Komposisi dan Lapisan Bumi (Struktur Dalam Bumi)

Keadaan dalam bumi selama ini hanya dikemukakan berdasarkan hipotesis-hipotesis. Penyelidikan tentang isi bumi sebenarnya hanya meliputi daerah dengan kedalaman tidak lebih dari dalamnya terowongan tempat pengeboran atau kedalaman sungai bawah tanah.

Massa bumi kira-kira adalah 5,98×1024 kg. Kandungan utamanya adalah besi (32,1%), oksigen (30,1%), silikon (15,1%), magnesium (13,9%), sulfur (2,9%), nikel (1,8%), kalsium (1,5%), and aluminium (1,4%); dan 1,2% selebihnya terdiri dari berbagai unsur-unsur langka. Karena proses pemisahan massa, bagian inti bumi dipercaya memiliki kandungan utama besi (88,8%) dan sedikit nikel (5,8%), sulfur (4,5%) dan selebihnya kurang dari 1% unsur langka.[10]

Ahli geokimia F. W. Clarke memperhitungkan bahwa sekitar 47% kerak bumi terdiri dari oksigen. Batuan-batuan paling umum yang terdapat di kerak bumi hampir semuanya adalah oksida (oxides); klorin, sulfur dan florin adalah kekecualian dan jumlahnya di dalam batuan biasanya kurang dari 1%. Oksida-oksida utama adalah silika, alumina, oksida besi, kapur, magnesia, potas dan soda. Fungsi utama silika adalah sebagai asam, yang membentuk silikat. Ini adalah sifat dasar dari berbagai mineral batuan beku yang paling umum. Berdasarkan perhitungan dari 1,672 analisa berbagai jenis batuan, Clarke menyimpulkan bahwa 99,22% batuan terdiri dari 11 oksida . Konstituen lainnya hanya terjadi dalam jumlah yang kecil.

Salah seorang ahli yang yang pertama kali mengemukakan pendapatnya tentang materi dan bentuk dalam bumi adalah Plato. Menurutnya, bumi terdiri dari masa cair yang pijar dan dikelilingi oleh lapisan batuan yang keras yang disebut kerak bumi. Masa cair yang pijar itu berasal dari dalam bumi dan kadang-kadang ke luar mencapai permukaan bumi dalam bentuk lava melalui pipa-pipa gunung api.

Namun, penyelidikan tentang gempa bumi (seismologi) memberikan pandangan yang lain tentang keadaan dalam bumi. Berdasarkan penyelidikan seismologi diketahui bahwa perambatan geolombang gempa dipengaruhi oleh zat-zat penyusun bumi. Penyelidikan seismologi juga membuktikan bahwa bumi terdiri dari lapisan-lapisan yang dibatasi oleh lapisan yang tidak bersambung (diskontinu).

Berbagai kajian dan penelitian geofisika telah membuktikan bahwa bumi terbentuk dari 7 lapisan tertentu dari dalam ke luar dengan susunan sebagai berikut:

Secara struktur bumi dibagi menjadi 3 lapisan utama, yaitu kerak bumi (crush), selimut (mantle), dan inti (core). Struktur bumi seperti itu mirip dengan telur, yaitu cangkangnya sebagai kerak, putihnya sebagai selimut, dan kuningnya sebagai inti bumi.

1. Kerak Bumi (Crush)

Kerak bumi merupakan lapisan kulit bumi paling luar (permukaan bumi). Kerak bumi terdiri dari dua jenis, yaitu kerak benua dan kerak samudra. Lapisan kerak bumi tebalnya mencapai 70 km dan tersusun atas batuan-batuan basa dan masam. Namun, tebal lapisan ini berbeda antara di darat dan di dasar laut. Di darat tebal lapisan kerak bumi mencapai 20-70 km, sedangkan di dasar laut mencapai sekitar 10-12 km. Lapisan ini menjadi tempat tinggal bagi seluruh makhluk hidup. Suhu di bagian bawah kerak bumi mencapai 1.100°C.

Kerak bumi merupakan bagian terluar lapisan bumi dan memiliki ketebalan 5-80 km. kerak dengan mantel dibatasi oleh Mohorovivic Discontinuity. Kerak bumi dominan tersusun oleh feldsfar dan mineral silikat lainnya. Kerak bumi dibedakan menjadi dua jenis yaitu :

Kerak samudra, tersusun oleh mineral yang kaya akan Si, Fe, Mg yang disebut sima. Ketebalan kerak samudra berkisar antara 5-15 km (Condie, 1982)dengan berat jenis rata-rata 3 gm/cc. Kerak samudra biasanya disebut lapisan basaltis karena batuan penyusunnya terutama berkomposisi basalt.

