13 Contoh Soal Katrol Tetap, Bergerak, dan Majemuk beserta Jawabannya
Pernahkah kamu merasa kesulitan saat mengangkat ember yang penuh air dari dalam sumur atau kolam? Jika diangkat langsung menggunakan tangan, selain sulit pasti melelahkan.
Untunglah ada katrol yang bisa membantu memudahkan pekerjaan. Terdapat beberapa jenis katrol yang diperuntukkan untuk kebutuhan berbeda.
Pada artikel berikut, Mamikos akan memberikan informasi terkait contoh soal katrol tetap bergerak dan majemuk sebagai bahan latihan. ⚙️🎡
Contoh Soal Katrol Tetap Bergerak dan Majemuk
Katrol merupakan materi yang turut dipelajari pada bab pesawat sederhana. Pada bab tersebut, dibahas juga materi bidang miring dan contoh soal bidang miring.
Perlu kamu ketahui bahwa katrol merupakan alat bantu untuk mengangkat benda yang berat agar kamu tidak terlalu lelah. Biasanya, katrol berbentuk seperti roda kecil bertali. Nantinya tali tersebut yang ditarik untuk membantu mengangkat beban.
Pahami perbedaan katrol tetap, katrol bergerak, dan katrol majemuk agar bisa menerapkan rumusnya secara tepat. Sebab, perbedaan jenis katrol bisa berpengaruh terhadap rumus yang digunakan.
Contoh Soal Katrol Tetap
Bayangkan kamu sedang menimba air dari sumur menggunakan ember. Katrolnya digantung pada bagian atas mulut sumur dan tidak ikut bergerak. Nah, katrol tersebut adalah katrol tetap.
Ciri-ciri katrol tetap adalah posisinya yang selalu diam di tempat dan tidak naik turun. Kamu akan tetap menarik tali dengan gaya yang sama besar seperti berat ember.
Keuntungannya, arah gaya menjadi berubah karena kamu tidak perlu mengangkat ember ke atas, tetapi menarik tali katrolnya ke bawah.
Rumus katrol tetap: F = W
Artinya, gaya yang kamu berikan sama seperti berat beban.
Soal 1
Sebuah katrol tetap dipakai untuk mengangkat beban 45 N. Apabila gaya yang diberikan sebesar 45 N, keuntungan mekanis (KM) katrol tersebut adalah…
A. 0,5
B. 1
C. 2
D. 4
Jawaban: B. 1
Pembahasan:
Katrol tetap tidak mengubah besar gaya, tetapi hanya mengubah arah gaya.
Rumus keuntungan mekanis (KM) = W/F
= 45 / 45
= 1
Artinya, gaya yang diperlukan sama besar dengan berat beban yang diangkat.
Soal 2
Seorang anak yang masih duduk di bangku SD menarik tali katrol tetap sejauh 3 meter. Beban yang terangkat anak tersebut sejauh … meter.
A. 0,5 m
B. 1 m
C. 3 m
D. 4 m
Jawaban: C. 3 m
Pembahasan:
Jarak tali yang ditarik = jarak beban terangkat
Sebab, katrol tetap tidak mengubah besar gaya dan jarak perpindahan, sehingga jawabannya 3 meter juga.
Soal 3
Pada suatu perayaan hari kemerdekaan, sebuah bendera dinaikkan dengan katrol tetap pada tiang yang tingginya 6 m. Apabila talinya ditarik dengan gaya 80 N, berapa besar usaha yang dilakukan pengibar bendera?
A. 240 J
B. 360 J
C. 480 J
D. 560 J
Jawaban: C. 480 J
Pembahasan:
Rumus usaha: W = F x s
= 80 x 6
= 480 J
Soal 4
Seorang petani menggunakan katrol tetap untuk mengangkat pupuk 40 N. Petani tersebut menarik tali ke bawah sejauh 3 meter dalam waktu 5 detik. Berapa daya yang dikeluarkan petani?
A. 10 W
B. 20 W
C. 24 W
D. 30 W
Jawaban: C. 24 W
Pembahasan:
Usaha: W = F x s
= 40 x 3
= 120 J
Daya: P = W/t
= 120/5
= 24 W
Soal 5
Dua orang pekerja bangunan menarik tali katrol tetap dari arah berlawanan, masing-masing dengan gaya 60 N dan 80 N. Apabila beban tidak bergerak, berapa gaya efektif yang bekerja pada beban tersebut?
