Soal dan Pembahasan UN Fisika 2016 : Mekanika (Bagian-1)

Soal 1:

Rute perjalanan sebuah robot track line adalah sebagai berikut:
    • 9 m menuju timur
    • 15 m membentuk sudut 53o dari timur ke utara
    • 9 m menuju barat
    Perpindahan robot track line adalah ....

    Jawab:

    Sketsa vektor perpindahan robot ditunjukkan dalam gambar berikut: (Ingat bahwa perpindahan adalah besaran vektor)


    Vektor perpindahan di atas adalah panah merah. Dari gambar di atas, dapatkah Anda menebak bahwa perpindahan robot track line adalah 15 meter?

    Untuk membuktikannya kita bisa menjumlahkan vektor-vektor perpindahan tersebut (baca materi tentang penjumlahan vektor secara analitik).

    Terlebih dahulu kita uraikan vektor yang panjangnya 15 m (misalkan vektor ini kita simbol S2) ke dalam komponen-komponen sumbu-x dan sumbu-y.

    Sumbu-x : S2x = 15 cos 53o = 15 (0,6) = 9 m

    Sumbu-y : S2y = 15 sin 53o = 15 (0,8) = 12 m

    Jumlah vektor perpindahan dalam arah sumbu-x :

    Sx = S1x + S2x + S3x = 9 + 9 + (-9) = 9 meter

    Jumlah vektor perpindahan dalam arah sumbu-y :

    Sy = S1y + S2y +S3y = 0 + 12 + 0 = 12 meter

    Sekarang kita hitung panjang vektor dengan menggunakan rumus segitiga siku-siku:



    Diperoleh hasil yang sama dengan tebakan kita. Jadi, perpindahan robot track line adalah 15 meter.



    Soal 2 :


    Perhatikan gambar berikut.


    Jarak total yang ditempuh benda adalah ....

    Jawab :

    Pada sebuah grafik v terhadap t, jarak adalah luas di bawah kurva yang yang dibatasi oleh grafik. Berdasarkan gambar berikut, kita dapat menghitung jarak total yang ditempuh benda dengan menjumlahkan luas-luas bidang dalam gambar.


    L = A1 + A2 + A3 + A4

    A1 = 5 x 4 = 20, A2 = ½ (2)(5) = 5, A3 = ½ (2)(5) = 5, dan A4 = 5 x 2 = 10

    Sehingga diperoleh L = 20 + 5 + 5 + 10 = 40 m.


    Soal 3 :

    Sebuah bola dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan 10 m/s, satu detik kemudian bola kedua dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan 25 m/s. Tinggi yang dicapai bola kedua saat bertemu dengan bola pertama adalah ... ( g = 10 m/s2)

    Jawab :


    Misalkan bola 1 dilempar saat t sekon, maka bola 2 dilempar saat (t – 1) sekon.

    Karena gerak bola ini adalah jenis GLBB, maka persamaan yang digunakan adalah persamaan GLBB (pelajari materi tentang GLBB). Posisi bola setiap saat diberikan oleh persamaan :


    Untuk bola 1 :


    Untuk bola 2 :


    Bola 1 dan bola 2 bertemu, berarti y1 = y2, sehingga


    Dengan menyelesaikannya untuk t, maka diperoleh t = 1,2 sekon. Jika kita masukkan nilai t ini ke dalam persamaan ketinggian untuk bola 1, akan diperoleh nilai ketinggian dimana kedua bola bertemu.


    Jadi, kedua bola akan bertemu pada ketinggian 4,8 meter.



    Soal 4:


    Tiga buah roda dihubungkan seperti pada gambar di bawah.


    Roda A dan roda B seporos, sedangkan roda B dan roda C dihubungkan dengan sabuk. Jika RA = 2 cm, RB = 4 cm dan RC = 20 cm maka perbandingan kecepatan sudut roda B dan C adalah ...


    Jawab :

    Kecepatan sudut dinyatakan dengan persamaan


    Untuk roda B, sedangkan untuk roda C,

    Perbandingan kecepatan sudut roda B dan roda C adalah


    Karena roda B dan roda C dihubungkan dengan sebuah sabuk, maka kecepatan linier bola B (vB) sama dengan kecepatan linier bola (vC), atau sehingga


    Jadi, perbandingan kecepatan sudut roda B dan C adalah 5 : 1.



    Soal 5:

    Perhatikan gambar di bawah ini!

    Dalam sebuah permainan golf, bola yang massanya 0,2 kg (g = 10 m/s2) akan dimasukkan ke dalam lubang C seperti tampak pada gambar. Pemukul menyentuh bola dalam waktu 0,01 sekon dan lintasan B – C ditempuh dalam waktu satu sekon. Gaya yang diperlukan pemain golf untuk memukul bola supaya tepat masuk ke dalam lubang C adalah ...

    Jawab:
    Soal ini menggabungkan pemahaman kita tentang konsep impuls dan gerak parabola. Ketika bola golf dipukul, bekerja gaya pada bola tersebut dalam selang waktu yang sangat singkat, dalam soal diberikan sebesar 0,01 sekon. Gaya yang bekerja pada sebuah benda dalam waktu yang sangat singkat disebut dengan impuls.

    Menurut definisi,


    dengan I adalah impuls. Impuls juga sama dengan perubahan momentum benda yang dikenai impuls, atau


    Karena bola golf mula-mula dalam keadaan diam, maka vawal = 0 sehingga


    Dari persamaan di atas, satu-satunya besaran yang belum diketahui agar dapat menghitung F adalah v, yaitu kecepatan bola golf setelah dipukul dengan stik.

    Bagaimana menentukan kecepatan tersebut?

    Jika kita mengingat karakteristik lintasan gerak parabola yang simetris (baca materi gerak parabola, dan lihat poin ketiga tentang sifat-sifat gerak parabola bahwa besar kecepatan awal benda yang bergerak parabola akan sama dengan besar kecepatannya saat bergerak turun pada ketinggian yang sama), maka kita dapat menentukan kecepatan tersebut dengan meninjau bola pada titik B.

    Kecepatan di titik B dapat ditentukan dengan meninjau gambar berikut.


    Jarak horizontal A ke B diketahui, yaitu 5 m, dan waktu untuk menempuh B ke C diberikan dalam soal, yaitu 1 detik, dengan demikian kita bisa menghitung besar kecepatan dengan menggunakan persamaan dasar


    Dalam gambar di atas, , sehingga


    Jadi kecepatan v di titik B adalah 10 m/s. Kecepatan ini sama dengan kecepatan bola golf mula-mula.
    Dengan demikian, sekarang kita dapat menghitung dengan mudah gaya yang diberikan pada bola golf, yaitu


    Jadi, gaya yang diperlukan adalah sebesar 200 N.





    Soal dan Pembahasan UN Fisika 2016 : Mekanika (Bagian-1) Soal dan Pembahasan UN Fisika 2016 : Mekanika (Bagian-1) Reviewed by Aska Gifari on Jumat, Februari 10, 2017 Rating: 5

    Tidak ada komentar:

    Diberdayakan oleh Blogger.