Pembahasan Fisika UN 2019 No. 6

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2019 nomor 6 sampai dengan nomor 10 tentang:

• usaha dan energi [hukum kekekalan energi], 
• gerak lurus, 
• gerak peluru, 
• gerak melingkar, serta 
• impuls dan momentum.

Soal No. 6 tentang Usaha dan Energi [hukum kekekalan energi]

Sebuah bola pejal dengan massa 4 kg terletak di ujung lemari kemudian didorong mendatar sehingga kecepatannya 2 m/s pada saat lepas dari tepi atas lemari seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Percepatan gravitasi g adalah 10 m/s², energi mekanik partikel pada saat benda berada pada ketinggian 1 m dari tanah sebesar ….

A.   40 J
B.   48 J
C.   80 J
D.   88 J
E.   96 J

Pembahasan

Energi mekanik merupakan penjumlahan energi potensial dan energi kinetik. Nilainya selalu sama di titik manapun, sehingga energi mekanik di titik B sama dengan energi mekanik di titik A.

E_MB = E_MA
        = E_p + E_k
        = mgh + ½ mv²
        = 4 ∙ 10 ∙2 + ½ ∙ 4 ∙ 2²
        = 80 + 8
        = 88

Jadi, energi mekanik partikel pada saat benda berada pada ketinggian 1 m dari tanah sebesar 88 J (D).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Usaha dan Energi.

Soal No. 7 tentang Gerak Lurus

Berikut adalah grafik hubungan kecepatan (v) terhadap waktu (t) dua mobil A dan B yang bergerak dari posisi dan lintasan yang sama.

Dari pernyataan-pernyataan berikut:

1. Mobil A dan B sama-sama berhenti pada detik ke-60.
2. Percepatan mobil A lebih besar dibanding percepatan mobil B.
3. Mobil A menempuh perjalanan lebih dekat daripada mobil B.
4. Mobil A dan B bertemu setelah bergerak 40 sekon.

Pernyataan yang benar berkaitan dengan grafik di atas ditunjukkan oleh nomor ….

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

Pembahasan

Mari kita periksa masing-masing pernyataan di atas!

1. Baik mobil A maupun mobil B sama-sama mengalami gerak GLBB dipercepat dalam waktu yang tidak ditentukan dalam soal. Sehingga pada detik ke-60, kedua mobil masih mengalami peningkatan kecepatan. [pernyataan 1 salah]
2. Percepatan adalah perbandingan antara selisih kecepatan terhadap selisih waktu, a = ∆v/∆t atau a = tan⁡ θ. Rumus ini bisa diartikan bahwa percepatan merupakan gradien atau kemiringan garis. Pada grafik di atas, garis A lebih miring (sudutnya lebih besar) sehingga percepatan mobil A lebih besar. [pernyataan 2 benar]
3. Pada grafik v–t, jarak merupakan luas di bawah grafik. Pada grafik di atas, garis A terletak di bawah garis B sehingga luas di bawah garis A lebih kecil. [pernyataan 3 benar].
4. Pada detik ke-40 mobil A dan mobil B mempunyai kecepatan yang sama, tetapi jarak yang ditempuh tidak sama sehingga tidak mungkin bertemu dan tidak akan pernah bertemu. [pernyataan 4 salah].

Jadi, pernyataan yang benar berkaitan dengan grafik di atas ditunjukkan oleh nomor 2 dan 3 (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gerak Lurus.

Soal No. 8 tentang Gerak Peluru

Perhatikan gambar berikut!

Dua bola digerakkan mendatar dengan kecepatan konstan tanpa gesekan secara bersamaan. Kecepatan bola 1 = 8 m/s dan kecepatan bola 2 = 5 m/s. Bola 2 dipercepat dengan percepatan tetap 20 m/s², maka kedua bola akan sampai di titik C pada waktu yang sama.

Dari pernyataan-pernyataan berikut:

1. Waktu yang diperlukan bola 2 sampai di titik C = 0,3 sekon.
2. Saat kedua bola bertemu, kecepatan bola 2 lebih kecil dari bola 1.
3. Tinggi meja = 45 cm diukur dari lantai.
4. Saat di titik C, kecepatan bola 1 lebih besar dari bola 2.

Pernyataan yang benar berkaitan dengan peristiwa di atas adalah ….

