soal fisika XI semester 1

 

Kinematika gerak

 

  1. Jarum panjang sebuah jam mempunyai panjang 6cm. Tentukan vektor kecepatan rata-rata ujung jarum jam tersebut dalam interval waktu 20 menit dari angka 12 ke angka 4. Nyatakan dalam sistem koordinat dimana sumbu x ke arah angka 3 dan sumbu y ke arah angka 12!

Pembahasan:

            12                    r1= 6j cm

r2= 6 cos 30 i + 6 sin 30 j=(3i+3j) cm

                                    r= r2-r1=i+(3-6)j=(3i+3j) cm

                                    Kecepatan rata-rata:

                        4          === 0,15i+0,15j cm/menit

  1. Kompas pesawat terbang menunjukkan bahwa pesawat bergerak ke utara dari indikator kelajuan menunjukkan bahwa pesawat sedang bergerak dengan kelajuan 240 km/jam. Jika ada angin berhembus dengan kelajuan 100 km/jam dari barat ke timur, berapakah kecepatan pesawat terbang relatif terhadap bumi?

Pembahasan:  p: pesawat       a: angin                       b: bumi
 240 km/jam ke utara   =100 km/jam ke timur                                                        = = 260 km/jam

Arah kecepatan           =          tan= =

                                          = 22,6

  1. Seorang atlet tembak akan menembak sasaran yang berada pada ketinggian yang sama dengan ketinggian senjata di tangannya langsung secara horizontal. Sasaran tersebut berupa lingkaran kecil yang digambar pada sebuah papan. Jarak atlet terhadap sasaran adalah 120 m. Jika kecepatan peluru yang keluardri senjata 300 m/s. Pada jarak berapa di bawah titik sasaran, peluru akan menumbuk papan?(g=10 m/)

y

 

 

0          x

 

 
   

 

 

 

 

X= =  = 0,4 s               y=t-1/2 g = -1/2.10.0, = -0,8 m

(- menandakan di bawah titik)

  1. Seseorang mengendarai mobil menuju sebuah kota A yang berjarak 160 km dengan arah 30 timur laut. Nyatakan vektor perpindahan  dalam notasi vektor satuan dengan menggunakan sistem koordinat x ke timur, dan y ke utara.

Pembahasan:

= r cos 30= ½.160. = 80 km

= r sin 30= ½.160 = 80 km

=(80) km

Soal untuk no 5-9

Dari atap sebuah gedung yang tingginya 16 meter, sebuah bola di lempar pada sudut 30 diatas horizontal dengan kecepatan 21 m/s seperti tampak pada gambar.

Pembahasan awal:    =cos 30=18,2 m/s                     = sin 30=10,5 m/s          =16 m

Y  =                       x = t=18,2 t

=16 +10,5t-4,9

 

 

 

 

  1. Hitung waktu bola itu berada di udara!

Pembahasan: y=0 (lamanya bola di udara sampai bola berada ditanah lagi)

0=16+10,5t-4,9

t= 3,17 s          atau     t=-1,03(tidak memenuhi)t

  1. Berapakah jarak jatuhnya bola dari gedung (R)?

Pembahasan:

X=18,2 t

R=18,2×3,17=57,7 sekon

  1. Tentukan ketinggian maksimum bola diukur dari permukaan tanah!

Pembahasan:

h mak=   =   =5,6 meter

  1. Tentukan sudut yang dibentuk oleh kecepatan bola ketika bola menumbuk tanah!

Tan  =  = = -1,13          48,5

  1. Sebuah partikel B bergerak dengan persamaan percepatan a=2i+4j. Kapan benda bergerak sehingga memiliki besar perpindahan 5 m? (semua dalam satuan SI)

Pembahasan:  v= (2t)i + (4t)j              r=

                        5

                       

= =1,7 s

  1. Sebuah roda gerinda mula-mula dalam keadaan diam, kemudian berotasi dengan percepatan sudut konstan rad/ selama 8s. Selanjutnya roda dihentikan dengan perlambatan konstan dalam 10 putaran. Tentukan:

A)     Perlambatan roda             B) waktu yang diperlukan sebelum roda berhenti

Pembahasan:

A)     Gerak dipercepat 

Gerak diperlambat           + 2          roda berhenti  

                                    0=  

B)                  t= == 3,14s

 

Gaya

 

  1. Bandingkan batas kelajuan maksimum agar mobil dapat melintas dengan aman pada tikungan

berjari-jari 50 m pada saat kering(=0,9) dan pada saat hujan()! (g=9,8 m/)

pembahasan:

 = 21 m/s                        saat kering

    =  = 7 m/s               saat hujan

  1. Sebuah mobil melewati tikungan jalan yang jari-jari kelengkungannya 40 m. Jika sudut kemiringan jalan adalah =30, tentukan kecepatan maksimum mobil yang diperbolehkan untuk kondisi: a) jalan licin karena berair(gesekan diabaikan)

b) jalan kering dengan koefisien gesekan statis 0,3 (g=10 m/)

            pembahasan:

a)       = 15,2 m/s

b)       =  = =20,6 m/s

  1. Dua buah benda A dan B disusun seperti gambar disamping. Bila mA= 2 kg, mB= 1 k, =0,2 dan g=10 m/, tentukan waktu yang diperlukan balok B hingga menyentuh lantai!