Kerak benua, tersusun oleh mineral yang kaya akan Si dan Al, oleh karenanya di sebut sial. Ketebalan kerak benua berkisar antara 30-80 km (Condie !982) rata-rata 35 km dengan berat jenis rata-rata sekitar 2,85 gm/cc. kerak benua biasanya disebut sebagai lapisan granitis karena batuan penyusunya terutama terdiri dari batuan yang berkomposisi granit.

Disamping perbedaan ketebalan dan berat jenis, umur kerak benua biasanya lebih tua dari kerak samudra. Batuan kerak benua yang diketahui sekitar 200 juta tahun atau Jura. Umur ini sangat muda bila dibandingkan dengan kerak benua yang tertua yaitu sekitar 3800 juta tahun. Tabel Skala waktu geologi dapat dilihat di  Skala Waktu Geologi. 

2. Selimut Bumi (Mantle)

Selimut atau selubung bumi merupakan lapisan yang letaknya di bawah lapisan kerak bumi. Sesuai dengan namanya, lapisan ini berfungsi untuk melindungi bagian dalam bumi.Selimut bumi tebalnya mencapai 2.900 km dan merupakan lapisan batuan yang padat yang mengandung silikat dan magnesium. Suhu di bagian bawah selimut mencapai 3.000 °C, tetapi tekananannya belum mempengaruhi kepadatan batuan.

Inti bumi dibungkus oleh mantel yang berkomposisi kaya magnesium. Inti dan mantel dibatasi oleh Gutenberg Discontinuity. Mantel bumi terbagi menjadi dua yaitu mantel atas yang bersifat plastis sampai semiplastis memiliki kedalaman sampai 400 km. Mantel bawah bersifat padat dan memiliki kedalaman sampai 2900 km.

Mantel atas bagian atas yang mengalasi kerak bersifat padat dan bersama dengan kerak membentuk satu kesatuan yang dinamakan litosfer. Mantel atas bagian bawah yang bersifat plastis atau semiplastis disebut sebagi asthenosfer.

Selimut bumi dibagi menjadi 3 bagian, yaitu litosfer, astenosfer, dan mesosfer.

a. Litosfer merupakan lapisan terluar dari selimut bumi dan tersusun atas materi-materi padat terutama batuan. Lapisan litosfer tebalnya mencapai 50-100 km. Bersama-sama dengan kerak bumi, kedua lapisan ini disebut lempeng litosfer.

Litosfer tersusun atas dua lapisan utama, yaitu lapisan sial (silisium dan aluminium) serta lapisan sima (silisium dan magnesium).

1) Lapisan sial adalah lapisan litosfer yang tersusun atas logam silisium dan alumunium. Senyawa dari kedua logam tersebut adalah SiO2 dan Al2O3. Batuan yang terdapat dalam lapisan sial antara lain batuan sedimen, granit, andesit, dan metamorf.

2) Lapisan sima adalah lapisan litosfer yang tersusun atas logam silisium dan magnesium. Senyawa dari kedua logam tersrsebut adalah SiO2 dan MgO. Berat jenis lapisan sima lebih besar jika dibandingkan dengan berat jenis lapisan sial. Hal itu karena lapisan sima mengandung besi dan magnesium.

b. Astenosfer merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan litosfer. Lapisan yang tebalnya 100-400 km ini diduga sebagai tempat formasi magma (magma induk).

c. Mesosfer merpakan lapisan yang terletak di bawah lapisan astenosfer. Lapisan ini tebalnya 2.400-2.700 km dan tersusun dari campuran batuan basa dan besi.

3. Inti Bumi (Core)

Dipusat bumi terdapat inti yang berkedalaman 2900-6371 km. Terbagi menjadi dua macam yaitu inti luar dan inti dalam. Inti luar berupa zat cair yang memiliki kedalaman 2900-5100 km dan inti dalam berupa zat padat yang berkedalaman 5100-6371 km. Inti luar dan inti dalam dipisahkan oleh Lehman Discontinuity.

Dari data Geofisika material inti bumi memiliki berat jenis yang sama dengan berat jenis meteorit logam yang terdiri dari besi dan nikel. Atas dasar ini para ahli percaya bahwa inti bumi tersusun oleh senyawa besi dan nikel.

