Penerapan Hukum Newton pada Katrol dan 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