Pembahasan Fisika UN 2018 No. 6 - 10

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2018 nomor 6 sampai dengan nomor 10 tentang:

• gaya dan hukum Newton, 
• medan gravitasi, 
• momen gaya, 
• dinamika rotasi, serta 
• kesetimbangan benda tegar.

Soal No. 6 tentang Gaya dan Hukum Newton

Ada 4 buah benda seperti gambar di bawah ini.

Keranjang ditarik dengan gaya 30 N pada bidang datar yang kasar (μ = 0,4). Agar keranjang tersebut tepat akan bergerak (massa keranjang diabaikan) maka benda yang harus dimasukkan ke dalam keranjang adalah ….

A.   buku dan bola basket
B.   pisang dan bola basket
C.   buku dan mangga
D.   pisang dan buku
E.   mangga dan pisang

Pembahasan

Perhatikan gambar gaya-gaya yang bekerja pada keranjang berikut ini!

Karena keranjang tepat akan bergerak maka berlaku hukum I Newton.

   ΣF = 0
F − f = 0
     F = f
     F = μmg
   30 = 0,4 ∙ m ∙ 10
  4m = 30
    m = 7,5

Pada tabel di atas benda-benda yang total massanya sama dengan 7,5 kg adalah:

pisang dan bola basket = (4,0 + 3,5) kg
                                     = 7,5 kg

Jadi, benda yang harus dimasukkan ke dalam keranjang adalah pisang dan bola basket (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gaya dan Hukum Newton

Soal No. 7 tentang Medan Gravitasi

Percepatan gravitasi di permukaan planet X adalah 12 kali percepatan gravitasi di permukaan bumi. Jika jari-jari planet X adalah 1/2 kali jari-jari bumi maka massa planet X adalah ….

A.   2 kali massa bumi
B.   3 kali massa bumi
C.   4 kali massa bumi
D.   6 kali massa bumi
E.   8 kali massa bumi

Pembahasan

Percepatan gravitasi suatu planet dirumuskan:

dengan G adalah konstanta gravitasi universal sehingga berlaku hubungan kesetaraan:

Untuk g_X = 12g_B dan R_X = 1/2 R_B maka:

Jadi, massa planet X adalah 3 kali massa bumi (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Medan Gravitasi

Soal No. 8 tentang Momen Gaya

Lima gaya bekerja pada bujur sangkar dengan sisi 10 cm seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

Resultan momen gaya dengan poros di titik perpotongan diagonal bujur sangkar adalah ….

A.   0,15 N.m
B.   0,25 N.m
C.   0,75 N.m
D.   1,15 N.m
E.   1,25 N.m

Pembahasan

Perhatikan momen gaya yang bekerja pada pusat bujur sangkar berikut!

Yang perlu diperhatikan pada gambar di atas adalah cara menentukan R, yaitu jarak antara gaya F terhadap pusat putaran. F dan R harus saling tegak lurus.

R₁ = setengah diagonal bujur sangkar
     = 1/2 × 10√2 cm = 5√2 cm

R₂ = R₃ = R₄ = R₅ = setengah sisi
                              = 1/2 × 10 cm = 5 cm

Sementara itu F₁, F₂, F₃, dan F₄ menyebabkan bujur sangkar berputar berlawanan arah putaran jarum jam (kita anggap bernilai positif), sedangkan F₅ menyebabkan bujur sangkar berputar searah jarum jam (kita anggap bernilai negatif).

Dengan demikian, resultan momen gaya adalah:

Στ = F₁ R₁ + F₂ R₂ + F₃ R₃ + F₄ R₄ − F₅ R₅
     = 5√2 ∙ 5√2 + 10 ∙ 5 + 4 ∙ 5 + 10 ∙ 5 − 9 ∙ 5
     = 50 + 50 + 20 + 50 − 45
     = 125

Nilai di atas dalam satuan N.cm

125 N.cm = 1,25 N.m

Jadi, resultan momen gaya dengan poros di titik perpotongan diagonal bujur sangkar adalah 1,25 N.m (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Momen Gaya

Soal No. 9 tentang Dinamika Rotasi

Sebuah silinder pejal (I = 1/2 MR²) bermassa 8 kg menggelinding tanpa slip pada suatu bidang datar dengan kecepatan 15 m.s⁻¹. Energi kinetik total silinder adalah ….

A.   1.800 J
B.   1.350 J
C.   900 J
D.   450 J
E.   225 J

Pembahasan

Energi kinetik total pada gerak menggelinding dirumuskan:

E_k = (k + 1) 1/2 mv²

dengan k adalah konstanta momen inersia. Pada soal di atas, momen inersia silinder adalah I = 1/2 MR² sehingga nilai k = 1/2.

E_k = (1/2 + 1) 1/2 mv²
     = 3/4 mv²
     = 3/4 ∙ 8 ∙ 15²
     = 3/4 ∙ 8 ∙ 225
     = 1350

Jadi, Energi kinetik total silinder adalah 1.350 J (B).

Soal No. 10 tentang Kesetimbangan Benda Tegar

Perhatikan gambar berikut ini! Sebuah batang bermassa 1,5 kg yang salah satu ujungnya dipasang engsel tegak lurus dinding dan sebuah lampion digantungkan pada jarak tertentu dari engsel.

Besar gaya tegangan tali agar batang berada dalam keseimbangan adalah ….

A.   3,0 N
B.   15,0 N
C.   25,0 N
D.   26,7 N
E.   37,5 N

Pembahasan

Gaya yang bekerja pada batang adalah:

Keterangan dari gambar di atas adalah sebagai berikut:

R₁ : jarak dari tengah batang ke engsel = 0,4 m
R₂ : jarak beban ke engsel = 0,8 – 02 = 0,6 m
w₁ : gaya berat batang = 1,5 . 10 = 15 N
w₂ : gaya berat beban = 2 . 10 = 20 N

Panjang tali memenuhi teorema Pythagoras:

l = √(0,6² + 0,8²) = 1

sehingga sin⁡ θ = 0,6/1 = 0,6

Karena batang berada dalam kesetimbangan maka berlaku:

              Στ = 0     [putar kiri = putar kanan]
  T sin ⁡θ ∙ R = w₁ R₁ + w₂ R₂
T ∙ 0,6 ∙ 0,8 = 15 ∙ 0,4 + 20 ∙ 0,6
         0,48T = 6 + 12
                T = 18/0,48
                   = 37,5

Jadi, besar gaya tegangan tali agar batang berada dalam keseimbangan adalah 37,5 N (D).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kesetimbangan Benda Tegar

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2018 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.