1. Dokumen tersebut berisi ringkasan pembahasan soal-soal fisika Olimpiade Sains Nasional (OSN) tahun 2004 untuk tingkat kabupaten/kota. Terdapat delapan soal yang dibahas secara rinci.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
29http://ibnu2003.blogspot.com
1. Pembahasan
πππ π π πππππ, π = 1 ππ
πππππππ‘ππ ππ€ππ πππππ, π£0 = 10 π/πππ‘
πππ¦π ππππ π‘ππ, πΉ = 2 π
ππππ πππππ ππππππππ, π‘ = 10 πππ‘ππ
ππππ’ππβππ ππππππ,βπΈ = β― πππ’ππ
gaya konstan yang bekerja menyebabkan benda mengalami
percepatan sebesar
π =
πΉ
π
=
2
1
= 2π/πππ‘2
benda bergerak lurus berubah beraturan dengan besar
kecepatan selama 10 detik adalah
π£ = π£0 + ππ‘ = 10 + 2.10 = 30π/πππ‘
perubahan energi merupakan selisih energi kinetik akhir dan
energi kinetik awal
βπΈπ = πΈπ ππβππ β πΈπ ππ€ππ
βπΈπ =
1
2
π(π£2
β π£0
2
)
βπΈπ =
1
2
1(302
β 102) = 400π½
cara lain : jarak yang ditempuh oleh benda selama 10 detik
adalah :
π = π£0 π‘ +
1
2
ππ‘2
π = 10.10 +
1
2
2.102
= 200π
Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan adalah
π = πΉ. π = 2.200 = 400π½
Jawaban : C
2.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
30http://ibnu2003.blogspot.com
2. Pembahasan
semakin besar daerah kemiringan grafik maka semakin besar
kecepatan diperoleh suatu benda,
π£ =
βπ
βπ‘
β¦ ππππ 1)
atau
π£ = π‘ππ π β¦ ππππ 2)
Perhatikan persamaan 1 dan 2, maka kesimpulannya
kecepatan berbanding lurus dengan perubahan posisi benda
β΄ π£~βπ
kecepatan berbanding terbalik dengan perubahan waktu benda
β΄ π£~
1
βπ‘
kecepatan berbanding lurus dengan nilai tangensial kemiringan
grafik
β΄ π£~π‘ππ π
Jawaban : D
3. Pembahasan
β1 =
β
2
; β2 =
β
4
β π£1: π£2 = β―? β0 = β
π£1: π£2 = β2(β0 β β1) βΆ β2(β0 β β2)
π£1: π£2 = β2(ββ β/2) βΆ β2(ββ β/4)
π£1: π£2 = β2 βΆ β3
β΄
π£1
π£2
=
β2
β3
=
β6
3
Jawaban : A
3.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
31http://ibnu2003.blogspot.com
4. pembahasan
perhatikan gambar diagram bebas benda !
kecepatan benda
tetap artinya benda
bergerak lurus
beraturan yang
memiliki
percepatan sama
dengan nol,
sehingga
Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu y
π β πππππ π β πΉπ¦ = 0 β π β πππππ π β πΉπ πππ = 0
π = πππππ π + πΉπ πππ β¦ ππππ 1)
Gaya-gaya yang bekerja pada sumbu x
ππ = π π π = π π( πππππ π + πΉπ πππ)β¦ ππππ 2)
πΉπ₯ β πππ πππ β ππ = 0
πΉπππ π β πππ πππ = π π( πππππ π + πΉπ πππ)
β΄ π π =
πΉπππ π β πππ πππ
πππππ π + πΉπ πππ
=
1
7
Jawaban : D
5. Pembahasan
a. Titik A merupakan posisi awal benda
b. Titik B merupakan posisi benda setelah 1 detik yang berada
pada ketinggian h diatas bidang horizontal
c. Energi mekanik adalah jumlah energi kinetik dan energi
potensial sistem atau energi mekanik pada posisi A sama
dengan energi mekanik pada posisi B
π
x
y
N
Fy
Fx
F
πππππ π
π
ππ
ππ
π = 30
πΉ = 20π
π = 2ππ
4.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
32http://ibnu2003.blogspot.com
penyelesaian
πΈπ π΄ = πΈπ π΅ = πΈπΎπ΄ + πΈππ΄ =
1
2
π π£0
2
= πΈπ
πΈπ =
1
2
π π£0
2
=
1
2
(0,1)1002
= 500π½
energi potensial pada titik B adalah : πΈππ΅ = ππβ
nilai h diperoleh dengan meninjau gerak parabola benda
tersebut pada arah sumbu y pada t = 1 detik
β = π£0 π πππ. π‘ β
1
2
ππ‘2
β = 100.