Inti bumi merupakan lapisan paling dalam dari struktur bumi. Lapisan inti dibedakan menjadi 2, yaitu lapisan inti luar (outer core) dan inti dalam (inner core).

a. Inti luar tebalnya sekitar 2.000 km dan terdiri atas besi cair yang suhunya mencapai 2.200 °C.

b. Inti dalam merupakan pusat bumi berbentuk bola dengan diameter sekitar 2.700 km. Inti dalam ini terdiri dari nikel dan besi (NiFe) yang suhunya mencapai 4500 derajat celcius.

Src : Tun

Eo : Ahmad Zaman huri

Continue lendo

Batuan Metamorf

Batuan metamorf adalah batuan ubahan yang terbentuk dari batuan aslinya, berlangsung dalam keadaan padat, akibat pengaruh peningkatan suhu (T) dan tekanan (P) yang tinggi. Batuan metamorfosa disebut juga dengan batuan malihan atau ubahan, demikian pula dengan prosesnya, proses malihan. Proses metamorfisme atau malihan merupakan perubahan himpunan mineral dan tekstur batuan, namun dibedakan denag proses diagenesa dan proses pelapukan yang juga merupakan proses dimana terjadi perubahan. 

Proses metamorfosa berlangsung akibat perubahan suhu dan tekanan yang tinggi, diatas 200°C dan 300 Mpa (megapascal), dan dalam keadaan padat. Sedangkan proses diagenesa berlangsung pada suhu dibawah 200°C dan proses pelapukan pada suhu dan tekanan normal, jauh dibawahnya, dalam lingkungan atmosfir.

Proses metamorfosa dapat didefinisikan sebagai:

”Perubahan himpunan mineral dan tekstur batuan dalam keadaan (fasa) padat (solid slate) pada suhu diatas 200°C dan tekanan 300 Mpa”.

Batuan metamorf memerlukan perhatian tersendiri, karena perubahannya berlangsung dalam keadaan padat. Saat lempeng-lempeng tektonik bergerak dan fragmen kerak bertabrakan, batuan terkoyak, tetarik (extended), terlipat, terpanaskan dan berubah dengan cara yang kompleks. Tetapi meskipun batuan sudah mengalami perubahan dua kali atau lebih, biasanya bekas atau bentuk batuan semula masih tersimpan, karena perubahannya terjadi dalam keadaan padat. Padat tidak seperti cair atau gas cenderung untuk menyimpan peristiwaperistiwa (events) pengubahannya. Diantara kelompok batuan, batuan metamorf merupakan yang paling kompleks, tetapi juga paling menarik karena didalamnya tersimpan semua cerita yang telah terjadi pada kerak bumi.

Proses Metamorfisme

• Proses metamorfisme, meliputi:

1.  Proses perubahan fisik yang menyangkut struktur dan tekstur oleh tenaga kristaloblastik (tenaga dari sedimen-sedimen kimia untuk menyusun susunan sendiri).
2. Proses-proses perubahan susunan mineralogi, sedangkan susunan kimianya tetap (isokimia) tidak ada perubahan komposisi kimiawi, tapi hanya perubahan ikatan kimia.

• Tahap-tahap proses metamorfisme:

1. Rekristalisasi                                                                                                                                                  Proses ini dibentukoleh tenaga kristaloblastik, di sini terjadi penyusunan kembali kristal-kristal dimana elemen-elemen kimia yang sudah ada sebelumnya.
2. Reorientasi                                                                                                                                             Proses ini dibentuk oleh tenaga kristaloblastik, di sini pengorientasian kembali dari susunan kristak-kristal, dan ini akan berpengaruh pada tekstur dan struktur yang ada.
3. Pembentukan mineral-mineral baru                                                                                              Proses ini terjadi dengan penyusunan kembali elemen-elemen kimiawi yang sebelumnya sudah ada.

• Dalam metamorfosa yang berubah adalah : tekstur dan asosiasi mineral, yang tetap adalah komposisi kimia dan fase padat (tanpa melalui fase cair).
• Teksturnya selalu mereflesikan sejarah pembentukannya.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Metamorfisme

Komposisi batuan asal sangat mempengaruhi pembentukan himpunan mine ralbaru, demikian pula dengan suhu dan tekanan. Suhu dan tekanan tidaklah berperan langsung, akan tetapi juga ada atau tidaknya cairan serta lamanya mengalami panas dan tekanan yang tinggi, dan bagaimana tekanannya, searah,

terpuntir dan sebagainya.

