Jelaskan penerapan hukum newton pada gerak lift

Katrol

Untuk menyelesaikan permasalahan yang menggunakan hukum Newton pada suatu benda, ada beberapa catatan. Pertama, gambarlah diagram secara terpisah yang menggambarkan semua gaya yang bekerja pada benda tersebut (gambar diagram bebas). Kedua, gaya yang searah dengan perpindahan benda dianggap positif, sedangkan gaya yang berlawanan arah dengan perpindahan benda dianggap negatif. Penerapan hukum newton banyak aplikasikan pada persoalan dinamika, usaha, energi, gerak, momentum dan lain-lain.

Gerak Benda yang Dihubungkan dengan Katrol

Misalnya dua buah benda ma dan mb dihubungkan dengan seutas tali melalui sebuah katrol licin (tali dianggap tidak bermassa).

Katrol

Karena ma > mb, maka ma akan bergerak ke bawah (positif) dan mb bergerak ke atas (negatif) dengan percepatan sama. Besarnya percepatan benda (a) tersebut.

Percepatan benda

Tegangan tali (T) pada benda adalah sama, besarnya tegangan tali tersebut yaitu :

Tegangan tali

Contoh soal Bagaimana jika salah satu bendan berada di bidang datar dan salah satu benda tersebut menggantung? seperti pada gambar dibawah!

Katrol dengan salah satu benda menggantung

Dua buah benda masing-masing m1 dan m2 dihubungkan dengan katrol. Gesekan antara benda pertama dengan meja lantai diabaikan. Jika gaya gravitasi di tempat itu sebesar g, maka percepatan yang dialami (a) dan Tegangan tali (T) kedua benda tersebut.

Percepatan dan tegangan tali

Jika terdapat gesekan antara benda pertama dengan meja lantai dengan koefisien gesekan μ, maka rumus percepatan kedua benda sekarang menjadi :

Percepatan dan tegangan tali

Contoh soal
Dua buah benda masing-masing memiliki massa m1 = 3 kg dan m2 = 2 kg dihubungkan dengan katrol. Gesekan antara benda pertama (m1) dengan meja lantai diabaikan. Jika gaya gravitasi di tempat itu sebesar 10 m/s2, maka tentukan percepatan yang dialami kedua benda dan tegangan talinya! Penyelesaian percepatan kedua benda (a)

Tegangan tali kedua benda (T)

Gaya Tekan Kaki pada Lantai Lift Tentu Anda pernah menaiki lift. Apa yang Anda rasakan saat lift diam, naik, dan turun? Suatu hal aneh terjadi saat bobot seseorang yang sedang menaiki lift ditimbang. Bobot orang tersebut ternyata berbeda ketika lift diam, bergerak turun, dan bergerak naik. Bagaimana hal tersebut dapat terjadi? Menurut hukum-hukum Newton, hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada lift diam atau bergerak dengan kecepatan tetap, maka percepatannya nol. Oleh karena itu, berlaku keseimbangan gaya (hukum I Newton).

Lift diam

Rumus Lift diam

Jika lift bergerak ke atas dengan percepatan, maka besarnya gaya tekan kaki pada lantai lift dapat ditentukan sebagai berikut.

Lift naik

Rumus lift naik

Berdasarkan penalaran yang sama seperti saat lift bergerak ke atas, maka untuk lift yang bergerak ke bawah Anda dapatkan persamaan sebagai berikut.

Lift turun

Rumus lift turun

Contoh soal
Oneng yang bermassa 30 kg berdiri di dalam sebuah lift yang bergerak dengan percepatan 3 m/s2.Jika gravitasi bumi 10 m/s2, maka tentukan berat Oneng saat lift bergerak ke atas dipercepat dan bergerak ke bawah dipercepat! Penyelesaian

Gaya tekan kaki saat lift ke atas

Gaya tekan kaki saat lift ke bawah

Mungkin Anda pernah mendengar atau menggunakan lift. Lift merupakan angkutan transportasi vertikal yang digunakan untuk menaiki sebuah gedung yang tinggi tanpa harus menggunakan tangga. Pada saat lift bergerak naik, berat badan kita seolah-olah naik. Sedangkan pada saat lift bergerak turun, seolah-olah berat badan kita akan turun. Kenapa bisa terjadi seperti itu? Silahkan simak penjelasannya di bawah ini.

Jika kita berada di dalam sebuah lift akan ada beberapa kemungkinan peristiwa yang terjadi, antara lain:

Lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan

Perhatikan gambar (a) dan (b) di bawah ini.

 

Gambar (a) merupakan lift bergerak ke atas dengan kecepatan tetap dan Gambar (b) merupakan lift bergerak ke bawah dengan kecepatan tetap. Pada saat lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan baik itu ke atas maupun ke bawah maka komponen gaya pada sumbu y adalah:

ΣFy = N – w

Dalam hal ini, lift dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan tetap (GLB) pada komponen sumbu y, berarti ay = 0, sehingga:

ΣFy = 0

N – w = 0

N = w = m.g

dengan:

N = gaya normal (N)

w = berat orang (N)

m = massa orang (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Lift Dipercepat atau Diperlambat ke Atas

Perhatikan gambar (c) dan (d) di bawah ini.

Gambar (c) merupakan lift bergerak ke atas dengan percepatan (a), sedangkan Gambar (d) merupakan lift bergerak ke atas dengan perlambatan (-a), maka komponen gaya pada sumbu y adalah:

ΣFy = N – w

Jika lift bergerak ke atas mengalami percepatan a seperti gambar (c), maka:

ΣFy = m.a

N – w = m.a

N = w + (m.a)

N = m.g + m.a

N = m.(a + g)

Sedangkan jika lift bergerak ke atas mengalami perlambatan -a seperti gambar (d), maka:

ΣFy = m.(-a)

N – w = – m.a

N = w – ( m.a)

N = m.g – m.a

N = m.(g – a)

Lift Dipercepat atau Diperlambat ke Bawah

Perhatikan gambar (e) dan (f) di bawah ini.

 

Gambar (e) merupakan lift bergerak ke bawah dengan percepatan (a), sedangkan Gambar (f) merupakan lift bergerak ke bawah dengan perlambatan (-a), maka komponen gaya pada sumbu y adalah:

ΣFy = w –N

Jika lift bergerak ke bawah mengalami percepatan a seperti gambar (e), maka:

ΣFy = m.a

w – N = m.a

N = w – m.a

N = m.g – m.a

N = m.(g – a)

Sedangkan jika lift bergerak ke bawah yang mengalami perlambatan -a seperti gambar (f), maka:

ΣFy = m.(-a)

w – N = – m.a

N = w + ( m.a)

N = m.g + m.a

N = m.(g + a)

Contoh Soal

Seseorang yang massanya 60 kg menaiki lift yang sedang bergerak ke atas, ternyata gaya tekan normal bidang terhadap orang itu sebesar 720 N. Jika g = 10 m/s2, tentukan percepatan yang dialami lift.

Penyelesaian:

N – w = m.a

720 N – 60 kg . 10 m/s2 = 60 kg . a

720 N – 600 N = 60 kg . a

a = 120 N/60 kg

a = 2 m/s2

Jadi, percepatan yang dialami oleh lift adalah 2 m/s2.