1
2
. 1 β 5.12
= 45π
πΈππ΅ = ππβ = 0,1.10.45 = 45π½
β΄
πΈππ΅
πΈπ
=
45
500
=
9
100
Jawaban : B
6. pembahasan
bola dijatuhkan dari ketinggian h0=h
tinggi pantulan pertama adalah h1
tinggi pantulan kedua adalah h2=h/16
kecepatan bola arah ke atas bernilai positif
kecepatan bola sesaat menumbuk lantai dasar yang pertema
kali adalah :
π£0 = ββ2πβ
π΄
π¦
π₯
π΅
π
π£0
β
π£0 = 100π/π
π = 10π π β2
π = 0,1ππ
π = 300
5.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
33http://ibnu2003.blogspot.com
kecepatan bola sesaat setelah memantul dari tanah pada
pemantulan pertama kali adalah :
π£0β² = β2πβ1
kecepatan bola sesaat menumbuk lantai dasar yang kedua kali
adalah :
π£1 = βπ£0
β²
= ββ2πβ1
kecepatan bola sesaat setelah memantul dari tanah yang kedua
kali adalah :
π£1β² = β2πβ2
koefisien restitusi adalah nilai minus dari perbandingan
kecepatan sesudah dan sebelum tumbukan
π = β
π£0β²
π£0
= β
π£1β²
π£1
π£0β²
π£0
=
π£1β²
π£1
β
β2πβ1
β2πβ
=
β2πβ2
β2πβ1
ββ1
ββ
=
ββ2
ββ1
β
β1
β
=
β2
β1
β΄ β1 = βββ2 = β
β2
16
=
β
4
cara lain :
β0 = β; β0β² = β1
β1 = β1;β1β² = β/16
β1 = β―?
β0β²
β0
=
β1β²
β1
β
β1
β
=
β/16
β1
β΄ β1 = β
β2
16
=
β
4
Jawaban : C
6.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
34http://ibnu2003.blogspot.com
7. Pembahasan
perhatikan diagram bebas !
Gunakan HK II Newton
Ξ£πΉ = ππ π
βπππ πππ = ππ π
π π = βππ πππ β¦ ππππ 1)
komponen tangensial gaya berat
bertanda negatif merupakan
gaya pemulih.
percepatan tangensial diperoleh
dari fungsi turunan kedua dari
fungsi posisi
π = πΏπ (πΊππππ πΊππ΅)
π π =
π2
π
ππ‘2
=
π2
(πΏπ)
ππ‘2
= πΏ
π2
π
ππ‘2
substitusikan ke persamaan 1),
maka :
πΏ
π2
π
ππ‘2
+ ππ πππ = 0
π2
π
ππ‘2
+
π
πΏ
π πππ = 0
untuk simpangan sudut π cukup
kecil dapat dilakukan pendekatan
π πππ β π , dengan demikian gerak
bandul akan mendekati gerak
harmonis sederhana, maka :
π2
π
ππ‘2
+ π2
π = 0
dengan ketentuan bahwa :
π2
=
4π2
π2
=
π
πΏ
β΄ π = 2πβ
πΏ
π
diketahui :
π1 = π; π2 =
π
2
; βπΏ = β―?
