SANGAT RAHASIA 1 HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 3 poin 3 poin SOAL DAN PEMBAHASAN URAIAN SEMIFINAL LIGA FISIKA TINGKAT SMP/MTS SEDERAJAT PEKAN ILMIAH FISIKA UNY XIX [2016] 1. (6 poin) Sebuah mobil mula-mula mempunyai kecepatan 0 . Karena direm maka kecepatannya menjadi 1 4 0 dan jarak yang ditempuh sejauh . Bila perlambatan dianggap konstan maka tentukan jarak yang ditempuh mobil dari awal hingga berhenti. Pembahasan: Dari kecepatan 0 menjadi 1 4 0 2 = 0 2 + 2 ( 1 4 0 ) 2 = 0 2 + 2 1 16 0 2 − 0 2 = 2 − 15 16 0 2 = 2 =− 15 16 ( 0 2 2 ) Berhenti berarti =0, maka jarak yang ditempuh dari awal hingga berhenti adalah 2 = 0 2 + 2 0= 0 2 + 2 [− 15 16 ( 0 2 2 )] [ 15 16 ( 0 2 )] = 0 2 = 16 15 2. (4 poin) Sebuah benda dilempar ke atas dengan kecepatan awal 0 . Tentukan waktu yang diperlukan untuk mencapai titik tertinggi dan juga tinggi maksimum benda.
15
Embed
SOAL DAN PEMBAHASAN URAIAN SEMIFINAL LIGA …himafiuny.org/wp-content/uploads/2017/07/SOAL-DAN-PEMBAHASAN... · Tentukan waktu yang ... meluncur pada bidang datar dan berhenti di
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
SANGAT RAHASIA 1
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
3 poin
POIN
3 poin
POIN
SOAL DAN PEMBAHASAN URAIAN SEMIFINAL
LIGA FISIKA TINGKAT SMP/MTS SEDERAJAT
PEKAN ILMIAH FISIKA UNY XIX [2016]
1. (6 poin) Sebuah mobil mula-mula mempunyai kecepatan 𝑣0. Karena direm maka
kecepatannya menjadi 1
4𝑣0 dan jarak yang ditempuh sejauh 𝑥. Bila perlambatan dianggap
konstan maka tentukan jarak yang ditempuh mobil dari awal hingga berhenti.
Pembahasan:
Dari kecepatan 𝑣0 menjadi 1
4𝑣0
𝑣2 = 𝑣02 + 2𝑎𝑥
(1
4𝑣0)
2
= 𝑣02 + 2𝑎𝑥
1
16𝑣0
2 − 𝑣02 = 2𝑎𝑥
−15
16𝑣0
2 = 2𝑎𝑥
𝑎 = −15
16(
𝑣02
2𝑥)
Berhenti berarti 𝑣 = 0, maka jarak yang ditempuh dari awal hingga berhenti adalah
𝑣2 = 𝑣02 + 2𝑎𝑆
0 = 𝑣02 + 2 [−
15
16(
𝑣02
2𝑥)] 𝑆
[15
16(
𝑣02
𝑥)] 𝑆 = 𝑣0
2
𝑆 =16
15𝑥
2. (4 poin) Sebuah benda dilempar ke atas dengan kecepatan awal 𝑣0. Tentukan waktu yang
diperlukan untuk mencapai titik tertinggi dan juga tinggi maksimum benda.
SANGAT RAHASIA 2
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2 poin
POIN
2 poin
POIN
3 poin
POIN
1 poin
POIN
Pembahasan:
Di titik tertinggi 𝑣 = 0
𝑣 = 𝑣0 − 𝑔𝑡
0 = 𝑣0 − 𝑔𝑡 ↔ 𝑡 =𝑣0
𝑔
Tinggi maksimum yang dicapai
ℎ𝑚𝑎𝑥 = 𝑣0𝑡 −1
2𝑔𝑡2
ℎ𝑚𝑎𝑥 = 𝑣0 (𝑣0
𝑔) −
1
2𝑔 (
𝑣0
𝑔)
2
=𝑣0
2
𝑔−
1
2
𝑣02
𝑔=
𝑣02
2𝑔
3. (4 poin) Sebuah bola dilempar vertikal ke atas puncak gedung setinggi ℎ0. Bola itu
mencapai tanh dengan laju 𝑣. Tentukan laju awal bola tersebut.
Pembahasan:
Bola dilempar ke atas dari puncak gedung yang tingginya ℎ0
𝑣2 = 𝑣02 − 2𝑔(ℎ − ℎ0)
Bola sampai di tanah berarti ℎ = 0
𝑣2 = 𝑣02 + 2𝑔(ℎ − ℎ0)
𝑣2 = 𝑣02 + 2𝑔ℎ0
𝑣2 − 2𝑔ℎ0 = 𝑣02
𝑣0 = √𝑣2 − 2𝑔ℎ0
4. (6 poin) Sebuah balok bermassa 2
kg mula-mula diam dan
dilepaskan dari puncak bidang
lengkung yang berbentuk
seperempat lingkaran dengan
jejari R. Kemudian balok
meluncur pada bidang datar dan berhenti di B yang berjarak 3 m dari titik awal bidang
datar A. Besar gaya gesek antara balok dan bidang datar sebesar 8 N. Tentukan besar R!
