Pembahasan Fisika UN 2014 No. 11 - 15

Pembahasan soal Fisika UN 2014 nomor 11 sampai dengan nomor 15 tentang:

• usaha dan energi,
• impuls dan momentum,
• koefisien restitusi,
• fluida statis, serta
• fluida dinamis.

Soal No. 11 tentang Usaha dan Energi

Bola A bermassa 2 kg dilepaskan dan menempuh lintasan licin seperti pada gambar.

Jika percepatan gravitasi 10 m/s², energi kinetik bola saat di B adalah ....

A.   4 joule
B.   8 joule
C.   10 joule
D.   12 joule
E.   24 joule

Pembahasan

Soal di atas berlaku hukum medan konservatif dan hukum kekekalan energi. Hukum medan konservatif tidak memperhatikan lintasan yang ditempuh. Hukum medan konservatif hanya memperhatikan titik awal dan titik akhir atau titik acuan tertentu.

Jadi, menurut hukum medan konservatif, bola yang meluncur menempuh lintasan seperti pada gambar di atas, sama dengan bola yang mengalami gerak jatuh bebas. 

v_B² = 2gh_AB
      = 2 × 10 × 1,2
      = 24

Sehingga energi kinetik di titik B adalah 

E_k(B) = ½mv_B²
         = ½ × 2 × 24
         = 24

Sedangkan menurut hukum kekekalan energi, energi mekanik di titik A sama dengan energi mekanik di titik B atau di titik C.

            E_M(A) = E_M(B)
E_p(A) + E_k(A) = E_p(B) + E_k(B)

Karena energi kinetik di titik A sama dengan nol (belum bergerak, E_k(A) = 0) maka energi kinetik di titik B merupakan selisih energi potensialnya. 

E_k(B) = ΔEp
         = mgΔh
         = 2 × 10 × 1,2
         = 24

Jadi, energi kinetik bola saat di B adalah 24 joule (E).

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

Soal No. 12 tentang Impuls dan Momentum

Bola bermassa 20 gram dilempar dengan kecepatan v₁ = 4 m/s ke kiri. Setelah membentur tembok bola memantul dengan kecepatan v₂ = 2 m/s ke kanan.

Besar impuls yang dihasilkan bola adalah ....

A.   0,24 Ns
B.   0,12 Ns
C.   0,08 Ns
D.   0,06 Ns
E.   0,04 Ns

Pembahasan

Impuls adalah perubahan momentum. 

I = Δp
  = m(v₂ − v₁)

Karena kecepatan adalah besar vektor maka arah kecepatan harus diperhitungkan. Sesuai kesepakatan umum, arah ke kanan bertanda positif dan arah ke kiri bertanda negatif. Diperoleh: 

v₁ = −4 m/s 
v₂ = +2 m/s 
m = 20 gram
    = 0,02 kg (skalar)

Sekarang kita masukkan ke rumus impuls. 

I = m(v₂ − v₁)
  = 0,02 [2 − (−4)]
  = 0,12

Jadi, besar impuls yang dihasilkan bola tersebut adalah 0,12 Ns (B).

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

Soal No. 13 tentang Koefisien Restitusi

Perhatikan gambar berikut!

Mula-mula bola dilepaskan dari posisi (1) dan setelah menyentuh lantai bola memantul. Jika g = 10 m/s² maka tinggi h adalah ....

A.   74 cm
B.   70 cm
C.   66 cm
D.   64 cm
E.   60 cm

Pembahasan

Benda yang jatuh ke tanah dan memantul mempunyai kelentingan yang dinyatakan dengan koefisien restitusi (e).

di mana h₁ > h₂.

Karena dalam satu kejadian, nilai koefisien restitusi untuk semua keadaan adalah sama. Jika h₁ = 100 cm, h₂ = 80 cm, dan h₃ = h maka berlaku:

Jadi, tinggi bola pada pantulan kedua adalah h = 64 cm (D).

Soal No. 14 tentang Fluida Statis

Perhatikan gambar berikut ini!

Sebuah pipa U mula-mula diisi dengan air yang massa jenisnya 1000 kg/m³ kemudian pada salah satu pipa dituangkan minyak goreng sehingga posisi stabil tampak seperti gambar. Jika tinggi kolom minyak 8 cm dan kolom air 5 cm, besarnya massa jenis minyak goreng adalah ....

A.   520 kg/m³
B.   525 kg/m³
C.   600 kg/m³
D.   625 kg/m³
E.   720 kg/m³

Pembahasan

Pada pipa U, tekanan hidrostatik di sebelah kiri sama dengan tekanan hidrostatik di sebelah kanan.

        p₁ = p₂
ρ₁.g.h₁ = ρ₁.g.h₁ 
   ρ₁.h₁ = ρ₁.h₁

Untuk memasukkan data pada persamaan di atas tidak perlu mengonversi satuan karena merupakan perbandingan.

ρ₁ × 8 = 1000 × 5  
     ρ₁ = 625

Jadi, massa jenis minyak goreng tersebut adalah 625 kg/m³ (D).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Mekanikan Fluida.

Soal No. 15 tentang  Fluida Dinamis

Perhatikan gambar berikut ini!

Posisi pipa besar adalah 5 m di atas tanah dan pipa kecil 1 m di atas tanah. Kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 36 km/jam dengan tekanan 9,1 × 10⁵ Pa, sedangkan tekanan di pipa yang kecil 2 × 10⁵ Pa. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ maka kecepatan air pada pipa kecil adalah ....

A.   10 m/s
B.   20 m/s
C.   30 m/s
D.   40 m/s
E.   50 m/s

Pembahasan

Soal di atas adalah penerapan hukum Bernoulli. 

P + ½ ρv² + ρgh = C

Sebelum memasukkan data ke rumus Bernoulli yang lumayan panjang ini, ada dua besaran yang harus dikonversi satuannya. 

v₁ = 36 km/jam
    = 36 × (10/36) m/s
    = 10 m/s 

P₁ = 9,1 × 10⁵ Pa
     = 9,1 × 10⁵ N/m² 

P₂ = 2 × 10⁵ Pa
     = 2 × 10⁵ N/m²

Nah, sekarang mari kita masukkan data yang ada dengan hati-hati.

P₁ + ½ ρv₁² + ρgh₁ = P₂ + ½ ρv₂² + ρgh₂
9,1×10⁵ + ½×10³×10² + 10³×10×5 = 2×10⁵ + 0,5×10³×v₂² + 10³×10×1
9,1×10⁵ + 5×10⁴ + 5×10⁴ = 2×10⁵ + 5×10²×v₂² + 10⁴

Jika setiap suku dibagi 10⁴, diperoleh:

91 + 5 + 5 = 20 + 5×10^-2×v₂² + 1
           101 = 21 + 0,05 v₂²
             80 = 0,05 v₂²
            v₂² = 1600
              v₂ = 40

Jadi, kecepatan air pada pipa kecil adalah 40 m/s (D).

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2014 selengkapnya.

No. 01 - 05					No. 21 - 25
No. 06 - 10					No. 26 - 30
No. 11 - 15					No. 31 - 35
No. 16 - 20					No. 36 - 40

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.