1. Pengaruh cairan terhadap reaksi kimia

Pori-pori yang terdapat pada batuan sedimen atua batuan beku terisi ole cairan (fluida), yang merupakan larutan dari gas-gas, garam dan mineral yang terdapat pada batuan yang bersangkutan. Pada suhu yang tinggi intergranular ini lebih bersifat uap dan pada cair, dan mempunyai peran yang penting dalam metamorfisme. Di bawah suhu dan tekanan yang tinggi akan terjadi pertukaran unsur dari larutan ke mineral-mineral dan sebaliknya. Fungsi cairan ini sebagai media transport dari larutan ke mineral dan sebaliknya, sehingga mempercepat proses metamorfisme. Jika tidak ada larutan atau jumlahnya sedikit sekali, maka metamorfismenya akan berlangsung lambat, karena perpindahannya akan melalui diffusi antar mineral yang padat.

2. Suhu dan tekanan

Batuan apabila dipanaskan pada suhu tertentu akan membentukmineralmineral baru, yang hasil akhirnya adalah batuan metamorf. Sumber panasnya berasal dari panas dalam bumi. Batuan dapat terpanaskan oleh timbunan (burial) atau terobosan dapat juga menimbulkan perubahan tekanan, sehingga sukar dikatakan metamorfisme hanya disebabkan ole keniakan suhu saja. Tekanan dalam proses metamorfisme bersifat sebagai stress yang mempunyai besaran serta arah. Tekstur batuan metamorf memperlihatkan bahwa batuan

ini terbentuk di bawah differensial stress, atau tekanannyatidak sama besar dari segala arah. Berbeda dengan batuan beku yang terbentuk melalui lelehan dan di bawah pengaruh uniform stress, atau mempunyai bersaran yang sama dari semua arah.

3. Waktu

Untuk mengetahui berapa lama berlangsungnya proses metamorfisme tidak lah mudah dan sampai saat ini masih belum diketahui bagaimana caranya. Dalam percobaan di laboratorium memperlihatkan bahwa di bawah tekanan suhu tinggi serta waktu reasi yang lama akan menghasilkan kristal dengan ukuran yang besar. Dan dalam kondisi yang sebaliknya dihasilkan kristal yang kecil. Dengan demikian untuk sementara ini disimpulkan bahwa batuan berbutir kasar merupakan hasil metamorfisme dalam waktu yang panjang serta

suhu dan tekanan yang tinggi. Sebaliknya yang berbutir halus, waktunya pendek serta suhu dan tekanan yang rendah. Batuan metamorf terbentuk akibat perubahan tekanan dan atau temperatur, dalam keadaan padat serta tanpa merubah komposisi kimia batuan asalnya.

Tekstur

Tekstur batuan metamorf tidak didasarkan pada besarnya butir-butir batuan melainkan atas dasar orientasi atau kecenderungan berlapis. Tekstur batuan metamorf dibedakan atas Foliasi dan Non-Foliasi.

• Tekstur Foliasi, yaitu tekstur yang berlapis-lapis dimana butir-butir batuan penyusunnya pipih sehingga memperlihatkan lapisan atau belahan kearah mana batuan cenderung membelah, yang termasuk dalam tekstur foliasi adalah: Slaty, Phyllitic, Schistose, Gneissic

• Tekstur Non-Foliasi, yaitu tekstur yang tidak menunjukkan kecenderungan berlapis, yang termasuk dalam tekstur foliasi adalah: Marmer, Serpentinit, Antrasit.

Src : AR

Eo : Ahmad Zaman Huri

Continue lendo

Siklus Hidrologi (Daur Hidrologi)

Keberadaan air di bumi mengalami proses alam yang berlanjut dan berputar sehingga membentuk suatu siklus atau daur ulang. Dengan demikian jumlah air yang ada di bumi merupakan satu kesatuan yang utuh dan bersifat tetap. Proses pengurangan dan pengisian kembali sumber-sumber air di bumi dari suatu tempat ke tempat yang lain membutuhkan waktu yang lama dan diatur dalam suatu siklus tertutup yang disebut dengan siklus hidrologi yang melibatkan elemen-elemen: presipitasi, evaporasi, transpirasi, evapotranspirasi, infiltrasi, dan limpasan di permukaan (surface run of).

Proses siklus hidrologi ini bermula dari panas dari matahari yang menguapkan air di permukaan bumi. Uap air akan memasuki atmosfer dan bergerak mengikuti gerakan udara. Beberapa bagian akan mengumpul dan jatuh sebagai hujan dan salju kemudian mengalir kembali ke laut, sebagian daripadanya akan tertinggal di darat. Begitupula hujan yang jatuh ke permukaan akan mengalir ke
laut (Rusli HAR).