A. 20 N ke arah penarik 80 N
B. 60 N ke arah penarik 60 N
C. 140 N ke arah penarik 80 N
D. Beban diam karena gaya seimbang
Jawaban: A. 20 N ke arah penarik 80 N
Pembahasan:
Gaya yang lebih besar (80 N) menang terhadap gaya 60 N.
Resultan gaya:
F = 80 – 60
= 20 N
Arah resultan mengikuti gaya yang lebih besar, sehingga 20 N ke arah penarik 80 N
Contoh Soal Katrol Bergerak
Pada katrol bergerak, ibaratnya kamu sedang menarik ember dari dalam sumur, tetapi katrolnya ikut naik bersama embernya. Biasanya, tali pada katrol dikaitkan ke atas, lalu kamu menarik bagian bawah tali.
Ciri-ciri katrol bergerak adalah katrolnya yang berubah posisi karena bergerak naik turun. Gaya yang kamu perlukan lebih kecil daripada berat beban, sehingga embernya terasa lebih ringan walaupun talinya jauh lebih panjang. Kamu pun jadi tidak terlalu lelah.
Rumus katrol bergerak: F = ½ W
Artinya, gaya yang kamu keluarkan besarnya setengah dari berat beban.
Soal 1
Sebuah katrol bergerak digunakan untuk mengangkat beban 40 N. Apabila diketahui sistem katrol ideal (tanpa gesekan), berapa gaya minimum yang harus diberikan agar beban setimbang?
A. 10 N
B. 20 N
C. 40 N
D. 80 N
Jawaban: B. 20 N
Pembahasan:
Katrol bergerak memberikan keuntungan mekanis 2 Gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban:
F = W / 2
= 40 / 2
= 20 N
Soal 2
Sebuah beban 60 N diangkat menggunakan katrol bergerak ideal. Berapakah keuntungan mekanis dan gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut?
A. KM = 1, F = 60 N
B. KM = 2, F = 30 N
C. KM = 3, F = 20 N
D. KM = 4, F = 15 N
Jawaban: B. KM = 2, F = 30 N
Pembahasan:
Katrol bergerak memiliki KM = 2
Gaya yang diperlukan:
F = W / 2
= 60 / 2
= 30 N
Soal 3
Sebuah beban 120 N dinaikkan 2 m oleh tukang bangunan dengan bantuan katrol bergerak ideal. Berapa panjang tali yang harus ditarik tukang bangunan tersebut dan gaya yang harus dikeluarkan?
A. panjang tali 1 m, F = 60 N
B. panjang tali 4 m, F = 60 N
C. panjang tali 4 m, F = 120 N
D. panjang tali 2 m, F = 30 N
Jawaban: B. panjang tali 4 m, F = 60 N
Pembahasan:
Katrol bergerak memiliki keuntungan mekanik (KM) = 2
Hitung gaya yang diperlukan. Karena KM=2 maka
F = W/KM
= 120/2
= 60 N
Panjang tali yang ditarik (s)
KM x jarak naik beban
= 2 x 2
= 4 m
Agar beban naik 2 meter, tukang bangunan harus menarik talinya sepanjang 4 meter.
Soal 4
Seorang pekerja proyek mengangkat beban dengan massa setara 20 kg (g = 10) menggunakan katrol bergerak ideal naik 5 m. Berapa daya rata-ratanya apabila diketahui waktu yang diperlukan adalah 10 s?
A. 100 W
B. 200 W
C. 500 W
D. 1000 W
Jawaban: A. 100 W
Pembahasan:
Berat
W = m x g
= 20 × 10
= 200 N
Perubahan energi
= m x g x h
= 200 × 5
= 1000 J
Dalam sistem yang ideal, usaha gaya = 1000 J.
Daya = 1000 / 10
= 100 W
Soal 5
Sebuah katrol bergerak ideal menahan beban bermassa 30 kg. Tali pada sisi kiri dan kanan katrol mempunyai tegangan sama yaitu T. Apabila sistem tersebut berada dalam kesetimbangan, berapa tegangan setiap tali?
