soal fisika dinamika

Pengantar Dinamika Fisika

Dinamika adalah cabang fisika yang mempelajari tentang gerak benda beserta penyebabnya, yaitu gaya. Memahami dinamika sangat penting karena konsep ini mendasari banyak fenomena di sekitar kita, mulai dari benda jatuh, kendaraan bergerak, hingga gerak planet. Latihan soal fisika dinamika ini dirancang untuk menguji pemahaman Anda tentang hukum-hukum Newton, konsep gaya gesek, gaya normal, berat, tegangan tali, dan aplikasi lainnya dalam berbagai situasi.

Melalui kumpulan soal pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan ini, Anda akan diajak untuk menganalisis masalah, menerapkan rumus yang tepat, dan menjelaskan konsep-konsep dasar dinamika. Mari asah kemampuan Anda dalam memecahkan masalah fisika dinamika!

I. Soal Pilihan Ganda

Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan percepatan 5 m/s². Berapakah besar gaya yang bekerja pada benda tersebut?
1. 2 N
2. 5 N
3. 7 N
4. 10 N
5. 12 N
Hukum Newton yang menyatakan bahwa “setiap aksi akan menimbulkan reaksi yang sama besar namun berlawanan arah” adalah…
1. Hukum I Newton
2. Hukum II Newton
3. Hukum III Newton
4. Hukum Gravitasi Newton
5. Hukum Kekekalan Energi
Sebuah balok bermassa 4 kg diletakkan di atas lantai kasar. Koefisien gesek statis antara balok dan lantai adalah 0,4 dan koefisien gesek kinetisnya 0,3. Jika balok ditarik dengan gaya horizontal 10 N, berapakah gaya gesek yang bekerja pada balok? (g = 10 m/s²)
1. 10 N
2. 12 N
3. 16 N
4. 20 N
5. 40 N
Gaya normal adalah gaya yang bekerja…
1. Sejajar dengan permukaan sentuh
2. Berlawanan arah dengan gerak benda
3. Tegak lurus dengan permukaan sentuh
4. Menuju pusat bumi
5. Akibat interaksi dua muatan listrik
Sebuah lift bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/s². Jika seseorang bermassa 50 kg berada di dalam lift, berapakah berat semu orang tersebut? (g = 10 m/s²)
1. 400 N
2. 500 N
3. 600 N
4. 700 N
5. 800 N
Benda yang berada dalam keadaan setimbang berarti…
1. Resultan gaya yang bekerja pada benda tidak nol
2. Benda bergerak dengan percepatan konstan
3. Benda bergerak dengan kecepatan konstan atau diam
4. Benda hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi
5. Benda selalu bergerak lurus beraturan
Pernyataan yang benar mengenai massa dan berat adalah…
1. Massa adalah besaran vektor, berat adalah besaran skalar
2. Massa bergantung pada percepatan gravitasi, berat tidak
3. Massa memiliki satuan kilogram, berat memiliki satuan Newton
4. Massa selalu berubah, berat selalu tetap
5. Massa dan berat selalu sama nilainya
Sebuah mobil bermassa 1000 kg bergerak dari keadaan diam dan mencapai kecepatan 20 m/s dalam waktu 5 detik. Berapakah gaya rata-rata yang bekerja pada mobil tersebut?
1. 2000 N
2. 3000 N
3. 4000 N
4. 5000 N
5. 6000 N
Gaya sentripetal adalah gaya yang arahnya selalu…
1. Menjauhi pusat lintasan
2. Menuju pusat lintasan
3. Tangen terhadap lintasan
4. Berlawanan arah dengan kecepatan
5. Sejajar dengan kecepatan
Dua buah benda masing-masing bermassa m₁ = 2 kg dan m₂ = 3 kg dihubungkan tali melalui katrol tanpa gesekan. Jika m₂ bergerak turun, berapakah percepatan sistem? (g = 10 m/s²)
1. 1 m/s²
2. 2 m/s²
3. 3 m/s²
4. 4 m/s²
5. 5 m/s²
Apa yang terjadi pada gaya gesek statis jika gaya dorong yang diberikan pada benda diam terus meningkat hingga benda mulai bergerak?
1. Gaya gesek statis akan terus meningkat tanpa batas
2. Gaya gesek statis akan tetap konstan
3. Gaya gesek statis akan menurun drastis
4. Gaya gesek statis akan mencapai nilai maksimumnya, lalu berubah menjadi gaya gesek kinetis
5. Gaya gesek statis akan hilang
Sebuah benda meluncur di bidang miring licin dengan sudut kemiringan 30°. Berapakah percepatan benda tersebut? (g = 10 m/s²)
1. 2,5 m/s²
2. 5 m/s²
3. 7,5 m/s²
4. 8,66 m/s²
5. 10 m/s²
Jika sebuah benda bermassa 5 kg digantung pada seutas tali dan diam, berapakah tegangan tali tersebut? (g = 10 m/s²)
1. 0 N
2. 5 N
3. 10 N
4. 25 N
5. 50 N
Pernyataan berikut ini yang bukan merupakan contoh aplikasi Hukum III Newton adalah…
1. Orang mendayung perahu
2. Roket meluncur ke angkasa
3. Gaya gravitasi antara Bumi dan Bulan
4. Kaki mendorong tanah saat berjalan
5. Benda jatuh bebas
Sebuah benda bermassa 1 kg ditarik dengan gaya 20 N membentuk sudut 60° terhadap horizontal. Berapakah komponen gaya horizontalnya?
1. 10 N
2. 10√3 N
3. 15 N
4. 20 N
5. 20√3 N
Koefisien gesek kinetis selalu…
1. Lebih besar dari koefisien gesek statis
2. Lebih kecil dari koefisien gesek statis
3. Sama dengan koefisien gesek statis
4. Bergantung pada luas permukaan sentuh
5. Bergantung pada kecepatan benda
Jika sebuah mobil direm mendadak, penumpang akan terdorong ke depan. Fenomena ini sesuai dengan…
1. Hukum I Newton
2. Hukum II Newton
3. Hukum III Newton
4. Hukum Kekekalan Momentum
5. Hukum Archimedes
Sebuah benda bermassa m diletakkan di atas meja. Jika gaya normal yang bekerja pada benda adalah N, maka…
1. N selalu lebih besar dari mg
2. N selalu lebih kecil dari mg
3. N selalu sama dengan mg
4. N bisa lebih besar, lebih kecil, atau sama dengan mg tergantung kondisi
5. N tidak ada hubungannya dengan mg
Sebuah benda bergerak melingkar beraturan. Apa yang dapat dikatakan tentang gaya sentripetalnya?
1. Besarnya konstan, arahnya berubah
2. Arahnya konstan, besarnya berubah
3. Besar dan arahnya konstan
4. Besar dan arahnya berubah
5. Gaya sentripetal tidak ada pada gerak melingkar beraturan
Faktor-faktor yang memengaruhi besar gaya gesek adalah…
1. Luas permukaan sentuh dan kecepatan benda
2. Massa benda dan percepatan gravitasi
3. Gaya normal dan koefisien gesek
4. Jenis permukaan sentuh dan volume benda
5. Kecepatan benda dan kekasaran permukaan