F=ma

mB.g-T+T-fA =(mA+mB)a

mB.g-T+T- .g=(mA+mB)a

a=

a==2 m/

s=1/2 a

t=== 5 s

  1. Sebuah satelit penelitian bermassa 200 kg mengorbit bumi denga jari-jari 30.000 km diukur dari pusat bumi. Berapa besar gaya gravitasi bumi yang bekerja pada satelit? Berapa persen gaya itu dibandingkan dengan berat satelit di permukaan bumi? (mB=5,98x)

Pembahasan:

= G = 6,67×1 = 88,64 N

= g =200 = 1960 N

Persentase:      x 100 %= x 100% =4,52%

  1. Sebuah satelit massanya 500 kg mengorbit pada ketinggian 7000 km diatas permukaan bumi. Berapa kecepatan satelit, bila jari-jari bumi adalah 6400 km?

Pembahasan:

=/           =6,4×1= 5,47×1

  1. Dalam atom hidrogen, elektron dan proton terpisah sejauh 5,3x m.

A)     Hitung gaya gravitasi antara 2 partikel ini

B)     Bila kecepatan orbit elektron 2,2x m/s, apakah gaya gravitasi tersebut cukup kuat untuk mempertahankan elektron tetap pada orbitbya?

Pembahasan:

A)      =6,67×1 =3,6 x 1

B)      = 9,1x/5,3= 8,31x

  1. Planet jupiter memiliki jarak orbit ke matahari yang diperkirakan sama dengan empat kali jarak orbit bumi ke matahari. Periode revolusi bumi mengelilingi matahari 1 tahun. Berapakah periode jupiter tersebut mengelilingi matahari?

Pembahasan:

RB        = R TB = 1 th

RJ = 4 R TJ = ?

Berdasarkan hukum III Kepler maka periode planet

dapat ditentukan sebagai berikut.

     TP    = 8 x 1 = 8 tahun

Soal untuk  no 8-9

Sebuah satelit mengorbit bumi dengan orbit berupa lingkaran. Hitung periode orbitnya jika:

  1. Satelit berada tepat di atas permukaan bumi!

Pembahasan:  r= 

=4

=2 = 5,06x

  1. Satelit berada 300 km di atas permukaan bumi!

Pembahasan:  r= 6370+300 = 6670km

=4

=4

== 5,43x s

  1. Dua bola masing-masing bermassa mA=20 kg, mB=45 kg ditempatkan pada jarak 100 cm. Satu bola lain bermassa mC=5 kg diletakkan diantara kedua bola. Jika bola C tidak merasakan gaya gravitasi dari bola A dan B, berapa jarak bola C dari A dan B?

Pembahasan:  mA: 20 kg        mB:45 kg         r:1 m

    

=

=                           

=                                      m

2 = 5x   x=5/2

 

Elastisitas, gerak harmonik sederhana

 

  1. Dalam sebuah buah percobaan di laboratorium fisika, sebuah beban bermassa 16kg digantungkan pada seutas kawat baja yang memiliki diameter 0,1 cm. Berapa persen kawat baja tersebut akan bertambah panjang? (modulus young baja= 20xN/)

Pembahasan:  mg/=16 x 9,8/2o

  1. Hitunglah beban maksimum yang boleh digantungkan pada seutas kawat baja yang luas penampangnya 4 , jika regangan yang terjadi tidak boleh melebihi 0,001. Modulus young baja 2xN/.

Pembahasan: E= =      F= =2 x 1

  1. Ikatan atom-atom dalam suatu material dapat dianggap sebagai pegas. Anggap terdapat 3 buah atom yang berdekatan dan saling berinteraksi. Dua atom yang terluar dianggap diam dan atom yang ditengah bergetar dengan frekuensi  Hz. Hitung konstanta gaya pegas jika masa atom=4x kg!

Pembahasan:

F= Hz         m=4x kg             = 4m

=  +  = k + k = 2k

= 4m =2(3,14(4×1)( =788,77 N/m

  1. Sebuah pegas digantung pada sebuah lift, ujung bawah pegas digantungi beban 40 gram. Jika lift dalam keadaan diam pegas bertambah panjang 8 cm. Pertambahan panjang pegas ketika lift bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/ adalah…

Pembahasan: = 0,096 m

  1. Di dalam sebuah lift tergantung sebuah pegas yang konstantanya 400 N/m. Ujung bawah pegas digantungi beban  massanya 2 kg. Jika lift  turun dengan percepatan 4 m/s2, pegas akan bertambah panjang sejauh …….

            pembahasan:  k = 400 N/m

                                m = 2 kg

                                a = 4 ms-2

        ∆x = F/k                                               ∆x =0,02 m = 2 cm

                                ∆x = m.a/k

                                ∆x = 2.4/400

                                ∆x = 8/400

Soal untuk no 6-7

Dua buah gerak harmonik sederhana memiliki persamaan simpangan yang masing-masing adalah: =2 sin    =2 sin 0,5            (semua satuan dalam SI)

  1. Tentukan persamaan simpangan dari superposisi kedua gerak harmonik tersebut!

Pembahasan: y= y1+y2 = 4A sin  cm

  1. Tentukan simpangan superposisi setelah bergerak 1s

Pembahasan: t= 1s    y=4A sin  cm=4= 2 cm

  1. Sebuah pegas panjangnya 40 cm, jika diberi gaya sebesar 200N, pegas bertambah panjang 8 cm. Kemudian pegas dipotong menjadi dua bagian yang sama, dan keduanya diparalelkan. Berapa besarnya usaha yang dibutuhkan supaya pegas tetap bertambah panjang 8 cm, pada saat dipasang paralel?

