Kumpulan Soal Fisika 626s2a

MATERI KELOMPOK 1 (jarak, posisi, kecepatan, kelajuan, percepatan, gerak lurus dan gerak melingkar) Soal No. 1 Sebuah partikel bergerak dengan persamaan posisi terhadap waktu : r(t) =3t2−2t+1 dengan t dalam sekon dan r dalam meter. Tentukan: a. Kecepatan partikel saat t = 2 sekon b. Kecepatan rata-rata partikel antara t = 0 sekon hingga t= 2 sekon Pembahasan a. Kecepatan partikel saat t = 2 sekon (kecepatan sesaat)

b. Kecepatan rata-rata partikel saat t = 0 sekon hingga t = 2 sekon

Soal No. 2 Sebuah benda bergerak lurus dengan persamaan kecepatan :

Jika posisi benda mula-mula di pusat koordinat, maka perpindahan benda selama 3 sekon adalah… A. 10 m B. 20 m C. 30 m D. 40 m E. 50 m (Sumber soal: Marthen Kanginan 2A, Kinematika dengan Analisis Vektor) Pembahasan Jika diketahui persamaan kecepatan, untuk mencari persamaan posisi integralkan persamaan kecepatan tersebut, masukkan waktu yang diminta.

Soal No. 3 Grafik kecepatan (v) terhadap waktu (t) berikut ini menginformasikan gerak suatu benda.

Kecepatan rata-rata benda dari awal gerak hingga detik ke 18 adalah…. A. 3 m/s. B. 6 m/s. C. 9 m/s. D. 12 m/s E. 15 m/s Pembahasan Kecepatan rata-rata adalah perpindahan dibagi dengan selang waktu. Jika disediakan grafik v terhadap t seperti soal diatas, perpindahan bisa dicari dengan mencari luas di bawah kurva dengan memberi tanda positif jika diatas sumbu t dan tanda negatif untuk dibawah sumbu t. Luas = perpindahan = Luas segitiga + luas trapesium

Soal No. 4 Persamaan posisi sudut suatu benda yang bergerak melingkar dinyatakan sebagai berikut: Tentukan: a) Posisi awal b) Posisi saat t=2 sekon c) Kecepatan sudut rata-rata dari t = 1 sekon hingga t = 2 sekon d) Kecepatan sudut awal e) Kecepatan sudut saat t = 1 sekon f) Waktu saat partikel berhenti bergerak g) Percepatan sudut rata-rata antara t = 1 sekon hingga t = 2 sekon h) Percepatan sudut awal i) Percepatan sudut saat t = 1 sekon Pembahasan a) Posisi awal adalah posisi saat t = 0 sekon, masukkan ke persamaan posisi

b) Posisi saat t = 2 sekon

c) Kecepatan sudut rata-rata dari t = 1 sekon hingga t = 2 sekon

d) Kecepatan sudut awal Kecepatan sudut awal masukkan t = 0 sekon pada persamaan kecepatan sudut. Karena belum diketahui turunkan persamaan posisi sudut untuk mendapatkan persamaan kecepatan sudut.

e) Kecepatan sudut saat t = 1 sekon

f) Waktu saat partikel berhenti bergerak Berhenti berarti kecepatan sudutnya NOL.

g) Percepatan sudut rata-rata antara t = 1 sekon hingga t = 2 sekon

h) Percepatan sudut awal Turunkan persamaan kecepatan sudut untuk mendapatkan persamaan percepatan sudut.

i) Percepatan sudut saat t = 1 sekon

Soal No. 5 Sebuah partikel bergerak dari atas tanah dengan persamaan posisi Y = (−3t2 + 12t + 6 ) meter.

Tentukan : a) Posisi awal partikel b) Posisi partikel saat t = 1 sekon c) Kecepatan awal partikel d) Percepatan partikel e) Waktu yang diperlukan partikel untuk mencapai titik tertinggi f) Lama partikel berada di udara g) Tinggi maksimum yang bisa dicapai partikel Pembahasan a) Posisi awal partikel

b) Posisi partikel saat t = 1 sekon

c) Kecepatan awal partikel

d) Percepatan partikel. Turunkan persamaan kecepatan untuk mendapatkan persamaan percepatan:

e) Waktu yang diperlukan partikel untuk mencapai titik tertinggi Saat mencapai titik tertinggi kecepatan partikel adalah NOL.

f) Lama partikel berada di udara Partikel berada diudara selama dua kali waktu untuk mencapai titik tertinggi yaitu 4 sekon. g) Tinggi maksimum yang bisa dicapai partikel Tinggi maksimum tercapai saat 2 sekon, masukkan ke persamaan posisi.