II. Soal Isian Singkat

Satuan gaya dalam Sistem Internasional (SI) adalah…
Rumus Hukum II Newton adalah F = …
Gaya yang menyebabkan benda tetap pada lintasannya saat bergerak melingkar disebut gaya…
Percepatan gravitasi di permukaan Bumi kira-kira sebesar… m/s².
Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda adalah nol, maka benda tersebut dikatakan dalam keadaan…

III. Soal Uraian

Jelaskan perbedaan mendasar antara massa dan berat suatu benda!
Sebuah balok bermassa 5 kg diletakkan di atas lantai mendatar. Balok tersebut ditarik dengan gaya horizontal 20 N. Jika koefisien gesek kinetis antara balok dan lantai adalah 0,2, hitunglah percepatan balok! (g = 10 m/s²)
Bagaimana Hukum III Newton menjelaskan fenomena roket dapat meluncur ke angkasa?
Mengapa gaya gesek statis bisa lebih besar dari gaya gesek kinetis? Berikan contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari!
Sebuah benda bermassa 10 kg digantung pada seutas tali. Kemudian, tali tersebut ditarik ke atas sehingga benda bergerak dengan percepatan 2 m/s². Hitunglah tegangan tali tersebut! (g = 10 m/s²)

IV. Soal Menjodohkan

Jodohkanlah konsep fisika di kolom A dengan definisi/rumus yang tepat di kolom B.