.                 pembahasan:               F = 200 N

                                L = 4.10-1 m

                                ∆x = 8.10-2 m

 k = F/∆x                                                               k=k1=k2

                                K = 200 /8.10-2                                                      KP = 25.102 + 25.102 = 50.102 N/m

                                k = 25.102 N/m                  

                                                W = ½ . kp. ∆x2

                                                W = ½ . 50.102. (8.10-2)2

                                                W = 1600.10-2 = 16 N

  1. Dua pegas identik dengan konstanta gaya 400 N/m. Kedua pegas tersebut diparalelkan. Tentukan besar gaya yang dibutuhkan untuk menarik pegas sehingga bertambah panjang 5 cm!

Pembahasan:  k1=k2=400 N/m (pararel)

            ∆x = 5cm = 5.10-2 m

            k=k1+k2

            k=400+400

            k = 800 N/m

            F = k. ∆x                                F = 800. 5.10-2

            F = 40 N

  1. sebuah peluru bermasa 10 g ditembakan dalam suatu balok yang digantung dan masanya 1,49 kg hingga balok bergerak naik. Balok berayun hingga ketinggian 45 cm dan peluru bersarang di dalamnya. Jika g= 10 m/, berapa laju peluru saat ditembakkan?

Pembahasan:

mPvP=(mB+mP)v’

vP=450 m/s

 

Usaha dan energi

 

  1. Seorang petugas PLN bermassa 65 kg sedang menaiki tangga untuk memperbaiki jaringan listrik pada sebuah tiang listrik. Jika tangga terdiri dari 30 anak tangga dan panjang setiap anak tangga adalah 30 cm, berapakah usaha yang telah dilakukannya?

Pembahasan: W=Fs = mgs     s=w/mg =12000/(20×9,8)=61,2 m

  1. Sebuah mobil bergerak menempuh jalanan mendaki dan menurun seperti tampak pada gambar. Bila massa mobil dan penumpangnya adalah 1000 kg, tentukan energi potensial mobil ketika berada di B dan di C, bila ketinggian titik A sebagai bidang acuan (=0)

Pembahasan:

E=mg=100.9,8.10=9,8x

E=mg=-100.9,8.10=-1,47x

 

  1. Sebuah bola dilemparkan dari sebuah gedung yang tingginya 15 m. Kecepatan awal bola ketika dilempar sama dengan 15 m/s dengan arah 30 diatas garis horizontal. Berapakah kelajuan bola sesaat sebelum menumbuk tanah?(g=10 m/)

Pembahasan:

                        ½ x 15+10 x15 =           v=22,1 m/s

  1. Sebuah mesin penggerak digunakan untuk mengangkat sebuah benda bermasa 100 kg dengan kelajuan konstan 10 cm/s. Berapa daya yang dimiliki oleh mesin tersebut dinyatakan dalam watt?                       

Pembahasan:  P= Fv

                                       =mg

                           =100.9,8.0,1 =98 W

Soal untuk no 5-6

Dua buah alat penyedot debu memiliki daya masing-masing 1hp dan 0,5 hp.

  1. Berapa usaha yang dilakukan masing-masing alat ini dalam waktu 3 menit dinyatakan dalam joule?

Pembahasan: W1= Pt =746 . 180 = 1,34 x

                        W2= Pt =373 .180 =0,67 x

  1. Jika untuk menyedot debu dalam suatu ruangan kedua alat ini melakukan usaha 97 kJ. Berapa lama waktu yang diperlukan oleh masing-masing alat ini untuk menyelesaikan pekerjaan tersebut?

Pembahasan: t1 = W/t =97000/746 = 130 s

                        T2 = W/t =97000/373 =260 s

  1. Sebuah mesin yang effisiensinya 80% memiliki daya masukan 600 W. Berapa besar kerja yang bisa dilakukan mesin ini dalam waktu 30 sekon?

Pembahasan:  =          = 80 % x 600 W= 480 W

                         480 x 30 =1,4 x

  1. Sebuah bola logam bermassa 0,4 kg diluncurkan ke tas pada lintasan melengkung dengan kelajuan awal 10 m/s. Bola mulai bergerak dari titik A dan berhenti di titik B. Lintasan AB kasar. Tentukan usaha total yang dilakukan gaya gesekan pada lintasan AB!(g=10 m/)

 – 0,5 x0,4x 10= -12 J

 

 

  1. Sebuah mobil yang massanya 2.000 kg bergerak dari keadaan diam hingga kecepatannya 72 km/jam. Tentukan usaha yang diperlukan untuk merubah kecepatan mobil tersebut.