π2
π1
= β
πΏ2
πΏ1
β πΏ2 = πΏ1 (
π2
π1
)
2
πΏ2 = πΏ (
1
2
)
2
=
πΏ
4
β΄ βπΏ = πΏ β πΏ2 =
3πΏ
4
Jawaban : A
πππ πππ
ππ
π
π
π
π
πΏ
7.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
35http://ibnu2003.blogspot.com
8. Perhatikan grafik dibawah ini !
Pembahasan
Grafik diatas, adalah impuls merupakan perubahan momentum
benda akibat oleh gaya yang bekerja pada benda dalam waktu
singkat. sesuai dengan Hk II Newton bahwa gaya yang bekerja
pada benda berbanding lurus dengan perubahan kecepatannya.
Luas daerah di bawah kurva gaya adalah besarnya impuls,
akibat dari Hukum II Newton
πΉ = π (
π£ β π£0
βπ‘
) =
ππ£
βπ‘
(π£0 = 0)
π£ =
πΉβπ‘
π
=
πΌ
π
maka besarnya impuls dari grafik selama 10 detik adalah
πΌ = πΉβπ‘ = 1.(10) = 10π. πππ‘
maka kecepatan benda setelah 10 detik adalah
π£ =
πΌ
π
=
10
1
= 10π/π
Jawaban : D
9. Pembahasan
π = 1 ππ; πΈπ = 4 π½; π = β―?
1
2
ππ£2
= πΈπ =
(ππ£)2
2π
=
π2
2π
π = β2ππΈπ = β2.1.4 = 2β2ππ
Jawaban : C
1
1
T(det)
F
8.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
36http://ibnu2003.blogspot.com
10. Pembahasan
persamaan simpangan dan kecepatan getaran harmonik adalah
π¦ = π¦ π π πππ
π£ = π£ π πππ π
diketahui :
π¦ =
π΄
2
=
π¦ π
2
; π£ βΆ π£ π = β―?
π πππ =
1
2
; πππ π =
1
2
β3
β΄
π£
π£ π
= πππ π =
β3
2
Teori singkat
persamaan gerak harmonis partikel
π¦ = π¦ π π πππ β¦(π¦ π = π΄)
kecepatan gerak harmonis merupakan fungsi turunan bertama
dari simpangannya
π£ =
ππ¦
ππ‘
= π΄ππππ πβ¦ (π£ π = π΄π)
π£ = π£ π πππ π = π΄ππππ π
perbandingan yang diperoleh adalah :