Set 1: Konsep dan Definisi

1. Hukum I Newton
2. Hukum II Newton
3. Hukum III Newton
4. Gaya Gesek
5. Gaya Normal

Kolom B:

A. Gaya yang arahnya tegak lurus permukaan sentuh
B. F = ma
C. Benda cenderung mempertahankan keadaan geraknya (inersia)
D. Setiap aksi ada reaksi yang sama besar berlawanan arah
E. Gaya yang menghambat gerak relatif dua permukaan

Set 2: Besaran dan Satuan

1. Massa
2. Berat
3. Percepatan
4. Gaya
5. Koefisien Gesek

Kolom B:

A. Newton (N)
B. Kilogram (kg)
C. Tanpa satuan
D. Meter per sekon kuadrat (m/s²)
E. Newton (N)

Kunci Jawaban

I. Pilihan Ganda

D. Penjelasan: Berdasarkan Hukum II Newton (F = ma), F = 2 kg × 5 m/s² = 10 N.
C. Penjelasan: Hukum III Newton dikenal sebagai hukum aksi-reaksi.
A. Penjelasan: Hitung gaya gesek statis maksimum (fs_max = μs × N = 0,4 × (4 kg × 10 m/s²) = 0,4 × 40 N = 16 N). Karena gaya tarik (10 N) lebih kecil dari fs_max (16 N), benda masih diam. Jadi, gaya gesek yang bekerja adalah sebesar gaya tarik, yaitu 10 N.
C. Penjelasan: Gaya normal selalu tegak lurus terhadap permukaan kontak.
C. Penjelasan: Berat semu (N) = m(g + a) = 50 kg (10 m/s² + 2 m/s²) = 50 kg × 12 m/s² = 600 N.
C. Penjelasan: Keseimbangan berarti percepatan nol, sehingga kecepatan konstan (bisa nol/diam atau bergerak lurus beraturan).
C. Penjelasan: Massa adalah ukuran kelembaman benda (kg), berat adalah gaya gravitasi pada benda (N).
C. Penjelasan: Percepatan a = (v_akhir – v_awal) / t = (20 – 0) / 5 = 4 m/s². Gaya F = ma = 1000 kg × 4 m/s² = 4000 N.
B. Penjelasan: Gaya sentripetal selalu mengarah ke pusat lingkaran lintasan.
B. Penjelasan: Percepatan sistem a = (m₂ – m₁)g / (m₁ + m₂) = (3 – 2) × 10 / (2 + 3) = 1 × 10 / 5 = 2 m/s².
D. Penjelasan: Gaya gesek statis akan meningkat hingga mencapai nilai maksimumnya, setelah itu benda bergerak dan gaya gesek berubah menjadi kinetis yang umumnya lebih kecil.
B. Penjelasan: Percepatan benda pada bidang miring licin adalah a = g sin θ = 10 m/s² × sin 30° = 10 m/s² × 0,5 = 5 m/s².
E. Penjelasan: Karena benda diam, tegangan tali (T) = berat benda (W) = mg = 5 kg × 10 m/s² = 50 N.
E. Penjelasan: Benda jatuh bebas adalah contoh Hukum II Newton (percepatan akibat gravitasi), bukan aksi-reaksi.
A. Penjelasan: Komponen gaya horizontal Fx = F cos θ = 20 N × cos 60° = 20 N × 0,5 = 10 N.
B. Penjelasan: Koefisien gesek kinetis (μk) selalu lebih kecil dari koefisien gesek statis (μs).
A. Penjelasan: Penumpang cenderung mempertahankan keadaan geraknya (bergerak maju), yang sesuai dengan sifat kelembaman benda (Hukum I Newton).
D. Penjelasan: Gaya normal (N) bisa sama dengan mg (permukaan datar), lebih besar dari mg (lift dipercepat ke atas), atau lebih kecil dari mg (lift dipercepat ke bawah).
A. Penjelasan: Pada gerak melingkar beraturan, besar gaya sentripetal (mv²/r) konstan, tetapi arahnya selalu berubah karena selalu menuju pusat lingkaran.
C. Penjelasan: Gaya gesek (f) sebanding dengan gaya normal (N) dan koefisien gesek (μ), f = μN.

