Jawaban OSK 2012 Fisika A
1- (nilai 10) Pada kasus ini ada dua objek yang bergerak, yaitu bola dan orang.
Bola mengalami gerak proyektil sehingga mempunyai persamaan kinematika dengan selang waktu∆t1 + ∆t2. Sedang orang mempunyai dua jenis gerak, gerak yang pertama dengan percepatan konstan selama ∆t1 dan gerak yang kedua mempunyai kelajuan konstan selama ∆t2.
Untuk bola
Arah mendatar :
sehingga t
t t sementara t
v t
x( ) 0cos0 ; 1 2,
) (
cos )
(t v0 0 t1 t2
x
(nilai 2) Arah vertikal :
2
0 0
2
0 0
2
0 0 1 2 1 2
0 0 1 2
1 2 1
0
0
1 sin
2
karena ditangkap pada posisi/ketinggian yang sama, maka 0, sehingga :
1
0= sin
2
1
0= sin
2
2 sin
atau
sin ...
2
y t v t gt
y t
v t gt
v t t g t t
v
t t t
g
g t t
v
1 2
0
0
... 2
dan
... 3 2 sin
g t t
v
(nilai 3)
Untuk orang
2
1 1
1 1
1
( ) ... 4 2
dan
... 5
x
x t a t
v a t
(nilai 2) Etape kedua (GLB) :
1 x1.
2 ... 6
x t x v t
Dari persamaan (4), (5) dan (6), didapatkan :
2
1 1 2
1
... 7 2
x t a t a t t
Dari persamaan (1) dan (7), didapatkan :
2
0 0 1 2 1 1 2
0 0 1 2
2
1 1 2
1 cos
2 cos
1 2
v t t a t a t t
v t t
a
t t t
(nilai 3)
2- (nilai 11) Jawaban no. 2
a- Daya minimal yang diperlukan mesin mobil pada saat bergerak mendatar adalah:
2
0, 07 2000 kg 10 m s 10 m s 14000 W
PFvmgv
(nilai 3)
b- Pada saat menanjak dengan kemiringan tan0, 05sin, maka mobil harus mengatasi friksi, sehingga perlu daya minimal sebesar:
( cos sin ) ( tan )
24000 W
PFvmg vmg
(nilai 4)
c- Pada saat menurun:
( cos sin ) ( tan ) 4000 W
PFvmg vmg
(nilai 4)
W
T
cos
T
sin
T
x y
AB
R
(Nilai 2) Dari Hukum II Newton untuk arah x dan y
0 0
cos sin
Fy
FxT mg T ma (Nilai 2)
sehingga
tan
a g (Nilai 2)
Karena bergerak dengan lintasan lingkaran, maka kita dapat menyatakan percepatan benda ke dalam komponen radial dan komponen singgung.
radial
sin ggu
ng
a
Untuk komponen arah radial,
2 2
2 2
sin
sin sin cos
B
B
B v a
R
v aR
v gR
(Nilai 2)
Karena usaha oleh gaya nonkonservatifnya nol sepanjang gerak dari A ke B, maka energi mekanik benda kekal sehingga
2
2
0 1
cos 0
2
2 cos
k p
B
B
E E
mv mgR
v gR
(Nilai 2)
Substitusi nilai
v
B, didapatkan2
2 2
2
sin
2 cos
cos
sin 2 cos
tan 2
tan 2
gR gR
(Nilai 2)
4- (nilai 12) Jawab
ma F
Ffr ma2 (nilai 2) I
fr 25 2
mR
1 2
2 1 2
fr
5 2 5
7 5 2 5 2
a a
a a m ma
mR F
tanpa slip: a1a2 R (nilai 4)
1 2
7 2
a a
(nilai 4)
5- (nilai 8)Jawab:
Tenaga potensial gravitasi diberikan oleh U mgymgax2
a. Kesetimbangan stabil terjadi saat tenaga potensialnya minimum
0
0 2
x mgax dx
dU
(nilai 2)
Jadi kesetimbangan stabil terjadi pada x0. (nilai 2)
b. Tenaga osilasi harmonic sederhana sebanding dengan kuadrat perubahan posisi .
2
x yang ditunjukkan dalam persamaan U21kx2 dan memiliki frekuensi sudut
.
m k
mga k
kx mgax
U 2 21 2 2 (nilai 2)
Sehingga
rads/sec 2
1 , 0 10 2 2
2
ga
m mga m
k
(nilai 2)
6- (nilai 16)
Pada sistim katrol berlaku a = α R. Ambil nilai g = 10 m/det.2 Jadi, a1 = 0,5 α dan a2 = 0,2 α
Percepatan sudut benda m1 dan m2 sama karena katrolnya sama. Pada kedua benda m1 dan m2 juga sama-sama berlaku Hk. Newton:
F = m a dan = I α
Pada benda m1: m1g – T1 = m1 a1 20 – T1 = α (1)
T1 r1 – T2 r2 = I α 0,5 T1 – 0,2 T2 = 1,7 α (3) (nilai 2)
Substitusikan T1 pada (1) dan T2 pada (2) ke dalam pers (3), menghasilkan:
10 – 0,5 α– 3,6 – 0,072 α = 1,7 α
6,4 = 2,272 α α = 2,817 rad/s2 (nilai 2) Maka a1 = 0,5 α = 1,41 m/s2 dan T1 = 20 –α = 17,183 N
a2 = 0,2 α = 0,563 m/s2 dan T2 = 18 – 0,36 α = 19,014 N (nilai 2) a- Benda m1 saat menyentuh lantai,
Kecepatannya: v1t 2a1h 2x1,41x0,2 0,751 m/s
Waktu yang dibutuhkannya: s
a v t t 533 , 0 41 , 1 751 , 0 1
1
(nilai 2)
Waktu ini juga yang digunakan oleh benda m2 untuk naik hingga kecepatannya mencapai, s m x t a v v t / 3 , 0 533 , 0 563 , 0 0 2 20 2 (nilai 2)
b- Ketinggian benda m2 setelah bergerak selama t = 0,533 s adalah:
m x x t a t v y y t 28 , 0 ) 533 , 0 ( 563 , 0 5 , 0 0 2 , 0 2 / 1 2 2 2 20 20 2 (nilai 2)
Setelah benda m1 menumbuk lantai, benda m2 masih terus bergerak ke atas secara
“jatuh bebas” dengan kecepatan awalnya sebesar vo = v2t = 0,3 m/s.
Jadi mm m g v h gh v gh v v o o o t 5 , 4 10 . 5 , 4 20 3 , 0 2 2 0 2 3 2 2 2 2 2
(nilai 2)
Jadi ketinggian total yang dicapai benda m2 adalah: y = y2t + h
7- (nilai 14)
Konstanta pegas k = 500 N/m
Panjang pegas tanpa kontraksi lo = 10 cm Massa cincin m = 10 kg
vi dan li masing-masing kecepatan cincin dan panjang pegas mula-mula
v dan l masing-masing kecepatan cincin dan panjang pegas setiap saat
Kekekalan energy mekanik pada sistim pegas: ½ mv2 + ½ k (l – lo)2 = ½ mvi2 + ½ k (li – lo)2
(nilai 2) Karena vi = 0,
maka
m k l
l l l
v ( i o) ( o) .
2 / 1 2 2
(nilai 2)
dan sesuai gambar disamping, li 202 152 25cm
a- Saat cincin melewati titik A,
l = lA = 20 cm; (nilai 2) dan masukan nilai2 k, lo, dan m diatas untuk mendapatkan:
s m vA
/ 791 , 0
0125 , 0 . 50 1
, 0 2 , 0 1 , 0 25 , 0 10
500 2 2
(nilai 3)
b- Saat cincin melewati titik B,
cm cm
l
l B 20 10 10 5 22,36
2
2
(nilai 2)
s m
vB 50. 0,152 12,362 0,601 / (nilai 3)
a- Agar “mobil” bisa membuat loop satu lingkaran penuh, maka saat di C: NC 0 NCmin = 0
F = m acp
R mv N
mg C C
2
; kondisi minimum, NC = 0
maka vC2min gR (1) (nilai 2)
Kekekalan energy : EMA = EMC
mvAmghA mvC mghC
2 2
2 / 1 2
/ 1
2
) (
2
0 g hAhC vC vC2min 2ghmin (2) (nilai 2) Substitusi (1) ke (2), diperoleh: hmin = ½ R (nilai 2)
b- Kekekalan energy di A dan D: EMA = EMD
D D
A
A mgh mv mgh
mv2 1/2 2
2 / 1
2
) 5 , 0 2 ( 2
0 g R R vD vD 5gR (nilai 3)
c- Jika “mobil” nya bermesin dan gesekan TIDAK diabaikan, dan saat “mobil” mencapai titik C, berlaku:
2
22 / 1 2
C C
C mv
R R mv N
mg (nilai 1)
Dari persamaan kekekalan energy di A dan C, substitusikan ke pers. diatas, didapat:
mgh
R N
mg C 2
) 65 , 0 . ( 2
0
mg R
mgR
= 0,15 mgR energy gesekan yang hilang (nilai 3)
Energy yang dibutuhkan (input energy) untuk membuat satu loop: Wi = mg (2R + 0,65 R) = 2,65 mgR
Efisiensi Mesin mobil: 0,94 94%
65 , 2
15 , 0 65 , 2
i i
W W