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

Pembahasan

Bola 1 mengalami gerak peluru atau parabola. Jarak mendatar yang ditempuh bola 1 memenuhi rumus GLB.

s₁ = v_x t
    = 8t

Sedangkan bola 2 mengalami gerak GLBB dipercepat sehingga jarak yang ditempuh adalah:

s₂ = vt + ½ at²
    = 5t + ½ ∙ 20 ∙ t²
    = 5t + 10t²

Bola 1 dan bola 2 menempuh jarak mendatar yang sama, sehingga:

  s₁ = s₂
  8t = 5t + 10t²
  3t = 10t²
10t = 3
    t = 0,3            [pernyataan 1 benar]

Karena bola 1 mengalami gerak peluru, bola tersebut mempunyai dua jenis kecepatan, yaitu kecepatan arah mendatar dan vertikal.

v_x = 8 m/s

v_y = gt
    = 10 ∙ 0,3 m/s
    = 3 m/s

Sehingga kecepatan bola 1 adalah:

v = √(v_x² + v_y²)
   = √(8² + 3²) m/s
   = √73 m/s
   = 8,54 m/s

Sedangkan kecepatan bola 2 adalah:

v = v + at
   = 5 + 20 ∙ 0,3 m/s
   = 11 m/s

Dengan demikian, di titik temu (titik C) kecepatan bola 1 lebih kecil daripada kecepatan bola. [pernyataan 2 dan 4 salah]

Tinggi meja merupakan jarak vertikal yang ditempuh oleh bola 1 yang dirumuskan:

h = ½ gt²
   = 1/2 ∙ 10 ∙ 0,3² m
   = 5 ∙ 0,09 m
   = 0,45 m
   = 45 cm [pernyataan 3 benar]

Jadi, pernyataan yang benar berkaitan dengan peristiwa di atas adalah pernyataan 1 dan 3 (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gerak Parabola.

Soal No. 9 tentang Gerak Melingkar

Perhatikan gambar koin uang logam yang diletakkan di atas piringan yang berputar dengan kecepatan sudut tetap 6 rad/s berikut!

Massa koin = 0,1 kg, koefisien gesek statis = 0,40, dan percepatan gravitasi 10 m/s². Jarak maksimum koin dari poros putar agar koin tersebut tetap berputar bersama piringan adalah ….

A.   6 cm
B.   10 cm
C.   11 cm
D.   16 cm
E.   25 cm

Pembahasan

Agar koin tetap berputar bersama piringan, gaya gesek pada koin harus sama dengan gaya sentripetalnya.

      f = F_s

μmg = mω²R
     R = μg/ω²
        = (0,4 ∙ 10) /6²
        = 4/36
        = 0,11 m
        = 11 cm

Jadi, jarak maksimum koin dari poros putar agar koin tersebut tetap berputar bersama piringan adalah 11 cm (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gerak Melingkar.

Soal No. 10 tentang Impuls dan Momentum

Perhatikan gambar dua bola bermassa 2m dan m yang bertumbukan berikut ini!

Dari pernyataan-pernyataan berikut ini:

1. Koefisien restitusi sama dengan nol.
2. Jumlah momentum sebelum dan sesudah tumbukan sama besar.
3. Kecepatan benda bermassa 2m sebelum dan sesudah tumbukan tetap.
4. Energi kinetik total kedua benda tetap.

Pernyataan yang benar jika jenis tumbukan kedua benda merupakan tumbukan tidak lenting sama sekali adalah ….

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

Pembahasan

Di antara ciri tumbukan tidak lenting sama sekali adalah sebagai berikut:

1. koefisien restitusi sama dengan nol (e=0) [pernyataan 1 benar]
2. berlaku hukum kekekalan momentum: jumlah momentum sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama besar [pernyataan 2 benar]
3. setelah tumbukan, benda bergabung dan bergerak dalam satu kecepatan [pernyataan 3 salah]
4. tidak berlaku hukum kekekalan energi kinetik [pernyataan 4 salah]

Jadi, Pernyataan yang benar jika jenis tumbukan kedua benda merupakan tumbukan tidak lenting sama sekali adalah pernyataan 1 dan 2 (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fsika UN: Impuls dan Momentum.

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2019 selengkapnya.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Terimakasih