Air yang berada di bumi merupakan lapiran hidrosfer yang berjumlah 1,3-1,4 milyar Km³, Feth (1973) dan Fetter (1994). Dari jumlah tersebut hanya sekitar 2,5% berupa air tawar dan hanya sekitar 220.000 km³ diantaranya yang dapat dimanfaatkan oleh manusia. Alamiahnya jumlah air di bumi berjumlah tetap, tetapi air di bumi mengalami proses perubahan seperti air di permukaan bumi mengalami proses menguap ke udara dari permukaan tanah dan laut akan terkondensasi dan kembali jatuh ke bumi. Kejadian ini disebut presipitasi yang dapat berbentuk hujan, salju atau embun. Peristiwa perubahan air menjadi uap air dan bergerak dari permukaan tanah ke udara disebut evaporasi, sedangkan penguapan air dari tanaman disebut transipirasi. Jika kedua proses ini terjadi secara bersama-sama maka disebut evapotranspirasi. 

Berikut proses proses daur hidrologi

1. Presipitasi, Proses perubahan uap air menjadi bentuk salju, air hujan, dan lain-lain di atmosfer yang kemudian jatuh ke atas vegetasi, batuan, permukaan tanah, permukaan air, dan saluran-saluran sungai 
2. Intersepsi, Proses penangkapan air oleh vegetasi, yang kemudian bertranspirasi dan/atau mencapai permukaan tanah dengan menetes atau sebagai aliran batang (melalui batang pohon).
3. Evaporasi,  Proses penguapan air dari daratan, lautan, sungai, dan danau ke udara. 
4. Transpirasi , Proses menguapnya air dari vegetasi ke udara. 
5. Evapotranspirasi , Proses gabungan dari evaporasi dan transpirasi. 
6. Infiltrasi, Proses masuknya air ke dalam tanah pada zona tidak jenuh. 
7. Perkolasi, Proses masuknya air dari zona tidak jenuh ke zona jenuh. 
8. Detensi permukaan, Suatu selaput air yang tipis pada permukaan tanah setelah bagian presipitasi yang pertama membasahi permukaan tanah dan berinfiltrasi. 
9. Limpasan permukaan , Aliran yang terjadi saat presipitasi lebih besar dari pada infiltrasi.
10. Cadangan depresi, Aliran yang disimpan dalam mangkok depresi permukaan yang di peroleh dari limpasan permukaan. 

Src : AZHARY RAHIM

Eo :  AHmad Zaman Huri

Continue lendo

Contoh Soal dan Pembahasan tentang Dinamika Gerak

Contoh Soal dan Pembahasan tentang Dinamika Gerak, Materi Fisika kelas 2 (XI) SMA dengan melibatkan gaya gesek dalam beberapa kasus dinamika, variasi menentukan nilai gaya normal, gaya kontak dan penguraian gaya-gaya.

Rumus - Rumus Minimal

Hukum Newton I
Σ F = 0
→ benda diam atau
→ benda bergerak dengan kecepatan konstan / tetap atau
→ percepatan gerak benda nol atau
→ benda bergerak lurus beraturan (GLB)

Hukum Newton II
Σ F = ma
→ benda bergerak dengan percepatan tetap
→ benda bergerak lurus berubah beraturan (GLBB)
→ kecepatan gerak benda berubah

Gaya Gesek
Gaya Gesek Statis → fs = μs N
Gaya Gesek Kinetis → fk = μk N
dengan N = gaya normal, μs = koefisien gesek statis, μk = koefisien gesek kinetis

Gaya Berat
W = mg

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal No. 1
Perhatikan gambar berikut!



Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 12 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda

Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal
Σ Fy = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
fsmaks = μs N
fsmaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya gesek statis maksimum masih lebih besar dari gaya yang menarik benda (F) sehingga benda masih berada dalam keadaan diam. Sesuai dengan hukum Newton untuk benda diam :
Σ Fx = 0
F − fges = 0
12 − fges = 0
fges = 12 N

c) Percepatan gerak benda
Benda dalam keadaan diam, percepatan benda NOL

Soal No. 2
Perhatikan gambar berikut, benda mula-mula dalam kondisi rehat!



Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 25 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda
d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon

Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal
Σ Fy = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
fsmaks = μs N
fsmaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya yang gesek statis maksimum (20 N) lebih kecil dari gaya yang menarik benda (25 N), Sehingga benda bergerak. Untuk benda yang bergerak gaya geseknya adalah gaya gesek dengan koefisien gesek kinetis :
fges = fk = μk N
fges = (0,1)(100) = 10 N

c) Percepatan gerak benda
Hukum Newton II :
Σ Fx = ma
F − fges = ma
25 − 10 = 10a
a = 15/10 = 1,5 m/s2

d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon
S = Vo t + 1/2 at2
S = 0 + 1/2(1,5)(22)
S = 3 meter

Soal No. 3
Perhatikan gambar berikut, benda 5 kg mula-mula dalam kondisi tidak bergerak!



Jika sudut yang terbentuk antara gaya F = 25 N dengan garis mendatar adalah 37o, koefisien gesek kinetis permukaan lantai adalah 0,1 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 tentukan nilai:
a) Gaya normal
b) Gaya gesek
c) Percepatan gerak benda
(sin 37o = 0,6 dan cos 37o = 0,8)

Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal
Σ Fy = 0
N + F sin θ − W = 0
N = W − F sin θ = (5)(10) − (25)(0,6) = 35 N

b) Gaya gesek
Jika dalam soal hanya diketahui koefisien gesek kinetis, maka dipastikan benda bisa bergerak, sehingga fges = fk :
fges = μk N
fges = (0,1)(35) = 3,5 N

c) Percepatan gerak benda
Σ Fx = ma
F cos θ − fges = ma
(25)(0,8) − 3,5 = 5a
5a = 16,5
a = 3,3 m/s2

Soal No. 4
Perhatikan gambar berikut, balok 100 kg diluncurkan dari sebuah bukit!



Anggap lereng bukit rata dan memiliki koefisien gesek 0,125. Percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan sin 53o = 0,8, cos 53o = 0,6. Tentukan nilai dari :
a) Gaya normal pada balok
b) Gaya gesek antara lereng dan balok
c) Percepatan gerak balok

Pembahasan
Gaya-gaya pada balok diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal pada balok
Σ Fy = 0
N − W cos θ = 0
N − mg cos 53o = 0
N − (100)(10)(0,6) = 0
N = 600 Newton

b) Gaya gesek antara lereng dan balok
fges = μk N
fges = (0,125)(600) = 75 newton

c) Percepatan gerak balok
Σ Fx = ma
W sin θ − fges = ma
mg sin 53o − fges = ma
(100)(10)(0,8) − 75 = 100a
a = 725/100 = 7,25 m/s2

Soal No. 5
Balok A massa 40 kg dan balok B massa 20 kg berada di atas permukaan licin didorong oleh gaya F sebesar 120 N seperti diperlihatkan gambar berikut!



Tentukan :
a) Percepatan gerak kedua balok
b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B

Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok
Tinjau sistem :
Σ F = ma
120 = (40 + 20) a
a = 120/60 m/s2

b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B
Cara pertama, Tinjau benda A :



Σ F = ma
F − Fkontak = mA a
120 − Fkontak = 40(2)
Fkontak = 120 − 80 = 40 Newton

Cara kedua, Tinjau benda B :



Σ F = ma
Fkontak = mB a
Fkontak = 20(2) = 40 Newton

Soal No. 6
Balok A dan B terletak pada permukaan bidang miring licin didorong oleh gaya F sebesar 480 N seperti terlihat pada gambar berikut!


Tentukan :
a) Percepatan gerak kedua balok
b) Gaya kontak antara balok A dan B

Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok
Tinjau Sistem :
Gaya-gaya pada kedua benda (disatukan A dan B) terlihat pada gambar berikut:


Σ F = ma
F − W sin 37o = ma
480 − (40 + 20)(10)(0,6) = (40 + 20) a
a = 120/60 = 2 m/s2

b) Gaya kontak antara balok A dan B

Cara pertama, tinjau balok A
Gaya-gaya pada balok A terlihat pada gambar berikut :



Σ F = ma
F − WA sin 37o − Fkontak = mA a
480 − (40)(10) (0,6) − Fkontak = (40)(2)
480 − 240 − 80 = Fkontak
Fkontak = 160 Newton

Cara kedua, tinjau benda B



Σ F = ma
Fkontak − WB sin 37o = mB a
Fkontak − (20)(10)(0,6) =(20)(2)
Fkontak = 40 + 120 = 160 Newton

Soal No. 7



Balok A beratnya 100 N diikat dengan tali mendatar di C (lihat gambar). Balok B beratnya 500 N. Koefisien gesekan antara A dan B = 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai = 0,5. Besarnya gaya F minimal untuk menggeser balok B adalah....newton
A. 950
B. 750
C. 600
D. 320
E. 100
(Sumber Soal : UMPTN 1993)

