Jumat, 25 Mei 2018

Pembahasan Fisika UN 2017 No. 11 - 15

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2017 nomor 11 sampai dengan nomor 15 tentang:
  • fluida statis, 
  • fluida dinamis, 
  • medan gravitasi, 
  • dinamika rotasi, dan 
  • momen inersia.

Soal No. 11 tentang Fluida Statis

Sebuah benda dimasukkan ke dalam air (ρair = 1 g.cm−3), ternyata 25% dari volume benda muncul di atas permukaan air (gambar 1).
Sebuah benda dimasukkan ke dalam air kemudian dibandingkan dengan dimasukkan ke dalam minyak, hukum Archimedes, sola Fisika UN 2017

Kemudian benda tersebut dicelupkan ke dalam minyak yang massa jenisnya 0,9 g.cm−3 (gambar 2) maka volume benda yang berada di atas permukaan minyak (g = 10 m.s−2) adalah ….
A.   1/12 bagian
B.   1/6 bagian
C.   1/4 bagian
D.   3/4 bagian
D.   5/6 bagian

Pembahasan

Benda yang dimasukkan ke dalam air memenuhi rumus:
ρb Vb = ρa V
dengan V adalah volume benda yang tercelup. Karena yang muncul ke permukaan adalah 25% maka yang tercelup adalah:
V = 75% Vb
   = 3/4 Vb
Sehingga rumus di atas menjadi:
ρb Vb = ρa 3/4 Vb
ρb Vb = 1 ∙ 3/4 Vb
     ρb = 3/4
Kemudian benda dicelupkan ke dalam minyak sehingga memenuhi rumus:
ρb Vb = ρm V
3/4 Vb = 9/10 V
        V = 3/4 ∙ 10/9 Vb
           = 5/6 Vb
Diperoleh bahwa benda yang tercelup ke dalam minyak 5/6 Vb sehingga yang muncul ke permukaan adalah:
Vb − 5/6 Vb = 1/6 Vb
Jadi, volume benda yang berada di atas permukaan minyak 1/6 bagian (B).
Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Mekanika Fluida.

Soal No. 12 tentang Fluida Dinamis

Perhatikan gambar alat penyemprot nyamuk pada gambar di bawah ini!
Alat penyemprot nyamuk, penerapan hukum Bernoulli, prinsik kerja, soal Fisika UN 2017

Ketika batang penghisap M ditekan, udara dipaksa keluar dari tabung pompa dengan kecepatan v melalui lubang pada ujungnya. P menyatakan tekanan dan v menyatakan kecepatan alir cairan obat nyamuk, maka pernyataan yang benar dari prinsip kerja penyemprot nyamuk tersebut adalah ….A.   P1 < P2, maka v1 < v2
B.   P1 > P2, maka v1 < v2
C.   P1 < P2, maka v1 > v2
D.   P1 > P2, maka v1 > v2
E.   P1 = P2, maka v1 = v2

Pembahasan

Alat penyemprot nyamuk di atas merupakan penerapan dari hukum Bernoulli. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:
Ketika batang penghisap M ditekan, udara keluar dari tabung melalui ujungnya dengan kecepatan v2. Semburan udara ini bergerak sangat cepat sehingga mampu menurunkan tekanan udara luar P2.
Keadaan ini menyebabkan tekanan udara di dalam tandon cairan obat nyamuk (P1) menjadi naik. Akibatnya, cairan obat nyamuk naik dengan kecepatan v1. Kecepatan v1 ini sangat rendah, hanya cukup menaikkan cairan sampai di ujung pipa vertikal.
Begitu cairan sampai di ujung pipa vertikal, langsung tersembur oleh udara dari tabung yang berkecepatan tinggi sehingga tampak seperti semburan kabut halus.
Berdasarkan keterangan di atas dapat disimpulkan bahwa:
v1 < v2
P1 > P2
Jadi, pernyataan yang benar tentang prinsip kerja penyemprot nyamuk adalah opsi (B).
Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Mekanika Fluida.

Soal No. 13 tentang Medan Gravitasi

Sebuah pesawat ruang angkasa sedang mengitari bumi pada jarak tertentu dari permukaan bumi seperti ditunjukkan pada gambar. Jika pada suatu saat pesawat kehilangan tenaga pada titik tertentu dengan mengabaikan gaya gesekan udara dengan pesawat, maka orbit lintasan pesawat ruang angkasa yang benar adalah gambar ….
Arah orbit pesawat yang kehilangan tenaga, jari-jari orbit semakin mengecil karena pengaruh gaya gravitasi bumi

Pembahasan

Jika pesawat kehilangan tenaga (tentu saja tenaganya tidak langsung nol) maka dengan sisa energi yang ada, pesawat tersebut tetapi mengorbit bumi tetapi dengan jari-jari lintasan yang semakin mengecil menuju pusat bumi. Hal ini disebabkan oleh adanya pengaruh gaya gravitasi bumi.
Jadi, orbit lintasan pesawat ruang angkasa yang benar adalah gambar (A).
Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Medan Gravitasi.

Soal No. 14 tentang Dinamika Rotasi

Seorang penari berdiri di atas lantai es licin dan berputar di tempatnya seperti pada gambar.
Momen inersia penari dengan tangan disilangkan dan direntangkan, jari-jari putar berbeda, soal Fisika UN 2017

Mula-mula penari tersebut berputar dengan menyilangkan kedua tangan di dadanya (gambar A). Kemudian penari tersebut kembali berputar sambil merentangkan kedua tangannya (gambar B). pernyataan pada tabel di bawah ini yang benar berkaitan dengan kedua keadaan penari di atas adalah ….

Momen inersia (I) Momentum sudut (L)
A. IA = IB LA < LB
B. IA > IB LA = LB
C. IA > IB LA > LB
D. IA < IB LA < LB
E. IA < IB LA = LB

Pembahasan

Hubungan antara momen inersia dengan momentum sudut dirumuskan sumbu:
L = I ω
Momentum sudut bersifat kekal. Sehingga momentum sudut penari yang berputar dengan tangan disilangkan (LA) sama dengan momentum sudut saat berputar dengan kedua tangannya direntangkan (LB).
LA = LB
Sedangkan momen inersia nilainya bergantung pada jarak atau jari-jari putar sesuai rumus:
I = mR2
Jari-jari putar penari dengan kedua tangan disilangkan (RA) lebih kecil dengan jari-jari putar penari saat kedua tangannya direntangkan (RB).
RA < RB
Karena momen inersia berbanding lurus dengan jari-jari putar maka:
IA < IB
Jadi, pernyataan pada tabel di atas yang benar adalah opsi (E).

Soal No. 15 tentang Momen Inersia

Tiga benda P, Q, dan R terletak pada bidang x-y yang saling dihubungkan dengan batang tipis dan ringan membentuk sistem benda tegar.
Tiga benda P, Q, dan R terletak pada bidang x-y, momen inersia jika Q bertindak sebagai poros

Data benda diberikan pada tabel:
Benda Massa (kg) Koordinat (meter)
P 1 (0, 3)
Q 2 (4, 0)
R 1 (0, −3)

Sistem diputar pada poros yang menembus bidang melalui benda Q dan tegak lurus bidang gambar, maka besar momen inersia sistem adalah ….A.   50 kg.m2
B.   40 kg.m2
C.   20 kg.m2
D.   15 kg.m2
E.   5 kg.m2

Pembahasan

Karena benda Q bertindak sebagai sumbu putar maka yang diperhitungkan hanya benda P dan R. Perhatikan gambar berikut.
Momen inersia sistem saat Q bertindak sebagai poros atau sumbu putar, hanya P dan R yang berputar

Berdasarkan gambar di atas, momen inersia sistem tersebut adalah:
I = m1 R12 + m2 R22
  = 1 ∙ 52 + 1 ∙ 52
  = 25 + 25
  = 50
Jadi, besar momen inersia sistem tersebut adalah 50 kg.m2 (A).

Artikel Terkait