SANGAT RAHASIA 3
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
3 poin
POIN
3 poin
POIN
Pembahasan:
Lintasan CA licin sehingga berlaku
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
𝐸𝑝𝐶 + 𝐸𝑘𝐶 = 𝐸𝑝𝐴 + 𝐸𝑘𝐴
𝑚𝑔𝑅 = (2 kg)(10 m s2)⁄ 𝑅 = 20𝑅
Jika diambil hA = 0, maka hC = R, sehingga
𝑚𝑔ℎ𝐶 + 1
2𝑚𝑣𝐶
2 = 𝑚𝑔ℎ𝐴 + 𝐸𝑘𝐴
𝑚𝑔𝑅 + 0 = 0 + 𝐸𝑘𝐴
𝐸𝑘𝐴 = 𝑚𝑔𝑅 = 20𝑅
Pada lintasan AB bekerja gaya gesekan f = 8 N yang termasuk gaya tak konservatif
sehingga kita tidak dapat menggunakan hukum kekekalan energi mekanik. Sebagai
gantinya, kita gunakan teorema usaha-energi, yaitu usaha oleh gaya resultan (di sini
adalah gaya gesekan) sama dengan perubahan energi kinetik.
Jadi,
𝑊𝑓 = ∆𝐸𝑘 = 𝐸𝑘𝐵 − 𝐸𝑘𝐴
−𝑓(𝐴𝐵) = 1
2𝑚𝑣𝐵
2 − 20𝑅
−(8 N)(3 m) = 0 − 20𝑅
𝑅 = 24
20= 1,2 m
5. (10 poin) Sebuah benda yang massaya 10 kg terletak di atas lantai licin dan datar.
Kemudian benda dipengaruhi oleh gaya mendatar ke kanan sebesar 200 N dan ke kiri
sebesar 100 N. Setelah bergerak 10 detik gaya ke kanan dihilangkan. Pada jarak berapa
benda akan membalik … .
Pembahasan:
Keadaan I: gerak benda dari awal sampai gaya F1 dihilangkan (misalkan A sampai B)
SANGAT RAHASIA 4
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2 poin
POIN
2 poin
POIN
2 poin
POIN
1 poin
POIN
∑ 𝐹 = 𝐹1 + 𝐹2 = 200 − 100 N
∑ 𝐹 = 𝑚 × 𝑎
100 = 10 × 𝑎 ↔ 𝑎 = 10 m/s2
𝑣𝐵 = 𝑣𝐴 + 𝑎𝑡 (t merupakan waktu kedua gaya masih bekerja)
𝑣𝐵 = 0 + 10(10) = 100 m/s
𝑆𝐵 = 𝑆𝐴 + 𝑣𝐴𝑡 +1
2𝑎𝑡2
𝑆𝐵 = 0 + 0 +1
2(10)52
𝑆𝐵 = 125 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟
Keadaan II: Stelah F2 dihilangkan (misalkan dari B ke C)
𝑣0 = 𝑣𝐵 = 100 m/s
𝑆0 = 𝑆𝐵 = 125 m
𝑣 = 0 (benda akan berbalik akan diam sesaat kemudian baru membalik)
𝐹 = 𝐹2 = −100 N (berlawanan dengan F1)
𝐹 = 𝑚𝑎
−100 = 10𝑎 ↔ 𝑎 = −10 m/s2
𝑣 = 𝑣0 + 𝑎𝑡
0 = 100 + (−10)𝑡
10𝑡 = 100
𝑡 = 10 sekon
𝑆𝐶 = 𝑆𝐵 + 𝑣𝐵𝑡 +1
2𝑎𝑡2
SANGAT RAHASIA 5
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
3 poin
POIN
2 poin
POIN
𝑆𝐶 = 125 + 100(5) +1
2(−10)52
𝑆𝐶 = 125 + 500 − 125 = 500 m
Saat benda berjarak 500 meter akan berbalik
6. (4 poin) Perhatikan grafik v-t berikut!
Berdasarkan grafik tersebut, berapa besar jarak yang telah ditempuh?
Pembahasan:
Jarak adalah v t, sehingga berdasarkan grafik, jarak adalah luas wilayah grafik tersebut:
Luas 1 = ½ (4 + 6) × 2
= 10
Luas 2 = (2 × 2) − ¼ π 22
= 0,86
SANGAT RAHASIA 6
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
1 poin
POIN
1 poin
POIN
3 poin
POIN
Luas 3 = 3 × 4
= 12
Luas 4 = ½ (4 × 4)
= 8
Ʃ Luas = Luas 1 + Luas 2 + Luas 3 + Luas 4
= 10 + 0,86 + 12 + 8
= 30,86
Jadi, jarak yang telah ditempuh sejauh 30,86 m.