MATERI KELOMPOK 2 (gelombang dan kecepatan energi) 1. Ujung sebuah tali yang panjangnya 1 meter di getarkan sehingga dalam waktu 2 sekon terdapat 2 gelombang. tentukanlah persamaan gelombang tersebut apabila amplitudo getaran ujung tali 20 cm. Penyelesaian Diketahui : l = 4λ →λ = ¼ = 0,25 m t = 4λ → T = 2/4 = 0,5 s ditanyakan : y = ….? Jawab: Y = A sin (ωt-kx) = 0,2 sin [(2π/0,5)t-(2π/0,25)x] = 0,2 sin (4πt-8πx) =0,2 sin 4π (t-x)

2. Sebuah gelombang pada permukaan air dihasilkan dari suatu getaran yang frekuensinya 30 Hz. Jika jarak antara puncak dan lembah gelombang yang berturutan adalah 50 cm, hitunglah cepat rambat gelombang tersebut! Penyelesaian : Diketahui : f = 30 Hz , ½ λ = 50 cm à λ = 100 cm = 1 m Ditanya : v = ..?

Jawab : v = λ.f = 1.30 = 30 m/s

3. Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali dinyatakan oleh x dan y dalam cm dan t dalam sekon. Tentukan (a) arah perambatan gelombang (b) amplitude gelombang (c) frekuensi gelombang

(d ) bilangan gelomban (e ) panjang gelombang dan (f) kecepatan rambat gelombang Jawab : Persamaan gelombang y = 0,04 sin 0,2 π (40t-5x)= 0,04 sin (8π-πx)

(a) Karena tanda koefisien t berbeda dengan tanda koefisien x , gelombang merambat ke sumbu x positif ( ke kanan )

(b) Amplitudo gelombang A = 0,04 cm (c) Kecepatan sudut ω= 8π. Karena ω= 2πf , maka 2πf= 8π atau f = 4 Hz (d) Bilangan gelombang k = μ/cm (e) Karena rumus bilangan gelombang k = 2π/λ maka π = 2π/λ atau λ = 2 cm

(f) Kecapatan rambat gelombang dapat ditentukan dengan 2 cara yaitu v = f λ = 4,2 = 8 cm/s V= ω/k = 8π/π = 8 cm/s 4. Sebuah benda bergerak melingkar dengan periode 0,8 sekon dan jari-jari lingkaran 0,4m. jika proyeksi gerak tersebut menghasilkan gerak harmonic dengan simpangan 0,2 m pada awal gerakan, maka tentukan: a.

Posisi sudut awal

b.

Jarak simpangan pada saat benda telah bergerak selama 1s

Penyelesaian: Diket: T = 0,8 s

R= 0,4 m

Ditanyakan: a. Ѳ = ? b. y=? jawab a. 0,2

y

= A sin ((2π t/T) + Ѳ) =0,4 sin ((2π.0/0,8) + Ѳ)

y= 0,2 m

Sin Ѳ =0,2/0,4 =0,5 Ѳ b.

=30˚ y

= A sin ((2π t/T) + Ѳ)

=0,4 sin ((2π.0,1/0,8) + Ѳ) =0,4 sin (45˚+30˚) =0,4 sin (75˚) =0,38 5. Dalam dua menit terjadi 960 getaran pada suatu partikel. Tentukan: a) periode getaran b) frekuensi getaran Penyelesaian Diket : Jumlah getaran n = 960 waktu getar t = dua menit = 120 sekon a) periode getaran T = t /n T = 120 / 960 sekon T = 0,125 sekon b) frekuensi getaran f = n/t f = 960 / 120 f = 8 Hz