Pembahasan :

Usaha yang diperlukan sama dengan energi yang dipunyai mobil saat ditinjau, yaitu Ek = ½mV2 = ½.2000.202 = 400000 joule

V = 72 km/jam = 72000/3600 m/s = 20 m/s

  1. Air terjun setinggi 2o m digunakan untuk membangkitkan listrik tenaga air. Setiap detik air mengalir 10 . Jika efisiensi generator 55% dan percepatan gravitasi g= 10 m/, hitung daya rata-rata yang dihasilakan!

Pembahasan:

Efisiensi =  = P/Ep

P          =   =     = Qgh

                                    = 0,55..10.10.20

                                    =1100 kW

 

Momentum dan impuls

 

  1. Sebuah bola baseball yang masanya 0,10 kg dilempar dengan kecepatan  20. Kemudian, bola tersebut membalik dengan kecepatan 50 m/s. Apabila kontak bola dan pemukul dalam waktu 0,01 sekon, berapakah impuls bola tersebut?

pembahasan

I= m(v2-v1 ) =0,1 (-50-20) =-7 Ns

  1. Sebuah peluru yang masanya m1=50 kg ditembakkan dengan kecepatan v1=200 m/s mengenai balok yang diam tergantunng pada tali 2 meter. Jika peluru tertanam pada balok dan naik setinggi h, tentukan berapa h dan energi kinetik yang hilang!

Pembahasan:

h=                

EK=  =1000 J          EK’=

= EK’-EK =1000-20=980

  1. Sebuah benda bermasa 4 kg dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari ketinggian 62,5 m. Jika percepatan gravitasi bumi=9,8 m/, ketika menumbuk permukaan tanah, momentum benda adalah…

Pembahasan: p=m x v=4 = 4=140 kg m/s

  1. Sebuah batu 100 gram dilontarkan dengan sebuah alat sehingga melesat dengan kelajuan 20 m/s di udara. Batu tersebut mengenai sasaran benda lain yang diam dengan massa 10 gram. Kedua benda tersebut menjadi satu dan bergerak bersama-sama. Berapakah kecepatan kedua benda setelah tumbukan?

Pembahasan :

m1 = 100 gram = 0,1 kg

v1 = 20 m/s

m2 = 10 gram = 0,01 kg

v2 = 0

kekekalan  momentum

m1v1 + m2v2           = (m1 + m2) v’

v’                          = [m1v1 + m2v2] : [m1 + m2]

= [(0,1)(20) + (0,01)(0)] : [0,1+0,01]

= 2 : 0,11 =18,2m/s

Posisi B adalah 1/3 meter dari A atau 2/3 meter dari B

  1. Sebuah meteor bermassa 2000 kg yang bergerak menuju bumi menumbuk bumi dengan kecepatan 120 m/s. Jika masa bumi 6x kg. Berapa kecepatan bumi setelah tumbukan bila meteor akhirnya terbenam ke bumi?

Pembahasan:           v’=2000×120/(2000+6×1)= 4x 1m/s

  1. Sebuah benda bermasa 0,2 kg dalam keadaan diam dipukul sehingga bergerak dengan kecepatan 14 m/s. Jika gaya bekerja selama 0,01 sekon. Tentukan besar gaya pada benda!

Pembahasan: m = 0,2 kg

v1 = 0

v2 = 14 m/s

∆t = 0,01 s

F ∆t             = m(v2 – v1)

F (0,01)       = 0,2 (14 – 0)  

F        = 280 N

Soal untuk no 7-9

Sebuah balok bermasa 950 g diam diatas bidang datar dengan =0,1. Sebutirpeluru yang bermasa 50 g menumbuk balok tersebut. Kelajuan peluru saat itu adalah 50 m/s

  1. Jika peluru bersarang dibalok, tentukan laju balok seyelah tumbukan!

Pembahasan: mb = 950 gram = 0,95 kg

µk = 0,1

mp = 50 gram = 0,05 kg

vp = 50 m/s

mb vb + mp vp                           = (mp +  vp) v’

(0,95) (0) + (0,05)(50)  = (0,95+0,05) v’

0 + 2,5                            = v’

V’        = 2,5 m/s

  1. Kapan balok akan berhenti?

Pembahasan: .   ΣF = 0

F + fk = 0

F = – fk

ma     = -µk N

ma      = -µk mg

a        = -µk g

a         = -(0,1) (10)

a         = -1 m/ss (tanda minus menunjukkan gerak diperlambat)

balok berhenti berarti v1 = 0. Berdasarkan gerak lurus berubah beraturan maka v1 = v0 + at

v0 adalah kecepatan awal balok setelah tumbukan, yaitu v’ = 2,5 m/s, sehingga

 

0 = 2,5 – 1t

t = 2,5 s

  1. Dimana balok akan berhenti?

Pembahasan: x  = v0t + ½ at2

= (2,5) (2,5) + ½ (-1) (2,5)2

= 6,25 – 3,125

= 3,125 m

 

  1. Diketahui gas panas yang keluar dari roket mempunyai kelajuan 200 m/s. Tentukan besar gaya dorong sebuah roket yang mesinnya dapat menyemburkan gas panas hasil dari pambakaran dengan kelajuan 50 kg/s.

