Pembahasan Fisika UN 2017 No. 11 - 15

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2017 nomor 11 sampai dengan nomor 15 tentang:

• fluida statis, 
• fluida dinamis, 
• medan gravitasi, 
• dinamika rotasi, dan 
• momen inersia.

Soal No. 11 tentang Fluida Statis

Sebuah benda dimasukkan ke dalam air (ρ_air = 1 g.cm⁻³), ternyata 25% dari volume benda muncul di atas permukaan air (gambar 1).

Kemudian benda tersebut dicelupkan ke dalam minyak yang massa jenisnya 0,9 g.cm⁻³ (gambar 2) maka volume benda yang berada di atas permukaan minyak (g = 10 m.s⁻²) adalah ….

A.   1/12 bagian
B.   1/6 bagian
C.   1/4 bagian
D.   3/4 bagian
D.   5/6 bagian

Pembahasan

Benda yang dimasukkan ke dalam air memenuhi rumus:

ρ_b V_b = ρ_a V

dengan V adalah volume benda yang tercelup. Karena yang muncul ke permukaan adalah 25% maka yang tercelup adalah:

V = 75% V_b
   = 3/4 V_b

Sehingga rumus di atas menjadi:

ρ_b V_b = ρ_a 3/4 V_b
ρ_b V_b = 1 ∙ 3/4 V_b
     ρ_b = 3/4

Kemudian benda dicelupkan ke dalam minyak sehingga memenuhi rumus:

ρ_b V_b = ρ_m V
3/4 V_b = 9/10 V
        V = 3/4 ∙ 10/9 V_b
           = 5/6 V_b

Diperoleh bahwa benda yang tercelup ke dalam minyak 5/6 V_b sehingga yang muncul ke permukaan adalah:

V_b − 5/6 V_b = 1/6 V_b

Jadi, volume benda yang berada di atas permukaan minyak 1/6 bagian (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Mekanika Fluida.

Soal No. 12 tentang Fluida Dinamis

Perhatikan gambar alat penyemprot nyamuk pada gambar di bawah ini!

Ketika batang penghisap M ditekan, udara dipaksa keluar dari tabung pompa dengan kecepatan v melalui lubang pada ujungnya. P menyatakan tekanan dan v menyatakan kecepatan alir cairan obat nyamuk, maka pernyataan yang benar dari prinsip kerja penyemprot nyamuk tersebut adalah ….A.   P₁ < P₂, maka v₁ < v₂
B.   P₁ > P₂, maka v₁ < v₂
C.   P₁ < P₂, maka v₁ > v₂
D.   P₁ > P₂, maka v₁ > v₂
E.   P₁ = P₂, maka v₁ = v₂

Pembahasan

Alat penyemprot nyamuk di atas merupakan penerapan dari hukum Bernoulli. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:

Ketika batang penghisap M ditekan, udara keluar dari tabung melalui ujungnya dengan kecepatan v₂. Semburan udara ini bergerak sangat cepat sehingga mampu menurunkan tekanan udara luar P₂.

Keadaan ini menyebabkan tekanan udara di dalam tandon cairan obat nyamuk (P₁) menjadi naik. Akibatnya, cairan obat nyamuk naik dengan kecepatan v₁. Kecepatan v₁ ini sangat rendah, hanya cukup menaikkan cairan sampai di ujung pipa vertikal.

Begitu cairan sampai di ujung pipa vertikal, langsung tersembur oleh udara dari tabung yang berkecepatan tinggi sehingga tampak seperti semburan kabut halus.

Berdasarkan keterangan di atas dapat disimpulkan bahwa:

v₁ < v₂
P₁ > P₂

Jadi, pernyataan yang benar tentang prinsip kerja penyemprot nyamuk adalah opsi (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Mekanika Fluida.

Soal No. 13 tentang Medan Gravitasi

Sebuah pesawat ruang angkasa sedang mengitari bumi pada jarak tertentu dari permukaan bumi seperti ditunjukkan pada gambar. Jika pada suatu saat pesawat kehilangan tenaga pada titik tertentu dengan mengabaikan gaya gesekan udara dengan pesawat, maka orbit lintasan pesawat ruang angkasa yang benar adalah gambar ….

Pembahasan

Jika pesawat kehilangan tenaga (tentu saja tenaganya tidak langsung nol) maka dengan sisa energi yang ada, pesawat tersebut tetapi mengorbit bumi tetapi dengan jari-jari lintasan yang semakin mengecil menuju pusat bumi. Hal ini disebabkan oleh adanya pengaruh gaya gravitasi bumi.

Jadi, orbit lintasan pesawat ruang angkasa yang benar adalah gambar (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Medan Gravitasi.

Soal No. 14 tentang Dinamika Rotasi

Seorang penari berdiri di atas lantai es licin dan berputar di tempatnya seperti pada gambar.

Mula-mula penari tersebut berputar dengan menyilangkan kedua tangan di dadanya (gambar A). Kemudian penari tersebut kembali berputar sambil merentangkan kedua tangannya (gambar B). pernyataan pada tabel di bawah ini yang benar berkaitan dengan kedua keadaan penari di atas adalah ….

	Momen inersia (I)	Momentum sudut (L)
A.	IA = IB	LA < LB
B.	IA > IB	LA = LB
C.	IA > IB	LA > LB
D.	IA < IB	LA < LB
E.	IA < IB	LA = LB

Pembahasan

Hubungan antara momen inersia dengan momentum sudut dirumuskan sumbu:

L = I ω

Momentum sudut bersifat kekal. Sehingga momentum sudut penari yang berputar dengan tangan disilangkan (L_A) sama dengan momentum sudut saat berputar dengan kedua tangannya direntangkan (L_B).

L_A = L_B

Sedangkan momen inersia nilainya bergantung pada jarak atau jari-jari putar sesuai rumus:

I = mR²

Jari-jari putar penari dengan kedua tangan disilangkan (R_A) lebih kecil dengan jari-jari putar penari saat kedua tangannya direntangkan (R_B).

R_A < R_B

Karena momen inersia berbanding lurus dengan jari-jari putar maka:

I_A < I_B

Jadi, pernyataan pada tabel di atas yang benar adalah opsi (E).

Soal No. 15 tentang Momen Inersia

Tiga benda P, Q, dan R terletak pada bidang x-y yang saling dihubungkan dengan batang tipis dan ringan membentuk sistem benda tegar.

Data benda diberikan pada tabel:

Benda	Massa (kg)	Koordinat (meter)
P	1	(0, 3)
Q	2	(4, 0)
R	1	(0, −3)

Sistem diputar pada poros yang menembus bidang melalui benda Q dan tegak lurus bidang gambar, maka besar momen inersia sistem adalah ….A.   50 kg.m²
B.   40 kg.m²
C.   20 kg.m²
D.   15 kg.m²
E.   5 kg.m²

Pembahasan

Karena benda Q bertindak sebagai sumbu putar maka yang diperhitungkan hanya benda P dan R. Perhatikan gambar berikut.

Berdasarkan gambar di atas, momen inersia sistem tersebut adalah:

I = m₁ R₁² + m₂ R₂²
  = 1 ∙ 5² + 1 ∙ 5²
  = 25 + 25
  = 50

Jadi, besar momen inersia sistem tersebut adalah 50 kg.m² (A).

Bagikan Artikel ini