Pembahasan Fisika UN 2015 No. 6 - 10

Pembahasan soal Fisika Ujian Nasional 2015 nomor 6 sampai dengan nomor 10 tentang:

• gerak lurus,
• gerak peluru,
• gerak pada bidang miring,
• gerak harmonis sederhana, serta
• usaha dan energi.

Soal No. 6 tentang Gerak Lurus

Tiga benda bergerak lurus berubah beraturan dan ketiganya mempunyai percepatan yang sama. Data gerak benda-benda tersebut ditunjukkan pada tabel berikut.

Benda	Kecepatan Awal (m/s)	Kecepatan Akhir (m/s)	Jarak (m)
A	10	P	200
B	5	25	150
C	5	35	Q

Nilai P dan Q adalah ....

A.   P = 20 m/s dan Q = 100 m
B.   P = 30 m/s dan Q = 200 m
C.   P = 30 m/s dan Q = 300 m
D.   P = 40 m/s dan Q = 200 m
E.   P = 50 m/s dan Q = 300 m

Pembahasan

Rumus gerak lurus berubah beraturan (GLBB) yang sesuai dengan data pada soal adalah 

v_t² = v_o² + 2as

Coba perhatikan. Data benda B adalah data yang paling lengkap. Kita gunakan data benda B untuk mendapatkan nilai percepatan (a) dari ketiga benda tersebut. 

   v_t² = v_o² + 2as
  25² = 5² + 2.a.150
  625 = 25 + 300a
300a = 600
      a = 2

Kita gunakan nila percepatan a = 2 untuk mendapat nilai P dan Q. Pertama, kita manfaatkan data pada benda A untuk mendapatkan nilai P. 

v_t² = v_o² + 2as
 P² = 10² + 2 . 2 . 200
 P² = 900
  P = 30

Kita gunakan data benda C untuk mendapatkan nilai Q. 

   v_t² = v_o² + 2as
  35² = 5² + 2 . 2 . Q
1225 = 25 + 4Q
   4Q = 1200
     Q = 300

Jadi, nilai P = 30 m/s dan Q = 300 m (C).

Soal No. 7 tentang Gerak Peluru

Peluru ditembakkan dengan sudut elevasi dan kecepatan awal seperti pada gambar di bawah ini.

Jarak horizontal pada ketinggian yang sama ketika peluru ditembakkan (R) adalah .... (sin 60° = 0,87 dan g = 10 m/s²)

A.   180 m
B.   360 m
C.   870 m
D.   900 m
E.   940 m

Pembahasan

Jarak horizontal R merupakan jarak mendatar maksimum diukur dari awal penembakan.



dengan sin 2α = sin 120°
                     = sin (180 − 60)°
                     = sin 60°
                     = 0,87
diperoleh:



Jadi, jarak horizontal R = 870 m (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gerak Parabola.

Soal No. 8 tentang Gerak pada Bidang Miring

Perhatikan gambar berikut ini!

Balok meluncur menuruni bidang miring yang kasar. Jika gaya gesekan antara balok dengan lantai 3,0 N, g = 10 m/s², dan balok mencapai dasar bidang miring dengan kecepatan √50 m/s, maka besar nilai h adalah ....

A.   2,0 m
B.   3,0 m
C.   4,2 m
D.   5,5 m
E.   6,3 m

Pembahasan

Jika tidak disebutkan dalam soal, berarti kecepatan awal saat benda berada di puncak bidang miring adalah nol (v_o = 0). Sedangkan kecepatan akhirnya adalah saat benda mencapai dasar bidang miring (v_t = √50 m/s). Kecepatan ini tercapai setelah benda menempuh jarak s = 10 m. Percepatan benda tersebut adalah 

 v_t² = v_o² + 2as
  50 = 0 + 2.a.10
20a = 50 
    a = 2,5

Vektor gerak benda tersebut dapat diilustrasikan dengan gambar berikut ini.

 

f  = gaya gesek
   = 3 N 

w = gaya berat benda
    = mg
    = 1 kg × 10 m/s
    = 10 N

sin θ  = h/s
         = h/10 

w_x = w sin θ
     = 10 × h/10
     = h

Karena benda bergerak maka yang berlaku adalah hukum II Newton.

     ΣF = ma
w_x − f = ma
 h − 3 = 1 × 2,5
       h = 2,5 + 3
          = 5,5

Jadi, nilai h pada bidang miring tersebut adalah 5,5 m (D).

Soal No. 9 tentang Gerak Harmonis Sederhana

Tiga pegas identik disusun seperti pada gambar.

Bila konstanta pegas (k) masing-masing adalah 50 N/m dan massa M = 0,5 kg maka pertambahan panjang susunan pegas adalah ....

A.   5 cm
B.   10 cm
C.   15 cm
D.   20 cm
E.   25 cm

Pembahasan

Terlebih dahulu kita tentukan konstanta pegas totalnya.

Pegas (1) dan pegas (2) tersusun paralel. 

k_p = k₁ + k₂
     = 50 + 50
     = 100

Konstanta pegas total (k) adalah susunan seri antara k_p dan k₃.


 
k = 100/3

Pertambahan panjang suatu pegas sebanding dengan gaya yang bekerja pada pegas itu. 

          F = k.Δx
        mg = k.Δx
0,5 × 10 = (100/3) × Δx
         Δx = 5 × (3/100)
              = 0,15 m
              = 15 cm

Jadi, pertambahan panjang susunan pegas tersebut adalah 15 cm (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Elastisitas Bahan.

Soal No. 10 tentang Usaha dan Energi

Pada musim dingin di negara Swedia diadakan perlombaan ski es di daerah pegunungan. Pemain ski es meluncur dari ketinggian A seperti pada gambar.

Jika kecepatan awal pemain ski sama dengan nol dan percepatan gravitasi sama dengan 10 m/s² maka kecepatan pemain pada saat ketinggian B adalah ....

A.   √2 m/s
B.    5√2 m/s
C.   10√2 m/s
D.   20√2 m/s
E.   25√2 m/s

Pembahasan

Karena kecepatan awalnya sama dengan nol maka energi kinetik di titik B merupakan perubahan energi potensial dari titik A ke B. 

        E_k =  ΔE_p
½ mv_B² = mgΔh
       v_B² = 2gΔh
              = 2 × 10 × (50 − 10)
              = 2 × 400 
         v_B = 20√2

Boleh juga menggunakan hukum medan konservatif. Hukum medan konservatif tidak memperhatikan lintasan, tetapi hanya memperhatikan titik awal dan titik akhir. Dalam hal ini, kecepatan di titik B sama dengan kecepatan gerak jatuh bebas dari ketinggian 50 m ke ketinggian 10 m.

Jadi, kecepatan pemain pada ketinggian B adalah 20√2 m/s (D).

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

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2015 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.