π£
π£ π
=
π£ π πππ π
π£ π
= πππ π =
β3
2
Jawaban : E
11. Pembahasan
a. gerak balok dua detik pertama, balok memiliki percepatan
sebesar
π =
πΉ1
π
=
10
2
= 5ππ β2
balok mula-mula diam, jarak yang ditempuh adalah
π1 =
1
2
ππ‘2
=
1
2
(10)22
= 10π
9.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
37http://ibnu2003.blogspot.com
b. gerak balok setelah detik kedua, maka balok bergerak lurus
beraturan
π =
πΉ1 β πΉ2
π
=
10 β 10
π
= 0
jarak yang ditempuh benda adalah
π£2 = ππ‘ = 5π₯2 = 10π
π1 = π£2. π‘ = 10.1 = 10π
selisih waktu sampai tiga detik pertama adalah 1 detik
besar perpindahan setelah tida detik pertama adalah
π = π1 + π2 = 20π
Jawaban : B
12. Perhatikan gambar di bawah ini !
Pembahasan
perhatikan diagram bebas dari sistem diatas
B=3kg
A=2kg
C
ππππ
π» π
π» π
fgA
NA
T1
a
mAg
fgA
NB NA
T2
T1
mBg
a
mC
T2
mCg
a
10.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
38http://ibnu2003.blogspot.com
Benda A
πππ΄ = π ππ΄ ππ΄ = π ππ΄ π π΄ π β¦ ππππ 1)
π1 β πππ΄ = π π΄ π β¦ ππππ 2)
Benda B
π2 β π1 β πππ΄ = π π΅ π β¦ ππππ 3)
Benda C
π πΆ π β π2 = π πΆ πβ¦ ππππ 4)
substitusikan persamaan 2) ke 3)
π2 = 2πππ΄ + (π π΄ + π π΅)πβ¦ ππππ 5)
substitusikan persamaan 5) ke 4), menjadi
π πΆ π β (2πππ΄ + ( π π΄ + π π΅) π) = π πΆ π
percepatan yang diperoleh :
π =
π πΆ π β 2π ππ΄ π π΄ π
π π΄ + π π΅ + π πΆ
β¦ ππππ 7)
hasil percepatannya adalah :
π =
100β 12
15
=
88
15
ππ β2
pada persamaan 4)
π2 = π πΆ π β π πΆ π
π2 =
1500β 880
15
= 41,33π
Jawaban : D
13. Pembahasan
benda yang bergerak lurus beraturan atau dalam kecepatan
tetap jarak yang ditempuh benda berbanding lurus dengan
waktu
π = π£. π‘
maka grafik S dan t adalah linier, grafik yang sesuai adalah
pada opsi D
Keterangan pada masing-masing grafik
pilihan A (S berbanding dengan akar kuadrat dari t)
pilihan B (S berbanding terbalik dengan eksponensial dari t)
pilihan C (S berbanding dengan kuadrat dari t) benda
melakukan GLBB
pilihan E (S tetap artinya benda diam)
Jawaban : D
11.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
39http://ibnu2003.blogspot.com
14. Pembahasan
Benda yang dilembar ke kanan dengan sudut( π) terhadap
horizontal akan membentuk gerak parabola. Gerak parabola
merupakan gerak perpaduan gerak lurus beraturan dan gerak
lurus berubah beraturan.
Dengan arah horizontal sebagai sumbu x dan arah vertikal
sebagai sumbu y. Pada arah sumbu x benda melakukan GLB
dengan laju konstan atau percepatan nol. Pada sumbu y (GLBB)
benda selalu mengalami percepatan sama dengan percepatan
gravitasi bumi yang arahnya selalu ke bawah (pusat bumi)
Jawaban : A
15. Pembahasan
Percepatan benda akibat adanya gravitasi tidak tergantung pada
massa benda, walaupun massa benda berubah percepatan
benda akibat gravitasi tetap
Jawaban : E
16. Pembahasan
setelah satu detik kemudian
waktunya menjadi 2 detik
ββ25βπ2
=
1
2
ππ‘2
ββ25βπ2
=
1
2
(10)22
= 20π
maka jumlah lantai yang
dilewati boneka adalah
π2 =
ββ25βπ2
ββ25β24
=
20
5
= 4 ππππ‘ππ
maka lantai yang dilewati
setelah bergerak 2s adalah :
ππππ‘ππ ππ = π β π2
ππππ‘ππ ππ = 25β 4 = 21
Jawaban C
π π¦ = βπ
π π₯ = 0
π£π
π₯
π¦
12.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
40http://ibnu2003.blogspot.com
17. Pembahasan
perhatikan diagram bebas
π£π = 0; πΉ1 = πΉ; π£1 = π£
πΉ2 = 2πΉ; π£2 = β― π£
π£2 = ππ‘ =
πΉ2
π
π‘
π£2 = ππ‘ = 2 (
πΉ
π
) π‘ = 2ππ‘
π£2 = 2π£1 = 2π£
Jawaban : C
18. Pembahasan
persamaan gaya sentripetal adalah
πΉπ =
ππ£2
π
= π2
π
untuk gaya sentripetalnya menjadi 9 kali semula, maka laju
putarnya menjadi
πΉπ 2
πΉπ 1
=
π2
2
π1
2
π2 = π1β
πΉπ 2
πΉπ 1
= 3π
jawaban : B
2πΉ
π£2 = β―?
