JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER 1 Page 1 JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA
KELAS XI Semester 1
1. Suatu pegas jika ditarik dengan gaya 40 N ternyata bertambah panjang sebesar 5 cm. Konstanta pegas tersebut sama dengan ... N/m.
Diketahui: F = 40N
m cm
x
2
10 . 5 = 5 =
∆
Ditanya: k =?
Jawab: 2
2
10 × 8 =
10 . 5
40 = =
x F k
∆ N/m
2. Sebuah pegas memiliki panjang 10 cm. Saat ditarik dengan gaya 4,5 N panjang pegasnya menjadi 13 cm. Berapakah panjang pegas jika ditarik gaya sebesar 13,5 N?
Jawab:
Pertambahan panjang pada kasus pertama adalah ∆x = (13 – 10) cm = 3 cm
Gunakan perbandingan !
F = 4,5 N ∆x = 3 cm
F = 13,5 N ∆x = ×3
5 , 4
5 , 13
cm
= 9 cm
Maka panjang pegas sekarang = (10 + 9) cm = 19 cm.
3. Kawat logam panjangnya 50 cm dan luas penampang 4 mm2. Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 20 N, ternyata panjangnya menjadi 51 cm. Modulus elastisitas (modulus Young) kawat logam tersebut adalah… N/m2
Diketahui: l0 =50 cm=0,5 m
2 6 2 =4.10
4
= mm m
A
N F =20
m cm
cm l
2
10 = 1 = ) 50 51 ( =
∆
Ditanya: E=?
Jawab:
8 2
6 0
10 . 4
10 =
10 . 10 . 4
5 , 0 × 20 = . . =
l A
l F E
∆
8
10 × 5 , 2
= N/m
4. Seutas kawat mempunyai modulus Young x, panjang awal y dan luas penampangnya z. Jika kawat tersebut ditarik dengan gaya F, maka
pertambahan panjang kawat tersebut sama dengan…(nyatakan dlm x, y, z, F)
Diketahui: E = x l0 = y A = z
Gaya = F Ditanya:
∆
l = ?Jawab:
Dari rumus: ,
. .
= 0
l A
l F E
∆ kita dapatkan
rumus untuk
∆
l, yaitu:E A
l F l
. .
= 0
∆
Masukkan nilai E, l0, dan A, kita peroleh:
x z
y F l
. . =
∆
5. Suatu kawat berluas penampang 4 cm2 dan panjang awal 2 m ditarik dengan gaya 20 N, ternyata bertambah panjang 5 cm. Regangan (strain) kawat = ….
Jawab:
025 , 0 = 200
5 = 2 5 = =
0 cm
cm
m cm
l l Strain ∆
Catatan: Satuan
∆
l dan l0 dalam rumus
JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER 1 Page 2 6. Kawat X mempunyai panjang L, luas
penampang A, dan modulus Young E.
Kawat Y mempunyai panjang L 3 2
, luas
penampang 0,5 A, dan modulus Young 3E. Kawat X dan Y mendapat gaya yang sama. Perbandingan pertambahan
panjang kawat X dan Y adalah…
Diketahui: (l0)X =L A AX =
E EX =
L l Y
3 2 0) =
(
A AY
2 1
=
E EY =3
Y X F
F = ( = F, misalkan)
Ditanya: ∆lX :∆lY =....?
Jawab:
Dari rumus: , .
.
= 0
l A
l F E
∆ kita dapatkan
rumus untuk
∆
l, yaitu:E A
l F l
. .
= 0
∆
Maka:
) (
) (
1 =
3 . .
. .
=
. ) .(
. ) .(
=
2 3 3 2
2 1
3 2 0
0
E A
L F
E A
L F
E A
l F
E A
l F
l l
Y Y
Y Y
X X
X X
Y X
∆ ∆
4 9 = 1 = × 1 =
9 4 3 2 3 2
Jadi, ∆lX :∆lY =9:4
7. Diketahui konstanta pegas P = 150 N/m dan konstanta pegas Q = 300 N/m. Berapakah konstanta pegas penggantinya jika P dan Q disusun:
(1) seri (2) paralel
Jawab:
(1) Untuk susunan seri, gunakan rumus:
2 1
1 + 1 = 1
k k
kseri ,
dimana dalam hal ini k1 = 150 N/m
dan k2 = 300 N/m.
(2) Untuk susunan parallel, gunakan rumus:
2 1+ =k k kparalel
Coba hitunglah sendiri !
8. Empat kawat memiliki luas penampang dan panjang yang sama. Modulus Young kelima kawat tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:
Kawat ModulusYoung
(N/m2)
A 8 x 109
B 2 x 107
C 5 x 107
D 2,5 x 108
Jika pada masing-masing kawat ditarik dengan gaya F yang sama besarnya, kawat manakah yang mengalami pertambahan panjang paling besar ?
Jawab: Dari rumus:
l A
l F E
∆
. .
= 0 dapat
diambil kesimpulan bahwa E berbanding terbalik dengan
∆
l. Maka kawat yang mengalami pertambahan panjang terbesar adalah yang memiliki modulus Young terkecil, yaitu kawat B.
JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER 1 Page 3 Jawab:
Besar gaya tarik beban:
F = Mg = 1,2 x 10 = 12 Newton.
Karena pegas k4 dan susunan gabungan pegas k1, k2, k3 dirangkai seri, maka gaya yang dirasakan pegas k4 juga F = 12 N.
Pertambahan panjang pegas k4 adalah:
cm m
k F
x =0,03 =3
400 12 = =
4 4
∆ .
10. Grafik hubungan antara gaya tarik F dan perubahan panjang pegas x adalah sebagai berikut:
F (N)
530
x (cm) Besarnya konstanta pegas tersebut adalah…. N/m
Jawab:
Karena rumus untuk konstanta pegas
adalah x F
k = , maka k adalah
kemiringan grafik F terhadap x.
3 4 = 53 tan
= 0
k N/cm
= 3 400
N/m
= 133,33 N/m
11. Dari grafik berikut ini, daerah manakah yang menunjukkan zona elastisitas ?
Stress (Tegangan)
A C D
B
O Strain(Regangan)
Jawab:
Zona elastisitas adalah zona dimana hubungan antara stress dengan strain adalah linier (garis lurus). Zona elastisitas adalah bagian O-A.
12. Perhatikan keterangan berikut ini:
Sebuah benda bergetar harmonik sederhana sepanjang sumbu Y. Simpangannya bervariasi terhadap waktu sesuai persamaan:
) + sin( 5 =
2 3 1π π
t y
dimana y dalam cm, t dalam detik, dan sudut dalam radian.
(a) Frekuensi getaran ini adalah…Hz. (b) Kecepatan benda pada waktu t
adalah v = ….
(c) Percepatan maksimum dari gerak benda adalah… cm/s2
(d) Perpindahan benda dari t=0 sampai t = 2 detik adalah ∆y = …..cm
Jawab:
(a) Bandingkan persamaan
) + sin( 5 =
2 3 1π π
t y
dengan bentuk umum: ) + sin(
= A ωt θ0
JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER 1 Page 4 Dapat disimpulkan:
5 =
A (cm)
π ω 31
= (rad/s)
2 0 = π
θ (rad)
Dari ω π
3 1
= dan f
T π
π ω= 2 =2
maka π π
3 1 = 2 f sekon f 6 1 = 2 = 3 1 π π
(b) Kecepatan adalah turunan dari simpangan y. )} + sin( 5 { = = 2 3 1πt π dt
d dt dy v
=5. cos( + )
2 3 1 3
1π π π
t
= cos( + )
2 3 1 3
5π π π
t
(c) Bentuk umum percepatan adalah
) + sin(
= ω2A ωt θ0
a
Dari sini dapat diketahui bahwa nilai maksimum untuk percepatan adalah:
A amax =ω2
Masukkan nilai A=5 (cm) dan
π ω 31
= (rad/s), kita peroleh:
5 . ) ( = 2 3 1 max π
a = 2
9 5π
(cm/s2)
(d) Dari persamaan:
) + sin( 5 = 2 3 1π π
t y kita dapatkan: ) sin( 5 = ) + 0 . sin( 5 = ) 0 ( 2 2 3
1π π π
y
=5sin900 =5.1=5 cm
) + sin( 5 = ) + 2 . sin( 5 = ) 2 ( 2 3 2 2 3
1π π π π
y
=5sin( + )=5sin( )
6 7 6
3 6
4π π π
0 0 6 7 210 sin 5 = ) 180 . sin( 5 =
= 5. (– sin 300)= 5 x ( )
2 1
= – 2,5 cm.
Maka ∆y= y(2) y(0)
=( 2,5) 5= 7,5 cm.
13. Sebuah benda dengan massa 50 gram dihubungkan dengan pegas yg
mempunyai konstanta pegas 20 N/m. Jika benda tersebut ditarik 5 cm dari titik setimbangnya kemudian dilepas, maka periode getarannya adalah… sekon.
Diketahui: m=50g =0,05kg
20 =
k N/m
5 =
A cm = 0,05 m
Ditanya: T =...?
Jawab:
Untuk menghitung periode getaran pegas, gunakan rumus:
k
m
T
=
2
π
Masukkan nilai m dan k, diperoleh:
10
×
2
2
10
×
5
2
=
20
05
,
0
2
=
π
π
T
4
10
×
25
2
=
3
10
×
5
,
2
2
=
π
π
2
10
×
5
×
2
=
π
=10π×10 2=π×10 =0,1 π
1
sekon.
14. Di antara besaran-besaran pada getaran harmonik berikut ini:
JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER 1 Page 5 Besaran manakah yang berbanding lurus
dengan:
(a) simpangan getaran ?
(b) kuadrat simpangan getaran ? (c) kuadrat amplitudo getaran ?
Jawab:
(a) Besaran yang berbanding lurus dengan simpangan getaran adalah gaya pemulih. Ingat rumus:
y m
Fp = ω2 Fp∝ y
(b) Besaran yang berbanding lurus dengan kuadrat simpangan getaran adalah energi potensial. Ingat rumus:
2 2 1
= ky
EP EP∝ y2
(c) Besaran yang berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo getaran adalah energi mekanik. Ingat rumus:
2 2 1
= kA
EM EM∝ A2
15. An object is connected to the spring having constant of spring 400 N/m. The spring is pulled 8 cm, and then released so that harmonic oscillation occurs. Kinetic energy of the object when its displacement is 4 cm from equilibrium point is ….
Diketahui: k = 400 N/m 8
=
A cm = 8 x 10–2 m 4
=
y cm = 4 x 10–2 m
Ditanya: EK = ? (saat y = 4 cm)
Jawab:
2 2 1 2 2 1
=
= EM EP kA ky
EK
) (
= 2 2
2 1
y A k
. 400 . =
2 1
( (8 x 10–2)2 – (4 x 10–2)2 )
= 200. (64 x 10–4 – 16 x 10 –4) = 200. ( 48 x 10 – 4)
= 96 x 10 – 2 Joule = 0,96 Joule
16. A mathematical pendulum oscillates harmonically. At maximum
displacement, among these following quantities:
(1) displacement (2) potensial energy (3) velocity
(4) kinetic energy (5) acceleration (6) mechanical energy (7) force
which ones have: (a) zero magnitude ? (b) maximum magnitude ?
Jawab:
(a) Jika simpangannya maksimum, maka
kecepatan (velocity)danenergi kinetik (kinetic energy) sama dengan nol.
(b) Jika simpangannya maksimum, maka besaran-besaran:
(1) displacement (simpangan) (2) potensial energy
(3) acceleration (percepatan) (7) force (gaya)
mempunyai nilai yang maksimum
pula.
Ingat rumus: 2
2 1
= ky
EP ,
y
a= ω2 dan Fp = mω2y. Jika y mencapai maksimum, maka EP, a dan Fp juga mempunyai besar
yang maksimum pula. (Tanda minus (–) pada a dan Fp hanya menunjuk-
kan arahnya berlawanan dengan simpangan)
JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER 1 Page 6 Jawab:
Misalkan
T1 = periode getaran pada Figure 1 T2 = periode getaran pada Figure 2 Kita ingin mencari perbandingan T1 : T2.
Mula-mula, kita hitung dulu konstanta pegas pengganti pada Figure 1 dan Figure 2
Figure 1: Karena ada tiga pegas yang masing-masing berkonstanta k dan disusun secara parallel, maka konstanta penggantinya kp adalah:
. 3 = + +
=k k k k kp
Figure 2: Karena ada tiga pegas yang masing-masing berkonstanta k dan disusun secara seri, maka konstanta penggantinya kS memenuhi persamaan:
k k k k kS
3 = 1 + 1 + 1 = 1
3 = k kS
Ingat kembali periode getaran benda bermassa M pada pegas berkonstanta K
adalah T =2π MK . Maka perbandingan
periode pada Figure 1 dan Figure 2 adalah:
S k
M p k
M
T T
π π
2 2 =
2 1
S k
p k
T T
1 1 2
1
=
p S k k T
T =
2 1
k T
T k
3 ) (
= 3
2 1
3 1 = 9 1 =
2 1
T T
Jadi, T1 : T2 = 1 : 3