7. (7 poin) Di atas meja licin, sebuah balok bermassa 1,0 kg diikatkan pada ujung sebuah
pegas mendatar, dengan tetapan gaya k = 400 N/m. Pegas ditekan ke posisi x = -5 cm dan
dibebaskan sehingga bergerak bolak-balik. Tentukan kelajuan balok pada posisi x = +3
cm!
Pembahasan:
Hukum kekekalan energi mekanik pada pegas:
𝐸𝑝1 + 𝐸𝑘1 = 𝐸𝑝2 + 𝐸𝑘2
1
2𝑘𝑥1
2 + 1
2𝑚𝑣1
2 =1
2𝑘𝑥2
2 + 1
2𝑚𝑣2
2
𝑘(𝑥12 − 𝑥2
2) = 𝑚(𝑣22 − 𝑣1
2)
400N
m[(−5 x 10−2 m)2 − (3 x 10−2 m)2] = 1,0 kg (𝑣2 − 0)
𝑣2 = 400N
m(16 x 10−4 m2)
𝑣 = √0,64 m2
s2⁄
SANGAT RAHASIA 7
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
4 poin
POIN
3 poin
POIN
2 poin
POIN
𝑣 = 0,8 m𝑠⁄
8. (5 poin) Sebuah benda dijatuhkan dengan kecepatan 4 m/s dari ketinggian 10 m terhadap
permukaan tanah. Jika massa benda itu 4 kg, tentukan besar energi kinetik benda saat
menyentuh tanah.
Pembahasan:
𝐸𝑀1 = 𝐸𝑀2
𝐸𝑃1 + 𝐸𝐾1 = 𝐸𝑃2 + 𝐸𝐾2
𝑚𝑔ℎ1 +1
2𝑚𝑣1
2 = 𝑚𝑔ℎ2 +1
2𝑚𝑣2
2
4(10)10 +1
2(4)(4)2 = 4(10)(0) +
1
2(4)𝑣2
2
400 + 32 = 2𝑣22
2𝑣22 = 432
𝑣22 = 216 m/s
Energi kinetik benda pada saat menyentuh tanah
𝐸𝐾2 =1
2𝑚𝑣2
2
𝐸𝐾2 =1
2(4)216
𝐸𝐾2 = 432
9. (3 poin) Basuki dengan massa 65 kg berlari menaiki sebuah tangga yang terdiri atas 8
langkah. Jika waktu yang diperlukan Basuki 3 sekon, tentukan daya yang diperlukan
Basuki.
SANGAT RAHASIA 8
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2 poin
POIN 1 poin
POIN
1 poin
POIN
2 poin
POIN
2 poin
POIN
2 poin
POIN
Pembahasan:
ℎ = 8 × 20 cm = 160 cm = 1,6 m
𝑃 =𝑊
𝑡=
𝐹∆𝑥
𝑡=
𝑚𝑔ℎ
𝑡
𝑃 =(65)(10)(1,6)
3= 346,7 watt
10. (7 poin) Es bermassa 300 gram bersuhu −10 dipanasi hingga melebur menjadi air
dengan suhu 10. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gram, kalor jenis air 1,0 kal/gram, dan
kalor lebur es adalah 80 kal/gram. Tentukan kalor yang diperlukan untuk proses tersebut !
Pembahasan:
m = 300 gram
cair = 1,0 kal/gramᵒC
ces = 0,5 kal/gramᵒC
Les = 80 kal/gram
Proses 1 (menaikkan suhu es)
Q1 = m × ces × ∆T1
Q1 = 300 × 0,5 × 10
Q1 = 1500 kalori
Proses 2 (meleburkan seluruh es )
Q2 = m × Les
Q2 = 300 × 80
Q2 = 24000 kalori
Proses 3 (menaikkan suhu air )
Q3 = m × cair × ∆T2
Q3 = 300 × 1,0 × 10
Q3 = 3000 kalori
Kalor yang dibutuhkan untuk proses tersebut :
Q = Q1 + Q2 +Q3
Q = 1500 + 24000 + 3000
Q = 28500 kalori
SANGAT RAHASIA 9
HIMPUNANAN MAHASISWA FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2 poin
POIN
2 poin
POIN
3 poin
POIN
11. (4 poin) Derajat skala Fahrenheit dan Reamur akan menunjukkan skala yang sama pada
suhu … .
Pembahasan:
Karena akan menunjuk pada suhu yang sama maka = °R = °X
− 32
9=
°R
4
°X − 32
9=
°X
4
4°X − 128° = 9°X
−5°X = 128°
°X = −25,6°
12. (5 poin) Dalam secangkir air bermassa 300 gram bersuhu 60 ᵒC dimasukkan sepotong es
bermassa 200 gram bersuhu 0 ᵒC. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gramᵒC, kalor jenis air 1,0
kal/gramᵒC, kalor lebur es adalah 80 kal/gram dan cangkir dianggap tidak menyerap
kalor. Tentukan suhu akhir campuran antara es dan air tersebut!