πΉ
π£1 = π£
13.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
41http://ibnu2003.blogspot.com
19. Pembahasan
Gaya yang harus dihasil kan oleh rem tangan sebanding dengan
gaya menuruni bidang :
Ξ£πΉ = 0
F πππ = ππ π πππ
Jawaban : E
20. Pembahasan
gaya gesek yang terjadi pada bidang kasar berbanding koefisien
gesekan dan gaya normalnya
ππ = πππ = (0,2)(800)(10) = 1600π
Jawaban : D
21. Pembahasan
benda bergerak melingkar dan mencapai titik tertinggi
Ξ£πΉ = ππ π π
mg + T = ππ2
π β T = ππ2
π β mg
T = (2)(6)2
(
1
2
)β (2)(10) = 16π
Jawaban : C
ππ
π
π
π
ππ
π
π
14.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
42http://ibnu2003.blogspot.com
22. Pembahasan
usaha untuk memindahkan benda ke puncak bidang miring
adalah
π = πππ πππ. π
karena
π πππ =
β
π
maka
π = πππ πππ. π = π€. β = 60π½
Jawaban : C
23. Pembahasan
Benda mengalami hukum kekekalan energi mekanik
πΈπ π΄ = πΈπ π΅
πΈπ π΄ + πΈπ π΄ = πΈπ π΅ + πΈπ π΅
πΈπ π΄ + 0 = 0 + πΈπ π΅
πΈπ π΄ = πΈπ π΅ β π£ π΄ = β2πβ π΅
π£ π΄ = β2(1000)(20) = 200ππ/π
Jawaban : A
24. Pembahasan
πΌ = 30ππππ‘; π = 5,00ππ; π£0 = 100π/π ; π£ = β―?
πΌ = π(π£ β π£0) β π£ =
πΌ
π
+ π£0 = 106π/π
Jawaban : B
3m
4m
A
B
20cm
15.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
43http://ibnu2003.blogspot.com
25. Pembahasan
pada dua pegas dengan k1 dan k2 disusun seri, akan memiliki
besar gaya yang sama yang bekerja pada pegas
π₯ π = π₯1 + π₯2
π₯ π =
πΉ
ππ
β π₯1 =
πΉ
π1
β π₯2 =
πΉ
π2
konstanta pegas penggantinya adalah :
ππ =
π1 π2
π1 + π2
dengan mengasumsikan bahwa kedua konstanta pegas sama,
maka konstanta pegas pengganti menjadi setengah kali dari
besar masing-masing konstanta
ππ =
π1 π2
π1 + π2
=
π
2
Jawaban : -
26. Pembahasan
π π = 8ππ; π π = 5π π
π€ ππππππ‘ = β―? π€ ππ’ππ = 25π
π€ π = ππ π = π
πΊππ
π 2
π
π€ π = ππ π = π
πΊπ π
π 2
π
π€ π βΆ π€ π =
ππ
π 2
π
βΆ
π ππ
π 2
ππ
π€ π βΆ π€ π =
ππ
π 2
π
βΆ
8ππ
25π 2
π
25 βΆ π€ π = 25 βΆ 8
β΄ π€ π = 8π
Jawaban : D
16.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
44http://ibnu2003.blogspot.com
27. Pembahasan
π = 10ππ; π = 1ππ; π = 1π
πΉπ = β―? πΊ = 6,7π₯10β11
ππ2
/ππ2
πΉπ =
(6,7π₯10β11
)(1)(10)
12
= 6,7π₯10β10
π
Jawaban : B
28. Pembahasan
Benda A
π = π π΄ π + π π΄ π
Benda B
π = π π΅ π β π π΅ π
percepatan kedua benda
menjadi
π =
π π΄ π β π π΅ π
π π΄ + π π΅
=
5
2
ππ β2
Kecepatan B ketika benda A
mencapai lantai adalah
π£ π΅ = β2πβ = β2πβ
π£ π΅ = β2.2,5.4 = β20π
Penentuan tinggi maksimum benda B yang bergerak vertikal ke
atas dengan percepatan βg.
β π΅πππ = β +
π£2
π΅
2π
β π΅πππ = 4 +
(β20)2
2.10
= 5π
Jawaban : B
A
B3kg 4m
5kg
17.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
45http://ibnu2003.blogspot.com
29. Pembahasan
diketahui :
π1 = 1ππ; π£1 = β3π β 2π
π2 = 2ππ; π£2 = 4π β 6π
π£1
β²
= β―? ; π£2
β²
= β―?
diasumsikan bahwa kedua benda setelah tumbukan adalah
sama. tumbukan terjadi secara lenting sempurna sehingga
energi kekal selama proses tumbukan, maka
π£1 = β3π β 2π β π£1 = β(β3)
2
+ (2)2 = β7π/π
π£2 = 4π β 6π β π£2 = β(4)2 + (6)2 = β52π/π
setelah tubumbukan,
π£1
β²
= π£2
β²
= π£
maka
hukum kekekalan energi kinetik menjadi
1
2
π1 π£1
2
+
1
2
π2 π£2
2
=
1
2
(π1 + π2)π£β²2
π£β² = β
π1 π£1
2 + π2 π£2
2
(π1 + π2)
π£β² = β(β7)
2
+ 2(β52)
2
3
= β37π/π
Jawaban : C
30. Pembahasan
fg2
fg1
a2a1
2m mTT
18.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
46http://ibnu2003.blogspot.com
Benda 2m
π β ππ1 = 2ππ1
π = 2πππ + 2ππ1 β¦ ππππ 1)
Benda m
π β ππ2 = ππ2
π = πππ + ππ2 β¦ ππππ 2)
Kedua persamaan memperoleh percepatan motor listrik menjadi
πππ + ππ2 = 2πππ + 2ππ1
π2 = ππ + 2π1
Percepatan relatif kedua benda adalah
π π = π1 + π2
π π = 3π1 + ππ
Waktu yang diperlukan kedua benda untuk bertabrakan adalah
π =
1
2
π π π‘2
β π‘ = β
2π
π π
π‘ = β
2πΏ
3π1 + ππ
= (
2πΏ
3π1 + ππ
)
1/2
Jawaban : C
19.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
47http://ibnu2003.blogspot.com
ESSAY
1. Pembahasan
tinjau gerakan dalam kerangka acuan pusat massa. kita pilih
pusat massa sebagai titik awal
πππ = 0
πππ =
ππ1 β ππ2
π + π
= 0
πππ(π + π)(0) = ππ1 β ππ2
ππ1 = ππ2
dengan
π1 + π2 = π
penentuan jari-jari (r1) dan (r2)
π2 =
ππ1
π
; π1 =
ππ2
π
π1 +
ππ1
π
= π
π1
(π + π)
π
= π
π1 =
ππ
(π + π)
(1)
atau
ππ2
π
+ π2 = π
(π + π)π2
π
= π
π2 =
ππ
(π + π)
(2)
d
pm
M
m
r2
r1
20.
OSN Fisika
Bedah soal
2004(kab/kota)
48http://ibnu2003.blogspot.com
untuk setiap planet, maka gaya gravitasi berbanding dengan
gaya sentripetal
pada planet bermassa m
πΊ
ππ
π2
=
ππ£2
π1
= ππ2
π1 (3)
pada planet bermassa M
πΊ
ππ
π2
=
ππ£2
π2
= ππ2
π2 (4)
substitusikan persamaan 1 ke 3 dan 2 ke 4,
untuk planet m
πΊ
ππ
π2
= ππ2
(
ππ
π + π
)
πΊππ( π + π) = πππ2
π3
π2
=
πΊ( π + π)
π3
(π =
2π
π
)
(
π1
2π
)
2
=
π3
πΊ( π + π)
π1 = (
4π2
π3
πΊ( π + π)
)
1/2
(5)
dengan cara yang sama untuk
planet M diketemukan periode
sebesar
π2 = (
4π2
π3
πΊ( π + π)
)
1/2
(6)
maka periode untuk setiap
planet adalah
β΄ π = (
4π2
π3
πΊ( π + π)
)
1/2