + (2.10).L - T.½.L = 0
25L + 20L = T.½.L
45L = T.½.L
T = 45.2 = 90 N
Jawaban: d
14. Sebuah batang homogen yang beratnya 100 N mempunyai panjang 5 m. Batang dihubungkan dengan engsel pada dinding dan ditahan dengan tali pada jarak 2 m dari ujung seperti gambar berikut:
Pada ujung batang digantungkan beban dengan beban 40 N. Jika tali dan batang membentuk sudut 37°, maka besar tegangan tali dalam keadaan setimbang adalah....a. 125 N
b. 150 N
c. 250 N
d. 300 N
Pembahasan:
Perhatikan gambar berikut!
Jika P adalah sumbu putar batang, maka
Στ = 0
Wa.½.5 + Wb.5 - T.sin 37°.(5-2) = 0
100.2,5 + 40.5 - T.0,6.3 = 0
250 + 200 = 1,8 T
450 = 1,8T
T = 450 : 1,8 = 250 N
Jawaban: c
a. 1.000 N
b. 10.000 N
c. 30.000 N
d. 50.000 N
Pembahasan:
Perhatikan gambar berikut!
Στb = 0
Nd.3 - W.1 = 0
Nd.3 -30000.1 = 0
3 Nd = 30000
Nd = 30000 : 3 = 10000 N
Jawaban: b
a. A = 470 N dan B = 580 N
b. A = 480 N dan B = 560 N
c. A = 500 N dan B = 500 N
d. A = 520 N dan B = 580 N
Pembahasan:
Στb = 0
Na.15 - 600.8 - 450.5 = 0
15 Na - 4800 - 2250 = 0
15 Na = 7050
Na = 470 N
Στa = 0
600.7 + 450.10 - Nb.15 = 0
4200 + 4500 = 15 Nb
8700 = 15 Nb
Nb = 8700 : 15
Nb = 580 N
Jawaban: a
Pembahasan:
18. Pada gambar berikut sebuah batang homogen ditumpu pada ujung A sedangkan pada ujung B dikaitkan pada salah satu tali katrol. Ujung tali katrol yang lain mengangkat beban C.
Pembahasan:
Jika dimisalkan 4 batang tersebut sebagai A, B, C dan D, maka gambar berikut menunjukkan titik berat masing-masing batang
LA = 4 cm, A(6,6)Pembahasan:
Pada gambar P sebuah bola yang berada dalam bidang cekung. Ketika diberi
gangguan kecil dan kemudian dihilangkan, bola akan kembali ke posisi semula. Keseimbangan
stabil ditandai oleh adanya kenaikan titik benda jika dipengaruhi suatu gaya.
Jawaban: a