Pembahasan Fisika No. 16 - 20 TKD Saintek SBMPTN 2015 Kode Naskah 502

Pembahasan soal Tes Kemampuan Dasar Sains dan Teknologi (TKD Saintek) Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) tahun 2015 kode naskah 502 subtes Fisika nomor 16 sampai dengan nomor 20 tentang:

• gerak lurus, 
• dinamika gerak, 
• usaha dan energi, 
• impuls dan momentum, serta 
• mekanika fluida.

Soal No. 16 tentang Gerak Lurus

Kecepatan benda yang bergerak sebagai fungsi waktu ditunjukkan pada gambar.

Pada selang waktu t_A - t_B, benda ….

A.   bergerak dengan percepatan berubah
B.   bergerak dengan kecepatan konstan
C.   berhenti sementara
D.   bergerak dipercepat
E.   bergerak diperlambat

Pembahasan

Pada saat t_A kecepatan benda bernilai negatif sedangkan pada saat t_B kecepatan benda sama dengan nol.

Misalkan benda bergerak dari kecepatan −5 m/s menjadi 0 m/s. Tanda negatif hanya menunjukkan arah kecepatan, sedangkan besar kecepatannya adalah 5 m/s. Berarti selama selang waktu tersebut, benda mengalami perlambatan dari kecepatan 5 m/s sampai kecepatan 0 m/s (berhenti).

Jadi, pada selang waktu t_A - t_B, benda tersebut bergerak diperlambat (E).

Soal No. 17 tentang Dinamika Gerak

Sebuah balok dengan berat 100 newton diam pada sebuah bidang datar. Kemudian, dari waktu t = 0 s sampai t = 5 s balok didorong dengan gaya konstan 40 newton sejajar bidang datar. Koefisien gesek kinetik dan statik antara balok dan bidang datar berturut-turut adalah 0,2 dan 0,3. Dalam selang waktu antara t = 5 s sampai t = 10 s balok ….

A.   bergerak dengan kecepatan tidak tetap
B.   bergerak dengan kecepatan tetap
C.   bergerak dengan percepatan tidak tetap
D.   bergerak kemudian akhirnya diam
E.   bergerak kemudian berhenti sebelum detik ke-10

Pembahasan

Pada 5 detik pertama, balok mendapat gaya sehingga mengalami percepatan. Sedangkan pada 5 detik kedua, gaya tersebut sudah tidak bekerja pada balok lagi. Gaya yang bekerja pada balok hanya gaya gesek sehingga balok mengalami perlambatan sampai berhenti. Opsi jawaban yang mungkin adalah D dan E.

Mari kita tinjau gerak balok pada 5 detik pertama dan 5 detik kedua.

Gerak balok pada 5 detik pertama (t = 0 s sampai t = 5 s)

Dalam selang waktu t = 0 s sampai t = 5 s, balok mengalami percepatan karena mendapat gaya 40 N. Selain itu, gerak balok juga mendapat perlawanan gaya gesek.

Karena balok bergerak, maka yang digunakan adalah koefisien gesek kinetik. Dengan demikian, besar gaya gesek yang bekerja pada balok adalah: 

f_k = μ_k × N
    = 0,2 × 100 N
    = 20 N

Percepatan balok tersebut dapat ditentukan dengan hukum II Newton berikut:

       ΣF = ma
  F − f_k = ma   
(berat balok 100 N → massa balok 10 kg)
40 − 20 = 10 × a
       10a = 20
           a = 2 m/s²
 
Kecepatan balok pada detik ke-5 (v₁) adalah: 

v₁ = v_o + at
    = 0 + 2 × 5
    = 10 m/s

Gerak balok pada 5 detik kedua (t = 5 s sampai t = 10 s)

Pada 5 detik kedua, gaya yang bekerja hanya gaya gesek sehingga balok mengalami perlambatan. Besar perlambatan yang dialami balok adalah:

 ΣF = ma
 −f_k = ma
 −20 = 10 × a
 10a = −20
     a = −2 m/s²
 
Kecepatan balok pada detik ke-10 (5 detik diukur dari v₁) adalah: 

v₂ = v₁ + at
    = 10 + (−2)(10 − 5)
    = 10 − 10
    = 0

Dengan demikian, balok berhenti tepat pada detik ke-10.

Jadi, dalam interval waktu antara t = 5 s sampai t = 10 s balok bergerak kemudian akhirnya diam (D).

Soal No. 18 tentang Usaha dan Energi

Sebuah balok bergerak dari keadaan diam menuruni suatu bidang miring yang panjang. Bagian pertama bidang miring itu licin dan bagian berikutnya sampai ke dasar bersifat kasar. Setelah bergerak selama beberapa saat di bagian yang kasar, balok berhenti. Pada peristiwa itu ….

1. gaya gesek melakukan usaha pada balok
2. usaha oleh gaya gravitasi sama dengan minus perubahan energi potensial balok
3. energi mekanik balok berkurang
4. usaha total pada balok sama dengan nol

Pembahasan

Mari kita periksa satu per satu tiap pernyataan.

1. Ketika balok melalui bagian bidang miring yang kasar, gaya gesek menahan gerak balok (gaya gesek melakukan usaha pada balok). Akibatnya, balok mengalami perlambatan dan akhirnya berhenti. (pernyataan 1 benar)
2. Balok bergerak turun karena adanya gaya gravitasi. Usaha oleh gaya gravitasi ini menyebabkan energi potensialnya semakin berkurang (ketinggian semakin berkurang) sehingga perubahan energi potensialnya minus. (pernyataan 2 benar)
3. Selama melalui bagian bidang miring yang kasar, energi mekanik balok semakin berkurang karena diserap oleh usaha yang dilakukan oleh gaya gesek dan diubah menjadi energi panas dan bunyi. Dalam hal ini tidak berlaku hukum kekekalan energi mekanik. (pernyataan 3 benar)
4. Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi dan usaha yang dilakukan oleh gaya gesek saling meniadakan. Dengan demikian, usaha total yang bekerja pada balok sama dengan nol. (pernyataan 4 benar) 

Jadi, keempat pernyataan benar sehingga jawabannya adalah (E).

Soal No. 19 tentang Impuls dan Momentum

Pada peristiwa tumbukan tidak elastik antara dua kelereng, sebagian energi kinetik kelereng pertama berubah menjadi kalor dan diserap oleh kelereng kedua.

SEBAB

Hukum kekekalan energi menjamin bahwa kalor yang dilepaskan kelereng pertama sama dengan kalor yang diserap kelereng kedua.

Pembahasan

Pada tumbukan tidak elastik antara dua kelereng, sebagian energi kinetik saat terjadi tumbukan diubah menjadi energi kalor dan bunyi. Energi kalor dan energi bunyi tersebut tidak diserap oleh masing-masing kelereng tetapi dibuang ke udara. (pernyataan salah).

Pada tumbukan tidak elastik, tidak berlaku hukum kekekalan energi karena kedua kelereng hanya melepas kalor dan bunyi, tetapi tidak saling menyerap. (alasan salah)

Jadi, baik pernyataan maupun alasan salah sehingga jawabannya adalah (E).

Soal No. 20 tentang Mekanika Fluida

Sebuah balok plastik homogen mengapung si suatu bejana air. Seperlima bagian balok berada di atas permukaan air. Jika volume balok V dan massa air sebanyak V tersebut adalah 12 g maka massa balok adalah … g.

A.   9,2
B.   9,4
C.   9,6
D.   9,8
E.   10,0

Pembahasan

Data-data yang dapat diperoleh dari soal:

volume benda	:	Vb	=	V
volume benda yang tercelup	:	Va	=	(1 − ⅕)Vb
			=	⅘V

Massa air sebanyak V tersebut adalah 12 g: 

m_a = 12 g

Karena massa jenis air = 1 g/cm³ maka volume V adalah

Sekarang kita tinjau keadaan balok yang mengapung dalam air. Untuk benda yang mengapung berlaku hubungan:

ρ_b V_b = ρ_a V_a
  ρ_b V = 1 × ⅘V
     ρ_b = ⅘

Massa balok tersebut adalah: 

m_b = ρ_b V
      = ⅘ × 12
      = 9,6

Jadi, massa balok tersebut adalah 9,6 gram (C).

Simak Pembahasan Soal TKD Saintek SBMPTN 2015 selengkapnya.

No. 01 - 05 (Mat)	No. 31 - 35 (Kim)
No. 06 - 10 (Mat)	No. 36 - 40 (Kim)
No. 11 - 15 (Mat)	No. 41 - 45 (Kim)
No. 16 - 20 (Fis)	No. 46 - 50 (Bio)
No. 21 - 25 (Fis)	No. 51 - 55 (Bio)
No. 26 - 30 (Fis)	No. 56 - 60 (Bio)

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.