FISIKA DASAR I
SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR IA
TAHUN 2003/2004
1. Diketahui : _ 2 kg ; W 1 kg ; E_ 1 F̂ m/s a. Ditanyakan : Vektor kecepatan bola A setelah dipukul
Jawab : Impuls yang diberikan kepada bola A adalah ¶ L B luas daerah di bawah kurva terhadap 0,50,1100 5 Ns
Perubahan momentum bola A adalah ¶ ∆Ð
__ 5 _ 2,5 Ĥ m/s
b. Ditanyakan : Vektor kecepatan bola B setelah ditumbuk bola A
Jawab : Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum akan diperoleh _E_ _DDDE_ WDDDEW
DDDEW 5Ĥ 2F̂ m/s
2. Diketahui : 2kg ; c 0,2 m ; ¶ 0,5c ; 0,5 kg a. Ditanyakan : Percepatan jatuhnya balok
Jawab : Perhatikan gambar berikut
Hukum Newton untuk kasus ini adalah ∑ ; # 3 ; ∑ Þ ¶ # 3c ¶
Dengan mengeliminasi 3 dari kedua persamaan tersebut akan diperoleh
e¹ ; ,Çee Y@e ; ; Ç 2,86 m/s2 b. Ditanyakan : Tegangan tali
Jawab : ∑ ;
3 ; # 3 ; 0,510 2,86 3,57 N c. Ditanyakan : Percepatan sudut katrol
Jawab : ∑ Þ ¶ 3c ¶ # e¹ ,,,/,ß, Y 14,28 rad/s2 3. Diketahui : 8 cm2 ; / 0,5 ; j 10 Pa ; `/ 4 m j 1,5 · 10 Pa ; 5 m/s ; j/ 10 Pa
a. Ditanyakan : Debit air di T
b. Ditanyakan : Tekanan di S
Jawab : Gunakan persamaan kontinuitas untuk memperoleh besar kecepatan di titik 2 # _
_Y 10 m/s
Dengan menggunakan persamaan Bernoulli didapatkan j Í`Í j9 Í`9Í
j9 j Í` `9 Í
c. Ditanyakan : Naiknya air pada pipa vertikal
Jawab : Air dalam pipa vertikal diam sehingga hukum yang berlaku adalah fluida statik. Ketinggian pipa vertikal memenuhi hubungan j j Í`
Maka didapatkan ` ¼t¼O Ò 5 m 4. Diketahui : (j_, Ë_, 3_) = (2 · 10 Pa ; 4 · 10t/ m3 ; 300 K) a. Ditanyakan : Diagram j Ë Jawab :
b. Ditanyakan : Suhu pada proses isothermal Jawab :
Gunakan hubungan Ô Ô[
[
Sehingga didapatkan suhu pada proses isothermal adalah 3W 23_ 600 K
c. Ditanyakan : Kerja dan kalor selama satu siklus Jawab :
Tinjau proses isobaric (tekanan konstan) d L jBËÔ[
Ô j_ËW Ë_ , ËW 2Ë_ d j_Ë_ 800 J
Tinjau proses isothermal (suhu konstan) d L jBËÔ¤ Ô[ L be[ Ô BË Ô¤ Ô[ , Ë_ Ë¥ d 6c3WlnÔ Ô[ 6c3Wln 1109 J Tinjau proses isokhorik (volume konstan)
d L jBË
Karena dalam proses ini tidak ada perubahan volume maka kerja proses sama dengan nol (d 0)
Kalor untuk satu siklus sama dengan jumlah kerja dalam satu siklus Ì da9]@Za da9](kZ@^ da9]A]Za 309 J
d. Ditanyakan : Apakah sistem melakukan kerja dan apakah sistem menerima kalor
Jawab : Berdasarkan konvensi, harga negatif yang terdapat pada kalor siklus mengindikasikan bahwa sistem menerima usaha dari luar dan memenghasilkan kalor
5. Diketahui : È 1 m ; 0,3 kg ; 1,5 kg ; c 10 cm a. Ditanyakan : Momen inersia sistem batang-bola
Jawab : Momen inersia sistem = momen inersia batang terhadap titik O + momen inersia bola terhadap titik O
Momen inersia batang terhadap titik O = / È
Momen inersia bola terhadap titik O dapat dicari dengan menggunakan teorema sumbu sejajar, ¶ ¶? ∆M, dengan ∆M merupakan besar perpindahan sumbu putar. Dalam kasus ini sumbu putar berpindah dari pusat massa ke titik O sejauh ∆M È c sehingga didapatkan ¶]^@ c È c
Jadi ¶9a9(k/ È c È c 1,921 kg m2
b. Ditanyakan : Jarak titik pusat massa sistem batang-bola terhadap titik O Jawab :
Ambil titik O sebagai pusat dari koordinat kartesian dengan batang dan bola berada pada sumbu-y. Dari gambar pada soal dapat kita ketahui titik pusat massa batang berada pada Mà. Sedangkan titik pusat massa dari bola sendiri berada di M È c (terhadap titik O). Maka titik pusat sistem batang-bola terhadap titik O adalah
M? Ç2ÇY2Y
ÇÇY 1 m
c. Ditanyakan : Kecepatan sudut sistem sesaat setelah tumbukan
Jawab : Untuk meninjau tumbukan yang terjadi kita gunakan hukum kekekalan momentum. Akan tetapi karena sistem yang kita tinjau sistem benda tegar (bukan titik) maka yang digunakan adalah hukum kekekalan momentum sudut. Jenis tumbukan yang terjadi tidak elastik sama sekali
È È# ??È c ¶9a9(k ??È c
Peluru yang bersarang di bola menyebabkan terpenuhinya hubungan È c ? sehingga didapatkan
??È c ¶9a9(k ? È c JIJàe
1. a. Dapatkah sistem yang terdiri dari dua benda atau lebih mempunyai energi kinetik total tidak sama dan memiliki momentum sama dengan nol? Jelaskan
b. Bagaimana mungkin gaya yang besar dapat 2. Bola tenis bermassa 400
akibatnya bola memantul dengan arah yang berlawanan arah semula dengan laju 20 m/s a. Tentukan besar dan arah impuls yang dial
b. Bila waktu kontak antara bola dengan dinding adalah 0,01 detik, hitunglah besarnya gaya rata rata yang dialami bola selama kontaknya
3. Sebuah tabung berbentuk huruf L terisi penuh cairan dengan titik A dan B ada pada dasar tabung (lihat gambar). Gunakan tekanan udara luar
a. Besar tekanan di A dan B, dan
b. Gaya hidrostatik yang dialami sebuah potongan kaca yang luasnya
4. Sebuah kawat terbuat dari besi berdiameter 2 cm (modulus Young besi =
bersambung secara vertikal dengan kawat baja berdiameter 1 cm (modulus Young baja = 10 N/m2
). Panjang masing
masing kawat jika sistem tersebut dibebani dengan massa 400 kg?
5. Seekor jerapah memerlukan jantung yang kuat karena lehernya panjang. Diketahui perbedaan antara katup nadi (tempat dimana pembuluh darah nadi keluar dari jantung) dan kepala adalah 2,5 m serta pembuluh nadi dekat katup nadi sampai ke kepala memiliki penampang lintang yang sama dengan 3,0 mm. Darah merupakan fluida tak kompresibel dengan rapat massa 1,0 g/cm
a. Hitunglah tekanan minimum ke kepala dengan tekanan nol)
b. Jika kecepatan aliran darah dalam soal (a) adalah 7,0 cm/detik, tentukan debit darah yang mengalir
6. Bola pejal A (¶_c
c) memiliki massa dan jari
kg dan c 0,05 m. Keduanya digelindingkan tanpa selip dari ketinggian `
miring (tan 0,75)
SOAL UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR I
TAHUN 2004/2005
Dapatkah sistem yang terdiri dari dua benda atau lebih mempunyai energi kinetik total tidak sama dan memiliki momentum sama dengan nol? Jelaskan
Bagaimana mungkin gaya yang besar dapat menghasilkan momen gaya nol? Jelaskan
400 gr menumbuk dinding dalam arah horizontal dengan laju 30 m/s, akibatnya bola memantul dengan arah yang berlawanan arah semula dengan laju 20 m/s
Tentukan besar dan arah impuls yang dialami bola
Bila waktu kontak antara bola dengan dinding adalah 0,01 detik, hitunglah besarnya gaya rata rata yang dialami bola selama kontaknya
Sebuah tabung berbentuk huruf L terisi penuh cairan dengan titik A dan B ada pada dasar tabung ar). Gunakan tekanan udara luar Í N/m2 dan rapat massa cairan
Besar tekanan di A dan B, dan
Gaya hidrostatik yang dialami sebuah potongan kaca yang luasnya m2
Sebuah kawat terbuat dari besi berdiameter 2 cm (modulus Young besi =
bersambung secara vertikal dengan kawat baja berdiameter 1 cm (modulus Young baja = ). Panjang masing-masing kawat adalah 6 m. Berapakah pertambahan panjang mas masing kawat jika sistem tersebut dibebani dengan massa 400 kg?
Seekor jerapah memerlukan jantung yang kuat karena lehernya panjang. Diketahui perbedaan antara katup nadi (tempat dimana pembuluh darah nadi keluar dari jantung) dan kepala adalah 2,5 m serta pembuluh nadi dekat katup nadi sampai ke kepala memiliki penampang lintang yang sama dengan 3,0 mm. Darah merupakan fluida tak kompresibel dengan rapat massa 1,0 g/cm
Hitunglah tekanan minimum pada katup nadi jerapah (tekanan yang menyebabka ke kepala dengan tekanan nol)
Jika kecepatan aliran darah dalam soal (a) adalah 7,0 cm/detik, tentukan debit darah yang
) dan silinder pejal B (¶W ) memiliki massa dan jari-jari sama yaitu 0,5
m. Keduanya digelindingkan tanpa 2 meter pada sebuah bidang
Dapatkah sistem yang terdiri dari dua benda atau lebih mempunyai energi kinetik total tidak menghasilkan momen gaya nol? Jelaskan
gr menumbuk dinding dalam arah horizontal dengan laju 30 m/s, akibatnya bola memantul dengan arah yang berlawanan arah semula dengan laju 20 m/s
Bila waktu kontak antara bola dengan dinding adalah 0,01 detik, hitunglah besarnya gaya
rata-Sebuah tabung berbentuk huruf L terisi penuh cairan dengan titik A dan B ada pada dasar tabung dan rapat massa cairan Í kg/m3
, lalu tentukan 2
di B
Sebuah kawat terbuat dari besi berdiameter 2 cm (modulus Young besi = 100 u 10« N/m2 ) bersambung secara vertikal dengan kawat baja berdiameter 1 cm (modulus Young baja = 22 u
masing kawat adalah 6 m. Berapakah pertambahan panjang
masing-Seekor jerapah memerlukan jantung yang kuat karena lehernya panjang. Diketahui perbedaan antara katup nadi (tempat dimana pembuluh darah nadi keluar dari jantung) dan kepala adalah 2,5 m serta pembuluh nadi dekat katup nadi sampai ke kepala memiliki penampang lintang yang sama dengan 3,0 mm. Darah merupakan fluida tak kompresibel dengan rapat massa 1,0 g/cm3.
pada katup nadi jerapah (tekanan yang menyebabkan darah sampai Jika kecepatan aliran darah dalam soal (a) adalah 7,0 cm/detik, tentukan debit darah yang
a. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada bola dan silinder b. Hitunglah percepatan translasi masing
c. Bila bidang miring licin, bagaimana keadaan gerak benda dan berapa beda waktu yang diperlukan oleh A dan B untuk sampai ke dasar bidang miring?
7. Sejumlah 2 mol gas ideal monoatomik mengalami proses siklus A gambar di bawah. Proses
Diketahui j_ 150 kPa; Ë
a. Apakah proses C-A adiabatik atau isotermik? b. Untuk masing-masing proses hitung
c. Hitung efisiensi siklus ini
gaya yang bekerja pada bola dan silinder Hitunglah percepatan translasi masing-masing benda
miring licin, bagaimana keadaan gerak benda dan berapa beda waktu yang diperlukan oleh A dan B untuk sampai ke dasar bidang miring?
Sejumlah 2 mol gas ideal monoatomik mengalami proses siklus A-B-C-A seperti ditunjukkan pada gambar di bawah. Proses C-A adalah satu di antara dua proses berikut : adiabatik atau isotermik.
Ë_ 0,03 m3; ËW 0,045 m3; j¥ 100kPa. A adiabatik atau isotermik?
masing proses hitung Ì, d, dan ∆ efisiensi siklus ini
miring licin, bagaimana keadaan gerak benda dan berapa beda waktu yang
A seperti ditunjukkan pada A adalah satu di antara dua proses berikut : adiabatik atau isotermik.