Pembahasan
fAB → gaya gesek antara balok A dan B
fBL → gaya gesek antara balok B dan lantai

fAB = μAB N
fAB = (0,2)(100) = 20 N

fBL = μBL N
fBL = (0,5)(100 + 500) = 300 N

Tinjau benda B



Σ Fx = 0
F − fAB − fBL = 0
F − 20 − 300 = 0
F = 320 Newton

Soal No. 8
Benda pertama dengan massa m1 = 6 kg dan benda kedua dengan massa m2 = 4 kg dihubungkan dengan katrol licin terlihat pada gambar berikut !



Jika lantai licin dan m2 ditarik gaya ke kanan F = 42 Newton, tentukan :
a) Percepatan benda pertama
b) Percepatan benda kedua
c) Tegangan tali T

Pembahasan
a) Percepatan benda pertama
Hubungan antara percepatan benda pertama (a1) dan percepatan benda kedua (a2) adalah:
a1 = 2a2
atau
a2 = 1/2a1

Tinjau m2



F − 2T = m2a2
42 − 2T = 4a2
42 − 2T = 4(1/2)a1
42 − 2T = 2a1 (Pers. 1)

Tinjau m1



T = m1a1
T = 6 a1 (Pers. 2)

Gabung Pers. 1 dan Pers. 2
42 − 2T = 2a1
42 − 2(6a1) = 2a1
42 = 14 a1
a1 = 42/14 = 3 m/s2

b) Percepatan benda kedua
a2 = 1/2a1
a2 = 1/2(3) = 1,5 m/s2

c) Tegangan tali T
T = 6a1 = 6(3) = 18 Newton

Soal No. 9
Massa A = 4 kg, massa B = 6 kg dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F = 40 N ke kanan dengan sudut 37oterhadap arah horizontal!



Jika koefisien gesekan kinetis kedua massa dengan lantai adalah 0,1 tentukan:
a) Percepatan gerak kedua massa
b) Tegangan tali penghubung antara kedua massa

Pembahasan
Tinjauan massa B :



Nilai gaya normal N :
Σ Fy = 0
N + F sin 37o = W
N + (40)(0,6) = (6)(10)
N = 60 − 24 = 36 N

Besar gaya gesek :
fgesB = μk N
fgesB = (0,1)(36) = 3,6 N

Hukum Newton II:
Σ Fx = ma
F cos 37o − fgesB − T = ma
(40)(0,8) − 3,6 − T = 6 a
28,4 − T = 6 a → (persamaan 1)

Tinjauan gaya-gaya pada massa A



Σ Fx = ma
T − fgesA = ma
T − μk N = ma
T − μk mg = ma
T − (0,1)(4)(10) = 4 a
T = 4a + 4 → Persamaan 2

Gabung 1 dan 2
28,4 − T = 6 a
28,4 − ( 4a + 4) = 6 a
24,4 = 10a
a = 2,44 m/s2

b) Tegangan tali penghubung antara kedua massa
T = 4a + 4
T = 4(2,44) + 4
T = 13,76 Newton

Soal No. 10
Diberikan gambar sebagai berikut!



Jika massa katrol diabaikan, tentukan:
a) Percepatan gerak kedua benda
b) Tegangan tali penghubung kedua benda

Pembahasan
Tinjau A



Σ Fx = ma
T − WA sin 37o = mA a
T − (5)(10)(0,6) = 5 a
T − 30 = 5a → (Persamaan 1)

Tinjau B



Σ Fx = ma
WB sin 53o − T = mB a
(10)(0,8) − T = 10 a 
(10)(10)(0,8) − T = 10 a
80 − T = 10a
T = 80 − 10 a → (Persamaan 2)

Gabung 1 dan 2
T − 30 = 5a
(80 − 10 a) − 30 = 5 a
15 a = 50
a = 50/15 = 10/3 m/s2

b) Tegangan tali penghubung kedua benda
T − 30 = 5a
T − 30 = 5( 10/3)
T = 46,67 Newton

Soal No. 11
Diberikan gambar sebagai berikut:



Massa balok A = 6 kg, massa balok B = 4 kg. Koefisien gesekan kinetis antara balok A dengan B adalah 0,1 dan koefisien gesekan antara balok A dengan lantai adalah 0,2. Tentukan besar gaya F agar balok A bergerak lurus beraturan ke arah kanan, abaikan massa katrol!