II. Isian Singkat

Newton
ma
sentripetal
10 (atau 9,8)
setimbang

III. Uraian

Perbedaan Massa dan Berat:
– Massa adalah ukuran kelembaman suatu benda atau jumlah materi yang terkandung dalam benda. Massa adalah besaran skalar dan satuannya kilogram (kg). Nilai massa selalu tetap di mana pun benda berada.
– Berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Berat adalah besaran vektor (memiliki arah, yaitu menuju pusat gravitasi) dan satuannya Newton (N). Nilai berat bergantung pada percepatan gravitasi di tempat benda berada, sehingga bisa berubah. Rumusnya W = mg.
Perhitungan Percepatan Balok:
– Diketahui: m = 5 kg, F_tarik = 20 N, μk = 0,2, g = 10 m/s².
– Gaya normal (N) = mg = 5 kg × 10 m/s² = 50 N.
– Gaya gesek kinetis (fk) = μk × N = 0,2 × 50 N = 10 N.
– Berdasarkan Hukum II Newton, ΣF = ma.
– F_tarik – fk = ma
– 20 N – 10 N = 5 kg × a
– 10 N = 5 kg × a
– a = 10 N / 5 kg = 2 m/s².
– Jadi, percepatan balok adalah 2 m/s².
Penjelasan Roket dan Hukum III Newton:
– Hukum III Newton menyatakan bahwa untuk setiap gaya aksi, ada gaya reaksi yang sama besar dan berlawanan arah. Pada roket, mesin roket mengeluarkan gas panas (aksi) dengan kecepatan tinggi ke bawah.
– Sebagai reaksinya, gas panas tersebut mendorong roket (reaksi) dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah, yaitu ke atas. Gaya dorong ke atas inilah yang menyebabkan roket dapat meluncur dan terbang ke angkasa.
Gaya Gesek Statis vs. Kinetis:
– Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam dan cenderung mencegah benda untuk bergerak. Nilainya bervariasi dari nol hingga nilai maksimumnya (fs_max = μs × N).
– Gaya gesek kinetis (fk) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang sedang bergerak. Nilainya relatif konstan dan umumnya lebih kecil dari gaya gesek statis maksimum (fk = μk × N, dengan μk < μs).
– Gaya gesek statis bisa lebih besar dari gaya gesek kinetis karena diperlukan gaya yang lebih besar untuk memulai pergerakan suatu benda (mengatasi kelembaman awal) dibandingkan dengan mempertahankan geraknya setelah benda mulai bergerak.
– Contoh penerapan: Saat mendorong lemari yang sangat berat, kita membutuhkan gaya yang sangat besar untuk membuatnya mulai bergerak (mengatasi gesek statis maksimum). Namun, setelah lemari mulai bergerak, gaya yang dibutuhkan untuk mendorongnya agar tetap bergerak biasanya sedikit lebih kecil (mengatasi gesek kinetis). Ini juga mengapa lebih sulit untuk mulai mengayuh sepeda dari keadaan diam daripada mempertahankan kecepatan sepeda.
Perhitungan Tegangan Tali:
– Diketahui: m = 10 kg, a = 2 m/s² (ke atas), g = 10 m/s².
– Gaya yang bekerja pada benda adalah tegangan tali (T) ke atas dan berat benda (W = mg) ke bawah.
– Karena benda bergerak ke atas dengan percepatan, maka resultan gaya ke atas.
– ΣF = ma
– T – W = ma
– T – mg = ma
– T = ma + mg = m(a + g)
– T = 10 kg (2 m/s² + 10 m/s²)
– T = 10 kg × 12 m/s² = 120 N.
– Jadi, tegangan tali tersebut adalah 120 N.

IV. Menjodohkan