10 Soal Kesetimbangan Benda Tegar untuk Persiapan Ujian Sekolah
·waktu baca 6 menit
Tulisan dari Berita Update tidak mewakili pandangan dari redaksi kumparan
PerbesarLatihan soal kesetimbangan benda tegar sangat diperlukan agar siswa lebih mudah memahami konsep ini sekaligus siap menghadapi ujian sekolah.
Kesetimbangan benda tegar merupakan salah satu materi penting dalam pelajaran fisika yang dipelajari di jenjang sekolah menengah. Konsep ini membahas bagaimana suatu benda tetap berada dalam keadaan seimbang meskipun dipengaruhi oleh gaya atau momen.
Contoh Soal Kesetimbangan Benda Tegar
Latihan soal kesetimbangan benda tegar membantu siswa melatih logika dalam memahami hubungan antara gaya, momen, serta titik tumpu.
Kesetimbangan benda tegar adalah kondisi ketika suatu benda padat (batang, papan, balok, dsb) berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan tanpa berotasi.
Berikut adalah contoh soal berdasarkan materi dari buku Cepat Menyelesaikan Soal Fisika SMA, Ahmad Fuad, S.Si.
1. Sebuah papan sepanjang 4 meter diletakkan di atas penyangga tepat di tengahnya. Jika seorang anak dengan massa 40 kg duduk di ujung papan, berapa besar gaya yang bekerja pada penyangga?
Jawaban:
Berat anak = 40 × 10 = 400 N. Karena papan seimbang dan penyangga berada di tengah, maka gaya ke atas pada penyangga adalah 400 N.
2. Sebuah balok ditahan oleh dua tali di ujung kanan dan kirinya. Jika massa balok 20 kg, berapa besar gaya tegang pada masing-masing tali?
Jawaban:
Berat balok = 20 × 10 = 200 N. Karena tali berada di kedua sisi secara simetris, maka gaya pada tiap tali = 200 ÷ 2 = 100 N.
3. Sebuah batang homogen panjang 6 meter dan berat 120 N disangga di salah satu ujungnya. Pada jarak 2 meter dari ujung batang diletakkan beban 60 N. Tentukan reaksi gaya pada penopang.
Jawaban:
Berat batang bekerja di tengah (3 m) dengan gaya 120 N. Momen total = (120 × 3) + (60 × 2) = 360 + 120 = 480 Nm. Reaksi gaya penopang = 180 N.
4. Pada sistem kesetimbangan benda tegar seperti gambar, AB merupakan batang homogen dengan panjang 80 cm, beratnya 18 N. Pada ujung B digantung beban yang beratnya 30 N. Batang ditahan oleh tali BC. Jika jarak AC = 60 cm, tegangan pada tali (dalam newton) adalah…
Pembahasan:
Panjang BC dicari dengan Teorema Pythagoras:
BC = √(AB² + AC²)
= √(0,8² + 0,6²)
= √(0,64 + 0,36)
= √1
= 1 m
Hitung sin θ dan cos θ:
sin θ = AC / BC = 0,6 / 1 = 0,6
cos θ = AB / BC = 0,8 / 1 = 0,8
Ambil momen terhadap titik A:
(Berat batang x jarak titik berat) + (Berat beban x jarak AB) – (Tegangan tali x sin θ x AB) = 0
(18 x 0,4) + (30 x 0,8) – (T x 0,6 x 0,8) = 0
7,2 + 24 – 0,48T = 0
31,2 = 0,48T
Jawaban:
T = 31,2 / 0,48
T = 65 N
5.Sebuah batang homogen panjang 2 m dan berat 40 N ditopang di tengah. Pada ujung kanan digantung beban 20 N. Tentukan besar gaya tumpuan!
Jawaban:
Berat batang 40 N bekerja di tengah = tepat di tumpuan = tidak menghasilkan momen.
Beban 20 N ada di ujung kanan, jaraknya 1 m dari tumpuan.
Total gaya yang ditahan tumpuan = 40 + 20 = 60 N.
6. Anak A dengan berat 300 N duduk 2 m dari titik tumpu. Anak B dengan berat 200 N duduk di sisi lain. Berapa jarak anak B dari titik tumpu agar jungkat-jungkit seimbang?
Jawaban:
Momen anak A = 300 × 2 = 600 Nm
Momen anak B = 200 × d
Agar seimbang:
600 = 200 × d
d = 600 ÷ 200 = 3 m
7. Sebuah tangga homogen panjang 5 m dan berat 100 N disandarkan pada dinding licin. Ujung bawah tangga berada 3 m dari dinding. Hitung gaya tekan dinding pada tangga!
Jawaban: (Berat tangga × jarak mendatar titik berat) = (Gaya dinding × tinggi)
(100 × 1,5) = (F × 4)
150 = 4F
F = 37,5 N
8. Sebuah papan panjang 6 m dan berat 120 N digunakan sebagai jembatan. Papan ditopang di kedua ujungnya. Seorang anak dengan berat 60 N berdiri 2 m dari ujung kiri. Hitung besar gaya tumpuan kiri dan kanan!
Jawaban:
Total gaya = 120 + 60 = 180 N
Misalkan: R1 = tumpuan kiri, R2 = tumpuan kanan
R1 + R2 = 180
Berat papan 120 N di tengah (jarak 3 m)
Berat anak 60 N di jarak 2 m
R2 bekerja pada jarak 6 m
Hitungan:
(120 × 3) + (60 × 2) = R2 × 6
360 + 120 = 6R2
480 = 6R2
R2 = 80 N
Maka R1 = 180 – 80 = 100 N
9. Seorang pekerja mengangkat batang kayu panjang 4 m dan berat 80 N. Ia memegang ujung kiri kayu, sedangkan tangan kanannya menopang kayu pada jarak 1 m dari ujung kiri. Tentukan besar gaya yang bekerja pada tangan kanan!
Jawaban:
Berat kayu = 80 N bekerja di tengah (2 m dari ujung kiri).
Jarak titik berat dari tangan kanan = 1 m (2 – 1).
Jarak tangan kanan ke ujung kiri (titik putar) = 1 m.
80 × 1 = F × 1
F = 80 N
10. Sebuah papan panjang 4 m diletakkan di atas penyangga tepat di tengahnya. Dua anak duduk di atas papan, yang pertama duduk 1 m dari kiri dengan berat 40 N, sedangkan anak kedua duduk 1,5 m dari kanan. Jika papan dianggap ringan, berapa berat anak kedua agar papan tetap seimbang?
Jawaban:
Tumpuan ada di tengah (2 m dari masing-masing ujung).
Momen kiri = 40 × 1 = 40 Nm.
Momen kanan = W × 1,5.
Agar seimbang: 40 = W × 1,5
W = 26,7 N.
Berlatih mengerjakan soal kesetimbangan benda tegar akan memudahkan siswa memahami prinsip keseimbangan momen. Prinsip ini menyatakan bahwa jumlah momen gaya yang bekerja pada suatu titik sama dengan nol agar benda tetap seimbang.
Melalui latihan, siswa juga terbiasa dengan berbagai model soal, baik berupa papan, batang, tuas, maupun benda yang digantung. Hal ini bermanfaat untuk melatih kemampuan berpikir logis sekaligus memperkuat pemahaman konsep Fisika. (Rahma)
Baca juga: 10 Contoh Soal PTS PAI Kelas 4 Semester 1 Kurikulum Merdeka dan Jawabannya