Pembahasan Fisika No. 16 - 20 TKD Saintek SBMPTN 2016 Kode Naskah 225

Pembahasan soal Fisika Tes Kemampuan Dasar Sains dan Teknologi (TKD Saintek) Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) tahun 2016 kode naskah 225 nomor 16 sampai dengan nomor 20 tentang:

• gerak peluru, 
• gaya dan hukum Newton, 
• dinamika rotasi, 
• elastisitas bahan, serta 
• mekanika fluida.

Soal No. 16 tentang Gerak Peluru

Sebuah bola ditembakkan dari tanah ke udara. Pada ketinggian 9,1 m komponen kecepatan bola dalam arah x adalah 7,6 m/s dan dalam arah y adalah 6,1 m/s. Jika percepatan gravitasi g = 9,8 m/s² maka ketinggian maksimum yang dicapai bola kira-kira sama dengan ….

A.   14 m
B.   13 m
C.   12 m
D.   11 m
E.   10 m

Pembahasan

Perhatikan gambar di bawah ini!

Data-data yang diketahui pada soal (disesuaikan dengan gambar):

  h₁ = 9,1 m
v_xA = 7,6 m/s
v_yA = 6,1 m/s
    g = 9,8 m/s²

Karena yang ditanyakan tinggi maksimum, maka kecepatan yang berpengaruh adalah kecepatan dalam arah vertikal (v_y). Sedangkan kecepatan dalam arah sumbu y di titik tertinggi besarnya sama dengan nol.

v_yB = 0

Mari kita hitung ketinggian yang dicapai bola dari titik A ke titik B (h₂).

   v_yB² = v_yA² − 2gh₂
        0 = 6,1² − 2 ∙ 9,8 ∙ h₂
19,6h₂ = 37,21
       h₂ = 1,898
           ≡ 1,9

Dengan demikian, tinggi maksimumnya adalah:

h_m = h₁ + h₂
     = 9,1 + 1,9
     = 11

Jadi, ketinggian maksimum yang dicapai bola kira-kira sama dengan 11 m (D).

Soal No. 17 tentang Gaya dan Hukum Newton

Benda B bermassa 60 kg ditempatkan di atas sebuah balok A yang bermassa 100 kg yang berada di permukaan lantai datar licin.

Balok B ditarik dengan suatu gaya mendatar F sebesar 320 N sehingga mendapat percepatan 3 m/s² relatif terhadap lantai. Asumsikan tidak ada gaya gesek antara balok A dengan lantai, namun ada gesekan antara balok A dan balok B. Besar percepatan balok A adalah ….

A.   3,0 m/s²
B.   2,5 m/s²
C.   1,9 m/s²
D.   1,4 m/s²
E.   1,0 m/s²

Pembahasan

Perhatikan gaya-gaya yang bekerja pada gerak tersebut!

Ketika balok B ditarik dengan gaya F, balok B bergerak ke kanan dengan percepatan a_B sedangkan balok A berusaha bertahan dengan memberikan percepatan ke kiri sebesar a_A.

Karena sistem bergerak, berlaku hukum II Newton.

             ΣF = m_B a_B
F − m_A a_A = m_B a_B
       m_A a_A = F − m_B a_B
        100a_A = 320 − 60 ∙ 3
                    = 140
               a_A = 1,4

Jadi, Besar percepatan balok A adalah 1,4 m/s² (D).

Soal No. 18 tentang Dinamika Rotasi

Sebuah bola pejal bermassa M dengan momen inersia I menggelinding pada bidang miring dari keadaan diam dengan ketinggian h. Cara yang dapat dilakukan untuk memperbesar kelajuan linier bola pejal tersebut menjadi dua kalinya adalah ….

A.   memperbesar M menjadi 2M
B.   memperbesar I menjadi 2I
C.   memperbesar I menjadi 4I
D.   memperkecil I menjadi 0,25I
E.   memperbesar h menjadi 2h

Pembahasan

Kecepatan linier untuk benda yang bergerak menggelinding pada bidang miring dirumuskan:

dengan k adalah konstanta momen inersia (nilainya tetap, untuk bola pejal k = 2/5) dan g percepatan gravitasi (nilainya juga tetap). Sehingga kecepatan linier gerak tersebut hanya bergantung ketinggian (h).

Diketahui:

v₁ = v
v₂ = 2v
h₁ = h

Diperoleh:

Jadi, untuk memperbesar kelajuan linier bola pejal tersebut menjadi dua kalinya adalah memperbesar h menjadi 4h (-).

Soal No. 19 tentang Elastisitas Bahan

Salah satu kaki pemain sepak bola menginjak tanah seluas 21,5 cm² dan setebal 2 cm dengan gaya geser sebesar 42 N yang menyebabkan tanah tersebut berubah bentuk. Jika besarnya modulus geser tanah adalah 2√3×10⁻⁴ N/m², sudut geser tanah tersebut adalah ….

A.   20°
B.   30°
C.   45°
D.   50°
D.   60°

Pembahasan

Diketahui:

A = 21,5 cm²
F = 42 N
G = 2√3×10⁻⁴ N/m²

Koreksi data:

Modulus geser nilainya sangat besar (berpangkat positif). Mungkin data pada soal tersebut salah ketik. Sehingga data modulus geser pada soal di atas saya koreksi menjadi pangkat positif.

G = 2√3×10⁴ N/m²

Luas tanah yang diinjak, 21,5 m², mungkin juga salah ketik atau salah salin. Dalam penghitungan soal nanti, luas ini berhubungan dengan gaya 42 N. Biasanya, luas tersebut merupakan kelipatan dari gaya. Sehingga saya koreksi menjadi:

A = 21,0 cm²
   = 21×10⁻⁴ m²

Okay, mari kita lanjutkan!

Modulus geser atau modulus Young merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan.

Dengan:

τ = F/A
ε = ∆l/l = tan ⁡θ

Sehingga diperoleh:

Jadi, sudut geser tanah tersebut adalah 30° (B).

Soal No. 20 tentang Mekanika Fluida

Pipa air utama memasuki rumah melalui pipa yang berada 2 m di bawah permukaan tanah. Pipa dengan diameter kecil membawa air ke kran yang berada 5 m di atas permukaan tanah di dalam kamar mandi yang terletak di lantai dua rumah. Air mengalir dengan kelajuan 2 m/s pada pipa utama dan 7 m/s di lantai dua. Jika kerapatan air adalah 1.000 kg/m³ dan tekanan di pipa utama adalah 2×10⁵ Pa maka perbedaan tekanan antara pipa utama dan pipa di lantai dua adalah ….

A.   2,3×10⁴ Pa dengan tekanan lebih tinggi di pipa utama
B.   4,5×10⁴ Pa dengan tekanan lebih tinggi di pipa utama
C.   6,9×10⁴ Pa dengan tekanan lebih rendah di pipa utama
D.   7,2×10⁴ Pa dengan tekanan lebih rendah di pipa utama
E.   9,1×10⁴ Pa dengan tekanan lebih tinggi di pipa utama

Pembahasan

Perhatikan gambar di bawah ini!

Soal di atas adalah penerapan hukum Bernoulli yang dirumuskan:

    P + ρgh + 1/2 ρv² = konstan
P₁ + ρgh₁ + 1/2 ρv₁² = P₂ + ρgh₂ + 1/2 ρv₂²
P₁ − P₂ = ρgh₂ − ρgh₁ + 1/2 ρv₂² − 1/2 ρv₁²
             = ρg∆h + 1/2 ρ(v₂² − v₁²)
             = 1.000 × 9,8 × 7 + 1/2 × 1.000(7² − 2²)
             = 68.600 + 22.500
             = 91.100
             = 9,1×10⁴

Karena P₁ − P₂ hasilnya positif, maka sudah pasti P₁ > P₂.

Jadi, perbedaan tekanan antara pipa utama dan pipa di lantai dua adalah 9,1×10⁴ Pa dengan tekanan lebih tinggi di pipa utama (E).

Simak Pembahasan Soal TKD Saintek SBMPTN 2016 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.