MATERI KELOMPOK 3 (hukum statis dan dinamis) Soal No. 1 Perbandingan luas penampang pipa besar dan pipa kecil adalah 4 : 1. Posisi pipa besar adalah 5 m diatas tanah dan pipa kecil 1 m diatas tanah. Kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 36 km/jam dengan tekanan 9,1 x 105Pa. Tentukan : a) Kecepatan air pada pipa kecil b) Selisih tekanan pada kedua pipa c) Tekanan pada pipa kecil (ρair = 1000 kg/m3) Pembahasan Data : h1 = 5 m h2 = 1 m v1 = 36 km/jam = 10 m/s P1 = 9,1 x 105 Pa A1 : A2 = 4 : 1 a) Kecepatan air pada pipa kecil Persamaan Kontinuitas : A1v1 = A2v2 (4)(10) = (1) (v2) v2 = 40 m/s b) Selisih tekanan pada kedua pipa Dari Persamaan Bernoulli : P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2 P1 − P2 = 1/2 ρ(v22 − v12) + ρg(h2 − h1) P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5) P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000 P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa c) Tekanan pada pipa kecil P1 − P2 = 7,1 x 105 9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105 P2 = 2,0 x 105 Pa Soal No. 2 Air mengalir melalui pipa mendatar dari penampang besar ke kecil dengan kecepatan 4 m/s. Apabila diketahui diameter d1= 5 cm, d2 = 2 cm, dan tekanan p1 = 16 x 105 N/m2, tentukan kecepatan (v2) dan tekanan di A2 (p2)! Penyelesaian: Diketahui: h1 = h 2 p = 1.000 kg/m3 d1 = 5 cm = 5 x 10-2 m d2 = 2 cm = 2 x 10-2 m v1 = 4 m/s p1 = 16 x 105 N/m2

Ditanyakan: a. kecepatan di A2 (v2) b. tekanan di A2 (p2) Jawab : a. Digunakan persamaan kontinuitas

b. Jadi, kecepatan aliran air A2 sebesar 25 m/s b. Tekanan di A2(p2) P2 + p g h2 + ½ pv22 = p1 + p g h1 + ½ pv12 P2 = p1 + p g h(h1-h2) + ½ p(v12 + v22) = 16 x 105 + 0 + ½ (1.000) (16-625) = 16 x 105 – 30,5 x 104 = 160 x 104 – 30,5 x 104 = 129,5 x 104 = 1,295 x 106 Jadi, tekanan air A2 sebesar 1,295 x 106 Soal No 3 Sebuah kolam renang dalamnya 5,2 m berisi penuh air. Jika massa jenis air 1 gr/cm3 dan percepatan gravitasi g = 10 m/s2, maka tekanan hidrostatis suatu titik yang berada 40 cm di atas dasar bak adalah... a.3,5 kPa b.4,0 kPa c.5,6 kPa d.48 kPa e.52 kPa

Pembahasan: Tekanan Hidrostatis Ph = ρ g h Dengan

h = (5,2 – 0,4) = 4,8 m ρ = 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3 Ph = 1000. 10. 4,8 Ph = 48.000 N/m2 = 48.000 Pa = 48 kPa

Soal No 4 Pada bejana U terdapat air dan minyak yang ditunjukan oleh gambar.

Jika massa jenis air 1 gr/cm3,maka massa jenis minyak adalah...gr/cm3 a.1,67 b.1,6 c.0,75 d.0,6 e.0,4 Pembahasan: Ph (1) = Ph (2) ρair g h1 = ρm g h2 1.10. 6 = ρm 10. 8 ρm = 0,75 gr/cm3

Soal No 3 Perhatikan gambar berikut ini!

Soal No. 5 Sebuah Dongkrak Hidrolik dengan sebuah beban Jika sebuah dongkrak hidrolik memiliki luas penampang A1 400 cm2 dan luas penampang A21000 cm2. Jika berat benda adalah 120 N, maka gaya F yang dibutuhkan adalah... a.12 N b.24 N c.48 N d.60 N e.100 N Pembahasan:

Sebuah pompa air dengan luas penampang pipa sebesar 75 cm2 ingin digunakan untuk memompa air dari kedalaman 8 m (perhatikan gambar).