A. 300 N
B. 150 N
C. 200 N
D. 100 N
Jawaban: B. 150 N
Pembahasan:
Pada katrol bergerak ideal, dua gaya tegangan (dua tali) menahan beban:
2T = W = m x g
= 30 × 10
= 300 N
Maka,
T = 300 / 2
= 150 N
Contoh Soal Katrol Majemuk
Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bergerak yang digabung menjadi satu, sehingga semakin kuat dan lebih efisien.
Ciri-ciri katrol majemuk adalah memiliki beberapa roda katrol, membutuhkan gaya yang lebih kecil, apalagi jika katrolnya semakin banyak. Tapi, tali yang perlu ditarik juga lebih panjang.
Rumus katrol majemuk: F = W/n, dengan n merupakan jumlah tali yang menyangga beban.
Soal 1
Suatu sistem katrol majemuk yang terdiri dari 2 katrol tetap dan 2 katrol bergerak mengangkat beban t seberat 200 N. Berapa gaya tarik minimum yang diperlukan?
A. 50 N
B. 100 N
C. 200 N
D. 400 N
Jawaban: A. 50 N
Pembahasan:
Katrol majemuk dengan jumlah 2 katrol tetap dan 2 katrol bergerak memiliki keuntungan mekanik (KM) = 4.
Artinya gaya yang dibutuhkan hanya ¼ dari berat beban.
F = W / KM
= 200 / 4
= 50 N
Soal 2
Sebuah benda 300 N diangkat menggunakan katrol majemuk yang mempunyai 3 tali penahan beban (KM = 3). Apabila beban tersebut kemudian dinaikkan 1,5 meter, berapa panjang tali yang harus ditarik dan berapa gaya yang perlu dikeluarkan?
A. 300 N, 1,5 m
B. 150 N, 3 m
C. 100 N, 4,5 m
D. 75 N, 4,5 m
Jawaban: C. 100 N, 4,5 m
Pembahasan:
Gaya yang diperlukan:
F = W / KM
= 300 / 3
= 100 N
Katrol majemuk juga mempunyai keuntungan berupa jarak, sehingga tali harus ditarik sepanjang KM x h
s = 3 x 1,5
= 4,5 m
Soal 3
Diketahui terdapat sebuah benda bermassa 50 kg yang dihubungkan pada sistem katrol majemuk yang memiliki keuntungan mekanik 4. Salah satu ujung tali ditarik dengan gaya konstan F, sehingga benda dapat naik dengan percepatan a = 1,0 m/s^2. Jika massa tali dan katrol diabaikan, berapa besar F?
A. 100 N
B. 150 N
C. 135, 7 N
D. 137,5 N
Jawaban: D. 137,5 N
Pembahasan:
Pada katrol majemuk ideal, suatu beban mendapatkan gaya ke atas sebanyak n kali tegangan tali. T dianggap sebagai F karena ujung tali ditarik, sehingga persamaan gerak vertikalnya menjadi:
nT – mg = ma
Masukkan data yang sudah diketahui berupa n = 4, m = 50, g = 10, dan a = 1
4F – 50 x 10 = 50 x 1
4 F – 500 = 50
4 F = 550
F = 137,5 N
Penutup
Demikian informasi 13 contoh soal katrol tetap, bergerak dan majemuk beserta jawabannya yang bisa kamu jadikan referensi belajar.
Jangan lupa untuk selalu ingat bahwa katrol tetap hanya mengubah arah gaya, sedangkan katrol bergerak dan katrol majemuk dapat meringankan gaya.
Pelajari materi fisika yang lain seperti jenis pesawat sederhana, bidang miring, dan latihan soal-soal fisika untuk berbagai jenjang. Semoga bermanfaat! 🏋️
Referensi:
Mengenal 3 Jenis Katrol, Rumus, Fungsi & Penerapannya | Fisika Kelas 8 [Daring]. Tautan: https://www.ruangguru.com/blog/ipa-kelas-8-mengetahui-3-jenis-katrol
3 Jenis-Jenis Katrol beserta Pengertian dan Contoh Penerapannya [Daring]. Tautan: https://kumparan.com/ragam-info/3-jenis-jenis-katrol-beserta-pengertian-dan-contoh-penerapannya-21eZAleu5U5/full
2 Contoh Soal Katrol Majemuk dalam Pelajaran IPA [Daring]. Tautan: https://kumparan.com/ragam-info/2-contoh-soal-katrol-majemuk-dalam-pelajaran-ipa-21UYemscrCc/full
Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu: