TAHUN 2005/2006
1. Sebuah benda suatu saat berada di posisi CE 2Ĥ 3F̂ m. Benda tersebut mengalami perpindahan selama 10 detik mengikuti hubungan ∆CE 8Ĥ 10F̂ m.
a. Tentukan besar perpindahan dari 04 sampai 104 b. Tentukan posisi benda tersebut pada saat 104
c. Gambarkan grafik kecepatan dan percepatan sebagai fungsi waktu untuk komponen dalam sumbu-y, mulai dari saat 04 sampai 104
2. Gerak sebuah benda dalam arah sumbu-x sebagai fungsi dari waktu ditunjukkan oleh gambar di bawah
a. Tentukan panjang lintasan pada saat 2, 4, 8, 10, dan 124 b. Tentukan waktu pada saat benda berhenti
c. Tentukan kecepatan rata-rata dari 04 sampai 124
3. Sebuah benda dengan massa 25kg pada bidang miring dengan kemiringan sebesar 30]. Benda tersebut dari keadaan diam
didorong dengan gaya horisontal sebesar & 20V dan ditarik ke atas dengan gaya sebesar ( 40V pada arah 37] terhadap
bidang miring seperti terlihat pada gambar. Bidang miring tersebut memiliki koefisien gesek statik dan kinetik berturut-turut 0,3 dan 0,2. Gunakan g = 10 m/s2.
a. Gambarkan diagram gaya yang bekerja pada benda b. Tentukan besar gaya dan arah percepatan gerak benda c. Tentukan harga kecepatan benda setelah menempuh 2m
4. Tinjaulah sistem benda pada gambar. Diketahui bahwa koefisien gesek statik dan kinetik antara dan berturut-turut adalah 0,4 dan 0,2. Diketahui 2 , 3 , dan / 1 . Gunakan g=10m/s2. 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t[det] x (t )[ m ]
a. Buat diagram gaya untuk , , dan /
b. Tentukan besar percepatan pada soal (a) c. Tentukan besar tegangan tali T1 dan T2
5. Suatu gaya luar bekerja pada benda bermassa 0,2 kg sehingga menekan pegas berkonstanta pegas 1200N/m sejauh M dari titik setimbang. Kemudian gaya luar tersebut dilepaskan sehingga benda menempuh lintasan horisontal , dan lintasan melingkar seperti pada gambar. Lintasan dan adalah bidang licin sedangkan lintasan kasar dengan koefisien gesek kinetik 0,2. Gunakan g=10m/s2.
a. Tentukan simpangan minimal pegas agar benda dapat mencapai titik D
b. Tentukan besar dan arah percepatan benda di titik C saat kondisi soal (a) dipenuhi
c. Setelah mencapai D, benda kemudian bergerak parabolik. Tentukan jarak jatuhnya bola terhadap titik B
6. Sebuah balok, bermassa 1kg diikatkan pada ujung sebuah pegas yang memiliki konstanta pegas sebesar 120 N/m dan diletakkan pada lantai licin. Di atas benda tersebut diletakkan balok lain, , bermassa 0,5 kg. Dari keadaan setimbangnya pegas ditarik sejauh 5 cm kemudian dilepaskan. Selanjutnya sistem dua benda tersebut bergerak osilasi harmonik.
a. Tentukan syarat yang harus dipenuhi agar kedua benda tersebut dapat bergerak osilasi harmonik b. Tentukan periode osilasi sistem tersebut
SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER I FISIKA DASAR I
TAHUN 2005/2006
1. Diketahui : CE 2Ĥ 3F̂ m ∆CE 8Ĥ 10F̂ m a. Ditanyakan : Perpindahan dari 0 sampai 10 s
Jawab : ∆CE10 810Ĥ 1010F̂ 80Ĥ 1000F̂ m b. Ditanyakan : Posisi benda pada saat 10 s
Jawab : CE CDDDE ∆CE
CE10 CDDDE ∆CE10 2Ĥ 3F̂ 80Ĥ 1000F̂ 82Ĥ 1003F̂ m
c. Ditanyakan : Grafik kecepatan dan percepatan untuk komponen y
Jawab : Dari persamaan CE CDDDE ∆CE 8 2Ĥ 10 3F̂, diperoleh komponen perpindahan dalam arah y adalah 10 3. Kecepatan dalam arah sumbu-y : '&'&( 20 m/s
Grafik ' terhadap adalah
Percepatan dalam arah sumbu-y : ;'&I
&( 20 m/s2 Grafik ;' terhadap adalah
2. Diketahui : Diberikan kurva posisi sebuah benda dalam sumbu-x terhadap waktu a. Ditanyakan : Panjang lintasan
Jawab : Berdasarkan grafik yang diberikan pada soal didapatkan panjang lintasan (seluruh lintasan ditambahkan)
Pada saat 2 s adalah 8 m; Pada saat 4 s adalah 13 m;
Pada saat 8 s adalah 19 m; Pada saat 10 s adalah 20 m; Pada saat 12 s adalah 28 m
b. Ditanyakan : Waktu pada saat benda berhenti
Jawab : Benda berhenti ditandai oleh suatu waktu pada saat gradien grafik M sama dengan nol
Sehingga benda berhenti pada saat 2, 3, 6, 8, 10, dan 12 s
c. Ditanyakan : Kecepatan rata-rata dari 0 sampai 12 s Jawab :
w 2t2t / m/s
3. Diketahui : 25 kg ; & 20 N ; :9 0,3 ; : 0,2 a. Ditanyakan : Diagram benda bebas
Jawab : Asumsi : Benda bergerak ke bawah dengan percepatan ;
b. Ditanyakan : Besar dan arah percepatan benda
Jawab : Dari diagram benda bebas di atas, kita dapat menuliskan hukum Newton - Dalam arah sumbu-x
∑ 2 ;
45630] &<=430] (<=437] 8 ; - Dalam arah sumbu-y
∑ ' 0
V (45637] <=430] &45630] 0
Gaya gesek kinetik diberikan oleh persamaan 8 :V. Dengan menggunakan persamaan sebelumya didapatkan
V <=430] &45630] (45637]
Maka,
8 :V 8 : <=430] &45630] (45637]
Setelah memasukkan nilai-nilai yang telah diketahui sebelumnya maka didapatkan 8 40,5 V
Dengan menggunakan persamaan resultan gaya pada sumbu-x akan didapatkan percepatan ; 45630] &<=430] (<=437] 8 1,41 m/s2
Karena percepatan yang didapatkan bernilai positif, maka hal ini mengindikasikan bahwa asumsi yang dipakai sebelumnya memang benar. Jadi benda akan bergerak turun dengan percepatan sebesar 1,41 m/s2.
c. Diketahui : Kecepatan benda setelah menempuh jarak 2 m
Jawab : ( 2;4 5,64; ( v5,64 2,37 m/s 4. Diketahui : :9 0,4 ; : 0,2 ; 2 ; 3 kg ; / 1 kg
a. Ditanyakan : Diagram gaya Jawab :
b. Ditanyakan : Besar percepatan
Jawab : Dari gambar di atas dapat disimpulkan bahwa benda diam (karena ditahan oleh tali T1), sedangkan benda dan benda / bergerak dengan percepatan yang sama, ; ;/ ;. Kita terapkan hukum Newton untuk masing-masing benda dan kita dapatkan
Untuk benda 1 : Untuk benda 2 : Untuk benda 3 :
' 0 # V 2 ; 3 8 ; 3 : ; ; 0 ' ; / 3 ;
Dengan mengeliminasi T2 dari persamaan sebelumnya akan didapatkan
;
¡ / : 2 m/s2
Sehingga diperoleh percepatan benda 1 dan benda 3 adalah sama besar yaitu 2 m/s2 dan percepatan benda 2 adalah nol.
c. Ditanyakan : Besar tegangan tali T1 dan T2 Jawab :
Dari persamaan hukum Newton untuk benda 2 akan diperoleh ∑ 2 0
3 8 0
3 : 4 N
Dari persamaan hukum Newton untuk benda 3 akan diperoleh ∑ ' ;
/ 3 ; 3 / ; 6 N
5. Diketahui : 0,2 kg ; 1200 N/m ; : 0,2 ; c 1 m ; 4 2,5 m a. Ditanyakan : Simpangan pegas minimum agar benda dapat mencapai titik D
Jawab :
Perhatikan gambar berikut
Karena sepanjang lintasan BCD benda bergerak melingkar, maka pada titik D berlaku 9? V I¢Y
e . Agar dapat mencapai titik D, gaya normal di titik tersebut harus lebih besar atau
sama dengan nol V X 0, sehingga kecepatan minimum di titik D adalah £ c (yaitu ketika gaya normalnya nol).
Karena lintasan BCD licin maka kita dapat menggunakan prinsip konservasi energi mekanik. Dengan mengambil titik B sebagai acuan (energi potensial di titik B bernilai nol), akan diperoleh
\iW \i£ \j£ £ `£ \iW c 2c c Pada lintasan AB berlaku
\i_ dk9k \iW
\i_ 84 c : c Lintasan licin sehingga berlaku konservasi energi
\j_ \i_
M : c : 2,5c
Maka simpangan minimum, M lfge
0,095 m b. Ditanyakan : Besar dan arah percepatan di titik C
Jawab :
Berdasarkan gambar di samping, dapat dihitung besar percepatan di titik C ; l;9? l+I¤Y
e -
Untuk mencari kita dapat menggunakan prinsip konservasi energi dengan mengambil titik C sebagai acuan (energi potensial di C bernilai nol), sehingga
\i¥ \i£ \j£
¥ £ `£
¥ £ 2c c 2c 3c
Substitusikan hasil ini ke persamaan percepatan maka akan didapatkan ; l+I¤Y
e - l+/ee - √10 10√10 m/s2
Untuk menentukan arah percepatan di titik C, perhatikan gambar berikut tan 7 @§J
3 7 ;6t3 71,56]
c. Ditanyakan : Jarak jatuhnya bola setelah melewati titik D Jawab :
Perhatikan gambar berikut
Benda akan bergerak dengan lintasan parabola, untuk itu akan kita analisis gerak untuk masing-masing komponen (komponen-x dan komponen-y)
Untuk komponen-x berlaku gerak lurus beraturan, B £
Untuk komponen-y berlaku gerak lurus berubah beraturan, 2c
Substitusikan yang diperoleh dari komponen-y ke persamaan komponen-x, sehingga kita dapatkan
B 2£le 2cle 2c 2 m Sehingga benda akan jatuh pada posisi 2 meter di sebelah kiri titik B.
6. Diketahui : 1 kg ; 120 N/m ; 0,5 kg ; 0,05 m
a. Ditanyakan : Syarat yang harus dipenuhi agar kedua benda dapat bergerak osilasi harmonik Jawab :
Agar balok dan dapat bergerak bersama, maka gaya gesekan statis antara kedua balok tersebut harus lebih besar atau sama dengan gaya pegas maksimum
89X # :9 X :9X_
Y 1,2
Jadi syarat yang harus dipenuhi agar kedua benda dapat bergerak osilasi harmonik adalah koefisien gesek statik antara kedua benda tersebut haruslah lebih besar atau sama dengan 1,2 b. Ditanyakan : Periode osilasi sistem
Jawab :
3 2mlY
2ml, 0,70 s
c. Ditanyakan : Kecepatan osilasi pada saat simpangan 2 cm Jawab :
Dengan menggunakan prinsip konservasi energi didapatkan
Sehingga didapatkan
SOAL UJIAN TENGAH SEMESTER I FISIKA DASAR I
TAHUN 2006/2007
Gunakan 9,80 /4
1. Seorang tentara tengah berlatih menembak dari ketinggian 10 m di atas tanah. Tentara tersebut menembakkan peluru dengan laju 100 m/s dan sudut elevasi ;6 3/4
a. Tentukanlah posisi peluru sebagai fungsi waktu dengan menganggap bahwa peluru ditembakkan pada saat 04. Gambarkan secara skematik koordinat x-y yang saudara pilih dan tentukan posisi peluru pada saat 14
b. Berapakah ketinggian maksimum yang dapat dicapai peluru pada saat 14
c. Pada saat berapakah peluru mencapai tanah
2. Balok A dan balok B ( _ 5 dan W 1) terhubung dengan seutas tali melalui katrol tidak bermassa. Anggap tali dan katrol tidak bermassa. Balok A berada di atas bidang miring kasar dengan sudut kemiringan 7 ;67 /. Koefisien gesekan bidang miring adalah :9 0,25 dan : 0,2; sedangkan koefisien gesekan statik bidang vertikal adalah :9 0,25
a. Mula-mula balok B ditahan dengan cara member gaya horisontal pada balok B, sehingga balok B menekan bidang vertikal. Dalam kondisi ini kedua balok adalah setimbang (diam). Gambarkan diagram gaya benda bebas balok A dan balok B
b. Berapa besar gaya minimum agar sistem dalam keadaan diam. Hitung besar gaya normal pada balok B dan ke mana arahnya
c. Jika gaya dilepas, hitung besar percepatan balok (anggap balok B dengan dinding vertikal tidak ada gaya gesekan)
3. Sebuah benda bermassa 1 kg mula-mula berada di titik A (lihat gambar). Pada benda tersebut dikenakan gaya E Ĥ MF̂ N, benda bergerak menuju titik C dengan 2 jalur yang ditempuh, yaitu A(-2,0) B(-2,8) C(6,8) dan A D(6,0)
C
a. Hitunglah usaha yang dibutuhkan untuk bergerak di masing-masing jalur
b. Apakah gaya konservatif? Jelaskan pendapat saudara c. Ketika benda menempuh jalur AB, tentukanlah besar
kecepatan benda di titik (-2,4), jika pada saat awal kecepatan benda adalah nol
4. Sebuah benda bermassa 0,1 kg dihubungkan dengan sebuah pegas dengan konstanta pegas 10 N/m. Benda ditempatkan pada bidang datar yang licin sempurna. Benda ditarik sehingga pegas memanjang 10 cm, dan kemudian benda dilepaskan pada 04
a. Dengan menggunakan hukum II Newton, turunkan persamaan diferensial osilasi harmonik dari benda tersebut
b. Tentukan solusi dari persamaan diferensial di atas dinyatakan dalam fungsi sinus c. Tentukanlah energi kinetik pada saat simpangannya 0,4 kali besar amplitude
5. Dalam permainan softball, seorang pelempar bola melemparkan bola (massa 250 gr) dengan kecepatan 30F̂ m/s. Bola dipukul sehingga kecepatannya berubah menjadi 10Ĥ 20F̂ 20T m/s a. Hitunglah impuls pada bola
b. Jika tumbukan bola dengan pemukul terjadi selama 0,01 detik, hitung besar gaya rata-rata pada bola
SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER I FISIKA DASAR I
TAHUN 2006/2007
1. Diketahui : ` 10 m ; 100 m/s ; tan 3/4 a) Ditanyakan : Posisi peluru sebagai fungsi waktu
Jawab :
Keadaan awal : posisi dan kecepatan awal CE0 10F̂ m
E0 100 cos Ĥ 100 sin F̂ 80Ĥ 60F̂ m/s Mengingat E &ZE&(dan ;E F̂ 9,8 /4 maka
CE CE0 E0 ;E
CE 10F̂ 80Ĥ 60F̂ 4,9F̂ 80Ĥ 10 60 4,9F̂ Pada saat 1 diperoleh
CE1 801Ĥ 10 601 4,91F̂ 80Ĥ 65,1F̂ b) Ditanyakan : Ketinggian maksimum peluru saat 1 s
Jawab :
Ketika peluru ditembakkan ke atas, pada ketinggian maksimumnya (sesaat sebelum berganti arah), kecepatan peluru dalam arah-y adalah nol sehingga
' '0 ;'
Substitusi ' 0 ; ;' ; ' sin didapatkan I ¨©ª 6,1224
0
Sehingga ketinggian maksimum adalah
0 10 IY9abY 193,67 m c) Ditanyakan : Kapan peluru mencapai tanah
Jawab :
Ketika mencapai tanah, 0
Dari jawaban poin (a) didapatkan 10 60 4,9 0 maka t0 v0t,«Ytt,« 6,122 ¬ 6,287
Sehingga yang memenuhi hanyalah 12,409 s
2. Diketahui : _ 5 kg ; W 1 kg ; tan 7 3/4 ; :9 0,25 ; : 0,2 a) Ditanyakan : Diagram gaya
Karena sistem dalam keadaan diam dan memiliki kecenderungan gerak ke kanan maka 89_ memiliki arah ke kiri dan 89W memiliki arah ke bawah
b) Ditanyakan : minimum agar sistem diam Jawab :
minimum dicapai ketika 89_ maksimum dan 89W maksimum
Untuk benda A Untuk benda B
_ 0 _ sin 7 3 89_ 0 _ sin 7 3 :9 _ cos 7 0 3 _sin 7 :9cos 7 W 0 3 89W W 0 3 :9VW W 0 , VW 3 :9 W 0 maka t[ f§
Dengan substitusi pada tegangan tali didapatkan ¨©ª htf§²³¨ ht[
f§ 39,2 V
c) Ditanyakan : Percepatan balok jika dilepas
Jawab : Jika dilepas maka tidak ada gaya gesek antara benda B dengan dinding vertikal ∑ ∑ ; _ sin 7 8_ W _ W; _ sin 7 : _ cos 7 W _ W; ; ¨©ª htfg²³¨ ht[ [ 1,96 m/s2
3. Diketahui : 1 kg ; E Ĥ MF̂ ; Jalur tempuh A-B-C dan A-D-C a) Ditanyakan : Usaha pada masing-masing jalur
Jawab : E Ĥ MF̂ ; BCE BMĤ BF̂ ; E · BCE BM MB Jalur ABC
d L E · BCE L BM MB_¥ L BM MB_W L BM MBW¥
Karena pada lintasan AB tidak ada perubahan x dan pada lintasan BC tdak ada perubahan y, maka elemen dx pada proses integrasi lintasan AB sama dengan nol dan elemen dy pada proses integrasi lintasan BC juga sama dengan nol. Integral di atas kemudian menjadi
d L MB_W L BMW¥
Pada integrasi lintasan AB terjadi perubahan titik koordinat-y dari 0 ke 8 dengan x konstan di titik -2, dan pada integrasi lintasan BC terjadi perubahan titik koordinat-x dari -2 ke 6 dengan y konstan di titik 8. Dengan demikian
Jalur ADC
d L E · BCE L BM MB_¥ L BM MB_£ L BM MB£¥
Karena pada lintasan AD tidak ada perubahan y dan pada lintasan DC tdak ada perubahan x, maka elemen dx pada proses integrasi lintasan AD sama dengan nol dan elemen dy pada proses integrasi lintasan DC juga sama dengan nol. Integral di atas kemudian menjadi
d L MB_W L BMW¥
Pada integrasi lintasan AD terjadi perubahan titik koordinat-x dari -2 ke 6 dengan y konstan di titik 0, dan pada integrasi lintasan DC terjadi perubahan titik koordinat-y dari 0 ke 8 dengan x konstan di titik 6. Dengan demikian
d L 0BMt0 L 6Bs 48 J b) Ditanyakan : Apakah konservatif
Jawab : Sifat gaya tidak konservatif karena d_W¥ µ d_£¥
c) Ditanyakan : Besar kecepatan di titik (-2,4) Jawab : d L E · BCE Lt,t,BM MB
Karena tidak ada perubahan titik koordinat-x maka dx=0 sehingga persamaan tersebut menjadi d L MB L 2B 8 J
d 8 # 4 m/s2
4. Diketahui : 0,1 kg ; 10 N/m ; ∆M 10 cm a) Ditanyakan : Persamaan gerak
Jawab : Gunakan persamaan diferensial untuk hukum Newton ; &&(Y2Y ,M &&(Y2Y
&Y2
&(YM 0 ,&Y2
&(Y M 0 , dengan l b) Ditanyakan : Solusi persamaan diferensial
Jawab : Salah satu solusi persamaan diferensial di atas adalah dalam bentuk sinus M sin dengan l l, 10 C;B/4 dan 0,1 m Sehingga solusinya menjadi M 0,1 sin10
Pada saat 04, M 0,1 0,1 0,1 sin100 sin 1 #
Sehingga bentuk persamaan lengkapnya adalah M 0,1 sin10 c) Ditanyakan : Energi kinetik saat simpangan 0,4A
Jawab : Gunakan prinsip konservasi energi
M
\i M 0,042 J
a) Ditanyakan : Impuls bola
Jawab : Gunakan hubungan impuls-momentum ¶E ∆jDE jDE@AaZ jDE@@^
¶E E@AaZ E@@^
¶E 0,25·S10Ĥ 20F̂ 20TU 30F̂¸ 2,5Ĥ 12,5F̂ 5T Ns b) Ditanyakan : Gaya rata-rata pada bola
Jawab : Gunakan hubungan impuls-gaya ¶E E · ∆
E ∆(¹E ,Q̂t,º̂T, 250Ĥ 1250F̂ 500T Maka »E» v250 1250 500 1369,3 N
SOAL UJIAN TENGAH SEMESTER I FISIKA DASAR I
TAHUN 2007/2008
1. Sebuah benda bergerak sepanjang lintasan OPA (lurus) dan ABO (setengah lingkaran) seperti tampak pada gambar di samping. Besar kecepatan benda di setiap titik lintasan adalah 5 m/s. Tentukanlah :
a. Vektor posisi benda ketika berada di titik P dan ketika berada di titik B
b. Waktu yang diperlukan benda untuk bergerak dari titik P ke titik B
c. Vektor kecepatan rata-rata benda untuk bergerak dari titik P ke titik B d. Laju rata-rata benda untuk bergerak dari titik P ke titik B
2. Sebuah balok dengan massa 1 kg pada bidang horisontal licin dihubungkan dengan sebuah pegas (massa pegas diabaikan) sehingga berosilasi sejajar bidang tersebut (sumbu-x) dengan frekuensi osilasi 2 Hz. Jika pada 14 benda berada di M 5√3 u 10t m dan 20m u 10t m/s.
Tentukan :
a. Konstanta pegas dan amplitude b. Simpangan sebagai fungsi waktu
3. Sebuah benda P ditekankan pada sebuah pegas (konstanta pegas 50 N/m) sehingga pegas memendek 5 u 10t m (lihat gambar di bawah). Ketika tekanan dilepas, benda P bergerak dan
menumbuk benda Q, yang mula-mula diam, secara elastik sempurna. Akhirnya benda Q berhenti di titik C. Bidang datar AB licin dan bidang datar BC kasar dengan koefisien gesek kinetik antara benda dan bidang 0,2. Kedua benda mempunyai massa yang sama sebesar 2 kg. Tentukanlah : a. Kecepatan P sesaat sebelum menumbuk Q
b. Kecepatan P dan Q sesaat sesudah tumbukan c. Jarak BC
4. Perhatikan gambar di samping. Massa katrol dan tali diabaikan dan panjang tali tetap. Koefisien gesek antara benda A dan benda B adalah : 0,2 dan : 0,1. Jika lantai licin dan massa masing-masing benda adalah _ 3 ; W 5 ; ¥ 0,3, maka
a. Gambarkan diagram gaya benda bebas pada masing-masing benda A, benda B, benda C
b. Periksalah apakah benda A dan B bergerak bersama
c. Hitunglah percepatan untuk masing-masing benda B dan benda C
5. Sebuah gaya 4M5 (untuk Fisika IB, gaya 35) Newton bekerja pada sebuah benda yang bermassa dengan lintasan seperti ditunjukkan pada gambar di samping
a. Tentukan kerja yang dilakukan gaya tersebut untuk perpindahan benda dari titik O ke titik B :
i. dengan lintasan 1 (OB) ii. dengan lintasan 2 (OAB) b. Apakah gaya di atas konservatif? Jelaskan
SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER I