Pembahasan Fisika UN 2017 No. 16 - 20

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2017 nomor 16 sampai dengan nomor 20 tentang:

• usaha dan energi [medan konservatif], 
• usaha dan energi [konversi energi], 
• usaha dan energi [perubahan energi potensial], 
• impuls dan momentum, serta 
• gerak lurus berubah beraturan.

Soal No. 16 tentang Usaha dan Energi [medan konservatif]

Perhatikan gambar berikut!

Dua benda menuruni lintasan dari titik A. Massa benda pertama m₁ = 5 kg dan benda kedua m₂ = 15 kg. Jika percepatan gravitasi g = 10 m.s⁻² maka perbandingan energi kinetik E_k1 ∶ E_k2 di titik B adalah ….

A.   1 : 2
B.   1 : 3
C.   1 : 9
D.   2 : 1
E.   3 : 1>

Pembahasan

Energi kinetik di titik B merupakan perubahan energi potensial dari titik A ke B. Sesuai dengan hukum medan konservatif, lintasan tidak perlu diperhatikan. Yang perlu diperhatikan hanyalah posisi titik A dan B.

E_kB = mg(h_A − h_B)

Dengan demikian, perbandingan energi kinetik di titik B untuk benda pertama dan kedua adalah:

Jadi, perbandingan energi kinetik benda pertama dan kedua di titik B adalah 1 : 3 (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Usaha dan Energi.

Soal No. 17 tentang Usaha dan Energi [konversi energi]

Perhatikan gambar berikut!

Sebutir peluru ditembakkan dari senapan A ke arah balok bermassa 2 kg, ternyata peluru bersarang di dalam balok dan balok naik setinggi h₁ = 5,0 cm. Kemudian balok identik ditembak dengan peluru dari senapan B, peluru juga bersarang di dalam balok dan balok naik setinggi h₂ = 10 cm. Kedua peluru identik bermassa 100 gram. Perbandingan kecepatan peluru dari senapan A dan B adalah ….A.   √2 ∶ 1
B.   1 ∶ √2
C.   5 ∶ 1
D.   2 ∶ 5
E.   1 ∶ 5

Pembahasan

Peluru ditembakkan ke balok dengan kecepatan v menyebabkan balok naik setinggi h. Artinya, terjadi konversi energi dari energi kinetik berubah menjadi energi potensial.

        E_k = E_p
1/2 mv² = mgh
         v² = 2gh
           v = √(2gh)
           v ~ √h

Sehingga perbandingan kecepatan peluru A dan B adalah:

Jadi, perbandingan kecepatan peluru dari senapan A dan B adalah 1 ∶ √2 (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Usaha dan Energi.

Soal No. 18 tentang Usaha dan Energi [perubahan energi potensial]

Sebuah benda yang massanya 5 kg bergerak melewati lintasan naik turun seperti gambar di bawah (g = 10 m.s⁻²).

Energi kinetik benda pada titik Q adalah ….

A.   400 joule
B.   300 joule
C.   250 joule
D.   150 joule
E.   100 joule

Pembahasan

Soal ini mirip dengan soal nomor 16, bahwa energi kinetik di titik Q merupakan perubahan energi potensial dari titik P ke Q.

E_kQ = mg(h_P − h_Q)
        = 5 ∙ 10(10 − 5)
        = 250

Jadi, energi kinetik benda pada titik Q adalah 250 joule (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Usaha dan Energi.

Soal No. 19 tentang Impuls dan Momentum

Perhatikan tiga peristiwa tumbukan pada gambar berikut!

Ketiga balok bergerak dengan kecepatan v₁ = 3 m.s⁻¹ menumbuk balok yang diam. Tumbukan yang terjadi bersifat tidak lenting sama sekali, maka urutan kecepatan balok setelah tumbukan dari yang terbesar hingga terkecil terdapat pada gambar ….A.   I, II, III
B.   I, III, II
C.   II, I, III
D.   III, I, II
E.   III, II, I

Pembahasan

Karena tumbukan bersifat tidak lenting sama sekali maka setelah tumbukan kedua benda akan bergabung dalam geraknya.

m₁ v₁ + m₂ v₂ = (m₁ + m₂)v'

Diketahui bahwa balok kedua diam (v₂ = 0) sehingga:

Mari kita gunakan rumus di atas untuk kecepatan akhir dari gambar I, II, dan III.

Jadi, urutan kecepatan balok setelah tumbukan dari yang terbesar hingga terkecil adalah gambar I, III, II (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Impuls dan Momentum.

Soal No. 20 tentang Gerak Lurus Berubah Beraturan

Balok bermassa 5 kg meluncur turun dari titik X melalui Y dan berhenti di titik Z seperti ditunjukkan pada gambar.

Koefisien gesek kinetik antara balok dan bidang = 0,4 maka panjang lintasan Y-Z adalah ….A.   50 cm
B.   100 cm
C.   150 cm
D.   200 cm
E.   250 cm

Pembahasan

Karena kecepatan balok di titik X sama dengan nol dan bidang miring licin, maka kecepatan di titik Y sama dengan gerak jatuh bebas dari ketinggian 40 cm.

  v_y = √(2gh)
v_y² = 2gh
      = 2 ∙ 10 ∙ 0,4
      = 8

Sedangkan lintasan Y-Z berupa lantai kasar sehingga balok akan mengalami perlambatan yang disebabkan oleh gaya gesek (f) sebesar:

a = f/m
   = μmg/m
   = μg
   = 0,4 ∙ 10
   = 4

Panjang lintasan Y-Z dapat dicari dengan rumus:

v_z² = v_y² − 2as
   0 = 8 − 2 ∙ 4 ∙ s
 8s = 8
   s = 1 m
      = 100 cm

Jadi, panjang lintasan Y-Z adalah 100 cm (B).

Bagikan Artikel ini