Pembahasan
Tinjau B



Benda bergerak lurus beraturan → a =0
Σ Fx = 0
T − fBA =0
T = fBA = μBA N = μBA mg= (0,1)(4)(10) = 4 N

Tinjau A



Σ Fx = 0
F − T − fAB − fAL = 0
dengan fAL = μAL N = (0,2)(10)(10) = 20 N
(Gaya normal pada A adalah jumlah berat A ditambah berat B, karena ditumpuk)
Sehingga :
F − 4 − 4 − 20 = 0
F = 28 Newton

Soal No. 12
Sebuah elevator bermassa 400 kg bergerak vertikal ke atas dari keadaan diam dengan percepatan tetap 2 m/s2. Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s2 , maka tegangan tali penarik elevator adalah....
A. 400 newton
B. 800 newton
C. 3120 newton
D. 3920 newton
E. 4720 newton
(Sumber Soal : Proyek Perintis I 1981)

Pembahasan



Σ Fy = ma
T − W = ma
T − (400)(9,8) =(400)(2)
T = 800 + 3920 = 4720 Newton

Soal No. 13
Dari soal nomor 12, tentukan tegangan tali penarik elevator jika gerakan elevator adalah ke bawah!

Pembahasan
Elevator bergerak ke bawah :
Σ Fy = ma
W − T = ma
(400)(9,8) − T = (400)(2)
T = 3920 − 800 = 3120 Newton

Soal No. 14
Perhatikan susunan dua buah benda berikut ini:



Koefisien gesekan kinetis antara massa pertama dengan lantai adalah 0,1 , massa benda pertama = 4 kg dan massa benda kedua 6 kg. Tentukan :
a) Percepatan gerak benda pertama
b) Percepatan gerak benda kedua

Pembahasan
a) Percepatan gerak benda pertama
Hubungan percepatan benda pertama dan benda kedua adalah :
a1 =2a2
atau
a2 = 1/2a1

Tinjau benda pertama



Σ Fx = m1a1
T − f = 4 a1
T − μk N = 4a1
T − (0,1)(4)(10) = 4 a1
T = 4a1 + 4 → Persamaan 1

Tinjau benda kedua



Σ Fy = m2a2
W − 2T = (6)(1/2 a1)
60 − 2T = 3a1 → Persamaan 2

Gabung Persamaan 2 dan Persamaan 1
60 − 2T = 3 a1
60 − 2(4a1 + 4) = 3a1
60 − 8a1 − 8 = 3a1
52 = 11a1
a1 = 52/11 m/s2

b) Percepatan gerak benda kedua
a2 = 1/2 a1
a2 = 1/2 ( 52/11 ) = 26/11 m/s2

Soal No. 15
Balok m bermassa 10 kg menempel pada dinding kasar dengan koefisien gesekan kinetis 0,1. Balok mendapat gaya horizontal F2 = 50 N dan gaya vertikal F1 .



Tentukan besar gaya vertikal F1 agar balok bergerak vertikal ke atas dengan percepatan 2 m/s2 !

Pembahasan
Tinjauan gaya yang bekerja pada m :



Σ Fx = 0
N − F2 = 0
N − 50 = 0
N = 50 Newton

Σ Fy = ma
F1 − W − f = ma
F1 − mg − μk N = ma
F1 − (10)(10) − (0,1)(50) = 10(2)
F1 = 20 + 100 + 5 = 125 Newton

Soal Latihan

Soal Latihan No.1 
Benda bermassa 4 kg diberi kecepatan awal 10 m/s dari ujung bawah bidang miring seperti gambar.



Benda mengalami gaya gesek dari bidang sebesar 16 N dan sinα =0,85. Benda berhenti setelah menempuh jarak
(A) 3 m
(B) 4 m
(C) 5 m
(D) 6 m
(E) 8 m
(Sumber Soal : UM UGM 2009)

Soal Latihan No. 2
Lima buah benda (sebutlah balok), masing-masing bermassa 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg dan 6 kg, dihubungkan dengan tali-tali tanpa massa (halus), lalu ditarik mendatar di atas lantai dengan gaya sebesar 40 N seperti gambar di bawah.



Koefisien gesek antara masing-masing benda dan lantai 0,1, percepatan gravitasi 10 m/s2. Tentukan besar tegangan tali penghubung benda :
a) 2 kg dan 3 kg
b) 4 kg dan 5 kg
(Sumber gambar : UM UGM 2008) 

Src : FSC

Eo : Ahmad Zaman Huri

Continue lendo