Jika percepatan gravitasi 10 m/s2 dan pada saat memompa timbul gaya gesekan pada penghisap sebesar 20 N sedangkan gesekan-gesekan lain diabaikan, maka gaya minimum yang diperlukan untuk memompa adalah... a. 124 N b. 120 N c. 116 N d. 100 N e. 40 N

Pembahasan Diketahui: Gaya gesek f = 20 N Luas penampang pipa A = 75 cm2 g = 10 m/s2 p air = 1000 kg/m3 Ditanya: F? Jawab:

MATERI KELOMPOK 4 (hukum faraday, hukum lenz, hukum ampere)

Contoh soal 1 Sebuah magnet batangan memiliki kekuatan medan magnet sebesar 4 T. Magnet tersebut digerakan keluar masuk kedalam sebuah kumparan kawat yang berjumlah 1000 lilitan. Jika luas penampang kumparan tersebut bernilai 80 cm2. Berapakah yang ditimbulkan dari reaksi induksi antara magnet batangan dan kumparan tersebut setiap 5 detik ? Pembahasan Diketahui N : 1000 B : 4T A : 80 cm2 = 0,008 m2 delta t = 5 detik GGL Induksi (ε) ?

Jawab : perubahan fluks (d θ) = d( B.A) = 4 x 0.008 = 0,032 maka ε = – (2000 x (0,032 / 5 ) = – 12,8 Volt

Contoh soal 2 Sebuah kawat yang panjangnya 2 m bergerak tegak lurus pada medan magnetik dengan kecepatan 12 m/s, pada ujung-ujung kawat timbul beda potensial 1,8 V. Tentukan besarnya induksi magnetik! Penyelesaian: Diketahui: l = 2 m; v = 12 m/s; ε = 1,8 volt Ditanya: B = ... ? Pembahasan : Karena V ⊥ B, maka besar induksi magnetiknya adalah: ε = B.l.v 1,8 = B × 2 × 12 1,8 = 24 B B = 1,8/24 = 0,075 T

Contoh soal 3

Medan magnet B = ( ) tesla menembus tegak lurus kumparan seluas 100 cm2 yang terdiri atas 50 lilitan dan hambatan kumparan 5 ohm. Berapakah kuat arus induksi maksimum yang timbul pada kumparan? Penyelesaian: Diketahui: B= A = 100 cm2 = 10-2 m2 N= 50 R = 5Ω Ditanya: Imaksimum = ... ? Pembahasan :

Contoh Soal No. 4 Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x 10−5 Wb menjadi 5 x 10− 5 Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul! Pembahasan Data dari soal : Jumlah lilitan N = 1000 Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10−3 sekon Selisih fluks Δ φ = 5 x 10− 5− 3 x 10− 5 = 2 x 10− 5 Wb

Contoh Soal No. 5 Sebuah kumparan dengan induktansi 5 mH mengalami perubahan kuat arus yang mengalir dari 0,2 A menjadi 1,0 A dalam waktu 0,01 sekon. Tentukan besarnya tegangan yang timbul akibat peristiwa tersebut! Pembahasan Data dari soal : Induktansi kumparan L = 5 mH = 5 x 10−3 H

Perubahan arus Δ i = 1,0 − 0,2 = 0,8 A Selang waktu Δ t = 0,01 sekon

MATERI KELOMPOK 5 (fisika atom modern dan elektro statis) Soal No. 1 Perhatikan gambar berikut!

Ketiga muatan listrik Q1, Q2 dan Q3 adalah segaris. Bila jarak d = 20 cm maka besar dan arah gaya Coulomb yang bekerja pada muatan Q2 adalah ….

Soal No. 2 Dua muatan listrik diletakan terpisah sejauh 30 cm. Kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak …. (k = 9 x 109 Nm-2.C-2, 1 C = 10-6 C)

Soal No. 3 Dua muatan listrik q1 dan q2 terletak dalam satu garis hubung seperti pada gambar berikut.

Diketahui 1 C = 10-6 C dan k = 9 . 109 N.m2.C-2 maka kuat medan listrik pada titik C adalah ….

Soal No. 4 Dua muatan listrik diletakan seperti pada gambar

Muatan A = 5 C dan gaya tolak-menolak yang bekerja pada muatan 200 N. Jika muatan B digeser ke kanan sejauh 1 cm dan k = 9.109 N.m2.C-2 maka gaya tolak-menolak yang bekerja pada kedua muatan sekarang adalah ….

Soal No. 5 Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di bawah ini!

Besar energi listrik pada kapasitor gabungan adalah ….