Pembahasan:

= 50 kg/s     v=200 m/s       =v = 50×200 = 10000 N

 

 

 

 

Kinematika gerak

 

  1. Jarum panjang sebuah jam mempunyai panjang 6cm. Tentukan vektor kecepatan rata-rata ujung jarum jam tersebut dalam interval waktu 20 menit dari angka 12 ke angka 4. Nyatakan dalam sistem koordinat dimana sumbu x ke arah angka 3 dan sumbu y ke arah angka 12!

Pembahasan:

            12                    r1= 6j cm

r2= 6 cos 30 i + 6 sin 30 j=(3i+3j) cm

                                    r= r2-r1=i+(3-6)j=(3i+3j) cm

                                    Kecepatan rata-rata:

                        4          === 0,15i+0,15j cm/menit

  1. Kompas pesawat terbang menunjukkan bahwa pesawat bergerak ke utara dari indikator kelajuan menunjukkan bahwa pesawat sedang bergerak dengan kelajuan 240 km/jam. Jika ada angin berhembus dengan kelajuan 100 km/jam dari barat ke timur, berapakah kecepatan pesawat terbang relatif terhadap bumi?

Pembahasan:  p: pesawat       a: angin                       b: bumi
 240 km/jam ke utara   =100 km/jam ke timur                                                        = = 260 km/jam

Arah kecepatan           =          tan= =

                                          = 22,6

  1. Seorang atlet tembak akan menembak sasaran yang berada pada ketinggian yang sama dengan ketinggian senjata di tangannya langsung secara horizontal. Sasaran tersebut berupa lingkaran kecil yang digambar pada sebuah papan. Jarak atlet terhadap sasaran adalah 120 m. Jika kecepatan peluru yang keluardri senjata 300 m/s. Pada jarak berapa di bawah titik sasaran, peluru akan menumbuk papan?(g=10 m/)

y

 

 

0          x

 

 
   

 

 

 

 

X= =  = 0,4 s               y=t-1/2 g = -1/2.10.0, = -0,8 m

(- menandakan di bawah titik)

  1. Seseorang mengendarai mobil menuju sebuah kota A yang berjarak 160 km dengan arah 30 timur laut. Nyatakan vektor perpindahan  dalam notasi vektor satuan dengan menggunakan sistem koordinat x ke timur, dan y ke utara.

Pembahasan:

= r cos 30= ½.160. = 80 km

= r sin 30= ½.160 = 80 km

=(80) km

Soal untuk no 5-9

Dari atap sebuah gedung yang tingginya 16 meter, sebuah bola di lempar pada sudut 30 diatas horizontal dengan kecepatan 21 m/s seperti tampak pada gambar.

Pembahasan awal:    =cos 30=18,2 m/s                     = sin 30=10,5 m/s          =16 m

Y  =                       x = t=18,2 t

=16 +10,5t-4,9

 

 

 

 

  1. Hitung waktu bola itu berada di udara!

Pembahasan: y=0 (lamanya bola di udara sampai bola berada ditanah lagi)

0=16+10,5t-4,9

t= 3,17 s          atau     t=-1,03(tidak memenuhi)t

  1. Berapakah jarak jatuhnya bola dari gedung (R)?

Pembahasan:

X=18,2 t

R=18,2×3,17=57,7 sekon

  1. Tentukan ketinggian maksimum bola diukur dari permukaan tanah!

Pembahasan:

h mak=   =   =5,6 meter

  1. Tentukan sudut yang dibentuk oleh kecepatan bola ketika bola menumbuk tanah!

Tan  =  = = -1,13          48,5

  1. Sebuah partikel B bergerak dengan persamaan percepatan a=2i+4j. Kapan benda bergerak sehingga memiliki besar perpindahan 5 m? (semua dalam satuan SI)

Pembahasan:  v= (2t)i + (4t)j              r=

                        5

                       

= =1,7 s

  1. Sebuah roda gerinda mula-mula dalam keadaan diam, kemudian berotasi dengan percepatan sudut konstan rad/ selama 8s. Selanjutnya roda dihentikan dengan perlambatan konstan dalam 10 putaran. Tentukan:

A)     Perlambatan roda             B) waktu yang diperlukan sebelum roda berhenti

Pembahasan:

A)     Gerak dipercepat 

Gerak diperlambat           + 2          roda berhenti  

                                    0=  

B)                  t= == 3,14s

 

Gaya

 

  1. Bandingkan batas kelajuan maksimum agar mobil dapat melintas dengan aman pada tikungan

berjari-jari 50 m pada saat kering(=0,9) dan pada saat hujan()! (g=9,8 m/)

pembahasan:

 = 21 m/s                        saat kering

    =  = 7 m/s               saat hujan

  1. Sebuah mobil melewati tikungan jalan yang jari-jari kelengkungannya 40 m. Jika sudut kemiringan jalan adalah =30, tentukan kecepatan maksimum mobil yang diperbolehkan untuk kondisi: a) jalan licin karena berair(gesekan diabaikan)

b) jalan kering dengan koefisien gesekan statis 0,3 (g=10 m/)

            pembahasan:

a)       = 15,2 m/s

b)       =  = =20,6 m/s

  1. Dua buah benda A dan B disusun seperti gambar disamping. Bila mA= 2 kg, mB= 1 k, =0,2 dan g=10 m/, tentukan waktu yang diperlukan balok B hingga menyentuh lantai!

F=ma

mB.g-T+T-fA =(mA+mB)a

mB.g-T+T- .g=(mA+mB)a

a=

a==2 m/

s=1/2 a

t=== 5 s

  1. Sebuah satelit penelitian bermassa 200 kg mengorbit bumi denga jari-jari 30.000 km diukur dari pusat bumi. Berapa besar gaya gravitasi bumi yang bekerja pada satelit? Berapa persen gaya itu dibandingkan dengan berat satelit di permukaan bumi? (mB=5,98x)

Pembahasan:

= G = 6,67×1 = 88,64 N

= g =200 = 1960 N

Persentase:      x 100 %= x 100% =4,52%

  1. Sebuah satelit massanya 500 kg mengorbit pada ketinggian 7000 km diatas permukaan bumi. Berapa kecepatan satelit, bila jari-jari bumi adalah 6400 km?

Pembahasan:

=/           =6,4×1= 5,47×1

  1. Dalam atom hidrogen, elektron dan proton terpisah sejauh 5,3x m.

A)     Hitung gaya gravitasi antara 2 partikel ini

B)     Bila kecepatan orbit elektron 2,2x m/s, apakah gaya gravitasi tersebut cukup kuat untuk mempertahankan elektron tetap pada orbitbya?

Pembahasan:

A)      =6,67×1 =3,6 x 1

B)      = 9,1x/5,3= 8,31x

  1. Planet jupiter memiliki jarak orbit ke matahari yang diperkirakan sama dengan empat kali jarak orbit bumi ke matahari. Periode revolusi bumi mengelilingi matahari 1 tahun. Berapakah periode jupiter tersebut mengelilingi matahari?

Pembahasan:

RB        = R TB = 1 th

RJ = 4 R TJ = ?

Berdasarkan hukum III Kepler maka periode planet

dapat ditentukan sebagai berikut.

     TP    = 8 x 1 = 8 tahun

Soal untuk  no 8-9

Sebuah satelit mengorbit bumi dengan orbit berupa lingkaran. Hitung periode orbitnya jika:

  1. Satelit berada tepat di atas permukaan bumi!

Pembahasan:  r= 

=4

=2 = 5,06x

  1. Satelit berada 300 km di atas permukaan bumi!

Pembahasan:  r= 6370+300 = 6670km

=4

=4

== 5,43x s

  1. Dua bola masing-masing bermassa mA=20 kg, mB=45 kg ditempatkan pada jarak 100 cm. Satu bola lain bermassa mC=5 kg diletakkan diantara kedua bola. Jika bola C tidak merasakan gaya gravitasi dari bola A dan B, berapa jarak bola C dari A dan B?

Pembahasan:  mA: 20 kg        mB:45 kg         r:1 m

    

=

=                           

=                                      m

2 = 5x   x=5/2

 

Elastisitas, gerak harmonik sederhana

 

  1. Dalam sebuah buah percobaan di laboratorium fisika, sebuah beban bermassa 16kg digantungkan pada seutas kawat baja yang memiliki diameter 0,1 cm. Berapa persen kawat baja tersebut akan bertambah panjang? (modulus young baja= 20xN/)

Pembahasan:  mg/=16 x 9,8/2o

  1. Hitunglah beban maksimum yang boleh digantungkan pada seutas kawat baja yang luas penampangnya 4 , jika regangan yang terjadi tidak boleh melebihi 0,001. Modulus young baja 2xN/.

Pembahasan: E= =      F= =2 x 1

  1. Ikatan atom-atom dalam suatu material dapat dianggap sebagai pegas. Anggap terdapat 3 buah atom yang berdekatan dan saling berinteraksi. Dua atom yang terluar dianggap diam dan atom yang ditengah bergetar dengan frekuensi  Hz. Hitung konstanta gaya pegas jika masa atom=4x kg!

Pembahasan:

F= Hz         m=4x kg             = 4m

=  +  = k + k = 2k

= 4m =2(3,14(4×1)( =788,77 N/m

  1. Sebuah pegas digantung pada sebuah lift, ujung bawah pegas digantungi beban 40 gram. Jika lift dalam keadaan diam pegas bertambah panjang 8 cm. Pertambahan panjang pegas ketika lift bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/ adalah…

Pembahasan: = 0,096 m

  1. Di dalam sebuah lift tergantung sebuah pegas yang konstantanya 400 N/m. Ujung bawah pegas digantungi beban  massanya 2 kg. Jika lift  turun dengan percepatan 4 m/s2, pegas akan bertambah panjang sejauh …….

            pembahasan:  k = 400 N/m

                                m = 2 kg

                                a = 4 ms-2

        ∆x = F/k                                               ∆x =0,02 m = 2 cm

                                ∆x = m.a/k

                                ∆x = 2.4/400

                                ∆x = 8/400

Soal untuk no 6-7

Dua buah gerak harmonik sederhana memiliki persamaan simpangan yang masing-masing adalah: =2 sin    =2 sin 0,5            (semua satuan dalam SI)

  1. Tentukan persamaan simpangan dari superposisi kedua gerak harmonik tersebut!

Pembahasan: y= y1+y2 = 4A sin  cm

  1. Tentukan simpangan superposisi setelah bergerak 1s

Pembahasan: t= 1s    y=4A sin  cm=4= 2 cm

  1. Sebuah pegas panjangnya 40 cm, jika diberi gaya sebesar 200N, pegas bertambah panjang 8 cm. Kemudian pegas dipotong menjadi dua bagian yang sama, dan keduanya diparalelkan. Berapa besarnya usaha yang dibutuhkan supaya pegas tetap bertambah panjang 8 cm, pada saat dipasang paralel?

.                 pembahasan:               F = 200 N

                                L = 4.10-1 m

                                ∆x = 8.10-2 m

 k = F/∆x                                                               k=k1=k2

                                K = 200 /8.10-2                                                      KP = 25.102 + 25.102 = 50.102 N/m

                                k = 25.102 N/m                  

                                                W = ½ . kp. ∆x2

                                                W = ½ . 50.102. (8.10-2)2

                                                W = 1600.10-2 = 16 N

  1. Dua pegas identik dengan konstanta gaya 400 N/m. Kedua pegas tersebut diparalelkan. Tentukan besar gaya yang dibutuhkan untuk menarik pegas sehingga bertambah panjang 5 cm!

Pembahasan:  k1=k2=400 N/m (pararel)

            ∆x = 5cm = 5.10-2 m

            k=k1+k2

            k=400+400

            k = 800 N/m

            F = k. ∆x                                F = 800. 5.10-2

            F = 40 N

  1. sebuah peluru bermasa 10 g ditembakan dalam suatu balok yang digantung dan masanya 1,49 kg hingga balok bergerak naik. Balok berayun hingga ketinggian 45 cm dan peluru bersarang di dalamnya. Jika g= 10 m/, berapa laju peluru saat ditembakkan?

Pembahasan:

mPvP=(mB+mP)v’

vP=450 m/s

 

Usaha dan energi

 

  1. Seorang petugas PLN bermassa 65 kg sedang menaiki tangga untuk memperbaiki jaringan listrik pada sebuah tiang listrik. Jika tangga terdiri dari 30 anak tangga dan panjang setiap anak tangga adalah 30 cm, berapakah usaha yang telah dilakukannya?

Pembahasan: W=Fs = mgs     s=w/mg =12000/(20×9,8)=61,2 m

  1. Sebuah mobil bergerak menempuh jalanan mendaki dan menurun seperti tampak pada gambar. Bila massa mobil dan penumpangnya adalah 1000 kg, tentukan energi potensial mobil ketika berada di B dan di C, bila ketinggian titik A sebagai bidang acuan (=0)

Pembahasan:

E=mg=100.9,8.10=9,8x

E=mg=-100.9,8.10=-1,47x

 

  1. Sebuah bola dilemparkan dari sebuah gedung yang tingginya 15 m. Kecepatan awal bola ketika dilempar sama dengan 15 m/s dengan arah 30 diatas garis horizontal. Berapakah kelajuan bola sesaat sebelum menumbuk tanah?(g=10 m/)

Pembahasan:

                        ½ x 15+10 x15 =           v=22,1 m/s

  1. Sebuah mesin penggerak digunakan untuk mengangkat sebuah benda bermasa 100 kg dengan kelajuan konstan 10 cm/s. Berapa daya yang dimiliki oleh mesin tersebut dinyatakan dalam watt?                       

Pembahasan:  P= Fv

                                       =mg

                           =100.9,8.0,1 =98 W

Soal untuk no 5-6

Dua buah alat penyedot debu memiliki daya masing-masing 1hp dan 0,5 hp.

  1. Berapa usaha yang dilakukan masing-masing alat ini dalam waktu 3 menit dinyatakan dalam joule?

Pembahasan: W1= Pt =746 . 180 = 1,34 x

                        W2= Pt =373 .180 =0,67 x

  1. Jika untuk menyedot debu dalam suatu ruangan kedua alat ini melakukan usaha 97 kJ. Berapa lama waktu yang diperlukan oleh masing-masing alat ini untuk menyelesaikan pekerjaan tersebut?

Pembahasan: t1 = W/t =97000/746 = 130 s

                        T2 = W/t =97000/373 =260 s

  1. Sebuah mesin yang effisiensinya 80% memiliki daya masukan 600 W. Berapa besar kerja yang bisa dilakukan mesin ini dalam waktu 30 sekon?

Pembahasan:  =          = 80 % x 600 W= 480 W

                         480 x 30 =1,4 x

  1. Sebuah bola logam bermassa 0,4 kg diluncurkan ke tas pada lintasan melengkung dengan kelajuan awal 10 m/s. Bola mulai bergerak dari titik A dan berhenti di titik B. Lintasan AB kasar. Tentukan usaha total yang dilakukan gaya gesekan pada lintasan AB!(g=10 m/)

 – 0,5 x0,4x 10= -12 J

 

 

  1. Sebuah mobil yang massanya 2.000 kg bergerak dari keadaan diam hingga kecepatannya 72 km/jam. Tentukan usaha yang diperlukan untuk merubah kecepatan mobil tersebut.

Pembahasan :

Usaha yang diperlukan sama dengan energi yang dipunyai mobil saat ditinjau, yaitu Ek = ½mV2 = ½.2000.202 = 400000 joule

V = 72 km/jam = 72000/3600 m/s = 20 m/s

  1. Air terjun setinggi 2o m digunakan untuk membangkitkan listrik tenaga air. Setiap detik air mengalir 10 . Jika efisiensi generator 55% dan percepatan gravitasi g= 10 m/, hitung daya rata-rata yang dihasilakan!

Pembahasan:

Efisiensi =  = P/Ep

P          =   =     = Qgh

                                    = 0,55..10.10.20

                                    =1100 kW

 

Momentum dan impuls

 

  1. Sebuah bola baseball yang masanya 0,10 kg dilempar dengan kecepatan  20. Kemudian, bola tersebut membalik dengan kecepatan 50 m/s. Apabila kontak bola dan pemukul dalam waktu 0,01 sekon, berapakah impuls bola tersebut?

pembahasan

I= m(v2-v1 ) =0,1 (-50-20) =-7 Ns

  1. Sebuah peluru yang masanya m1=50 kg ditembakkan dengan kecepatan v1=200 m/s mengenai balok yang diam tergantunng pada tali 2 meter. Jika peluru tertanam pada balok dan naik setinggi h, tentukan berapa h dan energi kinetik yang hilang!

Pembahasan:

h=                

EK=  =1000 J          EK’=

= EK’-EK =1000-20=980

  1. Sebuah benda bermasa 4 kg dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari ketinggian 62,5 m. Jika percepatan gravitasi bumi=9,8 m/, ketika menumbuk permukaan tanah, momentum benda adalah…

Pembahasan: p=m x v=4 = 4=140 kg m/s

  1. Sebuah batu 100 gram dilontarkan dengan sebuah alat sehingga melesat dengan kelajuan 20 m/s di udara. Batu tersebut mengenai sasaran benda lain yang diam dengan massa 10 gram. Kedua benda tersebut menjadi satu dan bergerak bersama-sama. Berapakah kecepatan kedua benda setelah tumbukan?

Pembahasan :

m1 = 100 gram = 0,1 kg

v1 = 20 m/s

m2 = 10 gram = 0,01 kg

v2 = 0

kekekalan  momentum

m1v1 + m2v2           = (m1 + m2) v’

v’                          = [m1v1 + m2v2] : [m1 + m2]

= [(0,1)(20) + (0,01)(0)] : [0,1+0,01]

= 2 : 0,11 =18,2m/s

Posisi B adalah 1/3 meter dari A atau 2/3 meter dari B

  1. Sebuah meteor bermassa 2000 kg yang bergerak menuju bumi menumbuk bumi dengan kecepatan 120 m/s. Jika masa bumi 6x kg. Berapa kecepatan bumi setelah tumbukan bila meteor akhirnya terbenam ke bumi?

Pembahasan:           v’=2000×120/(2000+6×1)= 4x 1m/s

  1. Sebuah benda bermasa 0,2 kg dalam keadaan diam dipukul sehingga bergerak dengan kecepatan 14 m/s. Jika gaya bekerja selama 0,01 sekon. Tentukan besar gaya pada benda!

Pembahasan: m = 0,2 kg

v1 = 0

v2 = 14 m/s

∆t = 0,01 s

F ∆t             = m(v2 – v1)

F (0,01)       = 0,2 (14 – 0)  

F        = 280 N

Soal untuk no 7-9

Sebuah balok bermasa 950 g diam diatas bidang datar dengan =0,1. Sebutirpeluru yang bermasa 50 g menumbuk balok tersebut. Kelajuan peluru saat itu adalah 50 m/s

  1. Jika peluru bersarang dibalok, tentukan laju balok seyelah tumbukan!

Pembahasan: mb = 950 gram = 0,95 kg

µk = 0,1

mp = 50 gram = 0,05 kg

vp = 50 m/s

mb vb + mp vp                           = (mp +  vp) v’

(0,95) (0) + (0,05)(50)  = (0,95+0,05) v’

0 + 2,5                            = v’

V’        = 2,5 m/s

  1. Kapan balok akan berhenti?

Pembahasan: .   ΣF = 0

F + fk = 0

F = – fk

ma     = -µk N

ma      = -µk mg

a        = -µk g

a         = -(0,1) (10)

a         = -1 m/ss (tanda minus menunjukkan gerak diperlambat)

balok berhenti berarti v1 = 0. Berdasarkan gerak lurus berubah beraturan maka v1 = v0 + at

v0 adalah kecepatan awal balok setelah tumbukan, yaitu v’ = 2,5 m/s, sehingga

 

0 = 2,5 – 1t

t = 2,5 s

  1. Dimana balok akan berhenti?

Pembahasan: x  = v0t + ½ at2

= (2,5) (2,5) + ½ (-1) (2,5)2

= 6,25 – 3,125

= 3,125 m

 

  1. Diketahui gas panas yang keluar dari roket mempunyai kelajuan 200 m/s. Tentukan besar gaya dorong sebuah roket yang mesinnya dapat menyemburkan gas panas hasil dari pambakaran dengan kelajuan 50 kg/s.

Pembahasan:

= 50 kg/s     v=200 m/s       =v = 50×200 = 10000 N

 

 

 

This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s