Pembahasan Fisika UN 2019 No. 11 - 15

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2019 nomor 11 sampai dengan nomor 15 tentang:

• fluida dinamik, 
• gerak rotasi, 
• kesetimbangan benda tegar, 
• titik berat, dan 
• elastisitas bahan.

Soal No. 11 tentang Fluida Dinamik

Gambar di bawah ini menunjukkan gambar penampang lintang sayap pesawat terbang yang luasnya 40 m².

Gerak pesawat terbang menyebabkan kelajuan aliran udara di bagian atas sayap sebesar 250 m/s dan kelajuan udara di bagian bawah sayap sebesar 200 m/s. Jika kerapatan udara adalah 1,2 kg/m³ maka besar gaya angkat pesawat adalah ….

A.   10.800 N
B.   24.000 N
C.   98.500 N
D.   540.000 N
E.   608.000 N

Pembahasan

Gaya angkat pesawat merupakan selisih antara gaya pesawat di bagian atas sayap dengan bagian bawahnya.

F₁ − F₂ = A(p₁ − p₂)

atau

F₁ − F₂ = ½ ρA(v₂² − v₁²)

Kita gunakan rumus yang berhubungan dengan kecepatan, yaitu rumus yang kedua.

F₁ − F₂ = ½ ρA(v₂² − v₁²)
              = ½ ∙ 1,2 ∙ 40 (230² 250² − 200²)
              = 24 (62500 − 40000)
              = 2,4 ∙ 22500
              = 540000

Jadi, besar gaya angkat pesawat adalah 540.000 N (D).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Mekanika Fluida.

Soal No. 12 tentang Gerak Rotasi

Pada saat piringan A berotasi 120 rpm (gambar 1), piringan B diletakkan di atas piringan A (gambar 2) sehingga kedua piringan berputar dengan poros yang sama.

Massa piringan A = 100 gram dan massa piringan B = 300 gram, sedangkan jari-jari piringan A = 50 cm dan jari-jari piringan B = 30 cm. Jika momen inersia piringan adalah ½mR² maka besar kecepatan sudut kedua piringan pada waktu berputar bersama-sama adalah ….

A.   0,67π rad/s
B.   0,83π rad/s
C.   1,92π rad/s
D.   4,28π rad/s
F.   5,71π rad/s

Pembahasan

Kita tentukan dulu momen inersia masing-masing piringan.

I_A = ½m_AR_A²
     = ½ ∙ 0,1 ∙ 0,5²
     = 0,0125

I_B = ½m_BR_B²
     = ½ ∙ 0,3 ∙ 0,3²
     = 0,0135

Sedangkan kecepatan sudut piringan A adalah

ω_A = 120 rpm
      = 120 putaran/menit
      = 120 (2π rad)/(60 sekon)
      = 4π rad/s

Pada peristiwa di atas berlaku hukum kekekalan momentum sudut.

L₁ = L₂

L₁ adalah momentum sudut piringan A, sedangkan L₂ adalah momentum sudut piringan A dan B yang berputar bersama-sama. Sehingga:

         I_A ω_A = (I_A + I_B)ω_B
0,0125 × 4π = (0,0125 + 0,0135)ω
          0,05π = 0,026ω
                 ω = 0,05π/0,026
                    = 1,92π

Jadi, kecepatan sudut kedua piringan pada waktu berputar bersama-sama adalah 1,92π rad/s (C).

Soal No. 13 tentang Kesetimbangan Benda Tegar

Seseorang naik tangga homogen yang disandarkan pada dinding vertikal licin dengan sudut kemiringan tertentu seperti tampak pada gambar.

Berat tangga 300 N dan berat orang 700 N. Bila orang tersebut dapat naik sejauh 3 m sesaat sebelum tergelincir maka koefisien gesekan antara lantai dan tangga adalah ….

A.   0,14
B.   0,43
C.   0,49
D.   0,50
E.   0,85

Pembahasan

Gaya-gaya yang bekerja pada peristiwa tersebut adalah sebagai berikut:

Resultan gaya-gaya yang bekerja harus sama dengan nol.

ΣF_x = 0    (gaya kiri = gaya kanan)
     f = N_B

ΣF_y = 0    (gaya atas = gaya bawah)
 N_A = w_T + w_O
       = (300 + 700) N
       = 1000 N

Kita tentukan saja titik A sebagai poros rotasi sehingga gaya yang bekerja tinggal tiga, yaitu N_B, w_O, dan w_T.

Jarak tegak lurus N_B ke poros A sama dengan OB.

R_B = OB = 4 m

Sedangkan jarak tegak lurus w_O dan w_T terhadap poros A adalah:

R_O = 3 cos⁡ θ
      = 3 × 3/5 m
      = 1,8 m

R_T = 2,5 cos ⁡θ
     = 2,5 × 3/5 m
     = 1,5 m

Nah, sekarang kita tentukan resultan momen gayanya.

    Στ_A = 0 (putar kanan = putar kiri)
N_B R_B = w_O R_O + w_T R_T
     f ∙ 4 = 700 ∙ 1,8 + 300 ∙ 1,5
        4f = 1260 + 450
        4f = 1710
          f = 427,5

Ini adalah gaya gesek antara lantai dan tangga (yang dinaiki orang) sehingga:

         f = μ(w_O + w_T)
 427,5 = μ(700 + 300)
1000μ = 427,5
        μ = 0,43

Jadi, koefisien gesekan antara lantai dan tangga adalah 0,43 (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kesetimbangan Benda Tegar.

Soal No. 14 tentang Titik Berat

Perhatikan gambar benda bidang homogen di bawah ini!

Koordinat titik berat benda terhadap titik O adalah ....

A.   (4; 3,3)
B.   (3,6; 3)
C.   (3,3; 4)
D.   (3,3; 3,6)
E.   (3; 3,6)

Pembahasan

Sebenarnya soal di atas bisa langsung ditebak. Sumbu simetri benda tersebut terletak pada y = 4 sehingga ordinat titik beratnya pasti y₀ = 4.

Pada opsi jawaban, hanya opsi C yang memuat y₀ = 4. Sehingga bisa dipastikan jawabannya adalah C.

Ok, pura-pura tidak tahu. Kita bahas sampai tuntas.

Pertama kita bagi benda tersebut menjadi dua bangun, yaitu persegi dan segitiga.

Bangun I (persegi)

x₁ = 2
y₁ = 4
A₁ = 4×4 = 16

Bangun II (segitiga)
Titik berat segitiga terletak pada 1/3 tinggi.

x₂ = 4 + ⅓ ∙ 3 = 5
y₂ = 4
A₂ = ½ at
     = ½ ∙ 8 ∙ 3 = 12

Absis titik beratnya adalah:

Sedangkan ordinat titik berat adalah:

Jadi, koordinat titik berat benda terhadap titik O adalah (3,3; 4) (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Titik Berat.

Soal No. 15 tentang Elastisitas Bahan

Perhatikan empat susunan rangkaian pegas identik berikut!

Konstanta tiap pegas adalah k N/m, maka urutan konstanta pegas pengganti susunan pegas dari nilai yang besar ke kecil adalah ….

A.   (4), (3), (2), dan (1)
B.   (3), (2), (1), dan (4)
C.   (2), (1), (4), dan (3)
D.   (2), (3), (4), dan (1)
E.   (1), (4), (3), dan (2)

Pembahasan

Penghitungan susunan pegas merupakan kebalikan dari susunan resistor.
Untuk n konstanta pegas identik, berlaku:

k_p = nk
k_s = k/n

Mari kita hitung konstanta pegas penggantinya satu per satu!

Gambar (1)

Gambar (2)

Gambar (3)

Gambar (4)

Jadi, urutan konstanta pegas pengganti susunan pegas dari nilai yang besar ke kecil adalah 1-4-3-2 (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Elastisitas Bahan.

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2019 selengkapnya.

No. 01 - 05					No. 21 - 25
No. 06 - 10					No. 25 - 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.