OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
78 http://ibnu2003.blogspot.com
1. Pembahasan
besaran-besaran yang mempengaruhi gaya angkat pesawat (F)
kerapatan udara ( 𝜌 = π‘˜π‘”π‘šβˆ’3
= π‘€πΏβˆ’3
)
kecepatan pesawat ( 𝑣 = π‘šπ‘ βˆ’1
= πΏπ‘‡βˆ’1
)
luas permukaan sayap ( 𝐴 = π‘š2
= 𝐿2
)
untuk gaya angkat pesawat
𝐹 = π‘˜π‘”π‘šπ‘ βˆ’2
= π‘€πΏπ‘‡βˆ’2
k = konstanta tanpa dimensi yang bergantung pada geometri
sayap
persamaan gaya angkat pesawat dapat dinyatakan dengan
𝐹 = π‘˜πœŒ π‘₯
𝑣 𝑦
𝐴 𝑧
masukkan dimensi masing-masing besaran, maka
π‘€πΏπ‘‡βˆ’2
= (π‘€πΏβˆ’3
) π‘₯
(πΏπ‘‡βˆ’1
) 𝑦
(𝐿2
) 𝑧
π‘€πΏπ‘‡βˆ’2
= 𝑀 π‘₯
πΏβˆ’3π‘₯+𝑦+2𝑧
π‘‡βˆ’π‘¦
dimensi M ( π‘₯ = 1)
dimensi T (βˆ’π‘¦ = βˆ’2 ⇋ 𝑦 = 2)
dimensi L (βˆ’3π‘₯ + 𝑦 + 2𝑧 = 1 ⇋ 𝑧 = 1)
maka persamaan gaya angkat pesawat
𝐹 = π‘˜πœŒ1
𝑣2
𝐴1
∴ 𝐹 = π‘˜πœŒπ‘£2
𝐴
untuk ( πœŒβ€²
= 0,5𝜌), maka kecepatan pesawat adalah
𝐹′
𝐹
=
π‘˜πœŒβ€²
𝑣′2
𝐴
π‘˜πœŒπ‘£2 𝐴
⇋ πœŒβ€²
𝑣′2
𝐴 = πœŒπ‘£2
𝐴
𝑣′
= π‘£βˆš
𝜌
πœŒβ€²
= π‘£βˆš
𝜌
0,5𝜌
= π‘£βˆš2
OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
79 http://ibnu2003.blogspot.com
2. Pembahasan
perhatikan gambar perilaku silinder di bawah ini !
( πœ‘) merupakan sudut yang ditempuh oleh silinder. panjang
busur dipentuk oleh lintasan pusat massa silinder silinder adalah
OA. syarat jika silinder tidak slip adalah : busur lintasan R
berbanding dengan ( πœƒ) dan busur lintasan r berbanding dengan
( πœ‘ + πœƒ), maka :
π‘Ÿ( πœ‘ + πœƒ) = π‘…πœƒ ⇋ π‘Ÿπœ‘ + π‘Ÿπœƒ = π‘…πœƒ
∴ πœ‘ =
𝑅 βˆ’ π‘Ÿ
π‘Ÿ
πœƒ
syarat silinder tidak slip, maka kecepatan linier berbanding
dengan kecepatan sudut dan jari-jarinya
𝑣 = πœ”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) ⇋ 𝑣2
= πœ”2( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
dan momen inersia silinder adalah :
𝐼 =
1
2
π‘šπ‘Ÿ2
energi kinetik translasi total menjadi :
πΈπ‘˜ = πΈπ‘˜π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘›π‘  + πΈπ‘˜ π‘Ÿπ‘œπ‘‘
πΈπ‘˜ =
1
2
π‘šπ‘£2
+
1
2
πΌπœ”2
πΈπ‘˜ =
1
2
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
πœ”2
+
1
2
πΌπœ”2
kecepatan sudut merupakan fungsi turunan pertama dari posisi
sudut
pada lintasan R (translasi)
πœ” =
π‘‘πœƒ
𝑑𝑑
= πœƒΜ‡ ⇋ πœ”2
= πœƒΜ‡2
πœ‘
π‘Ÿ
𝑅
𝐴
𝑂
πœƒ
πœƒ
OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
80 http://ibnu2003.blogspot.com
pada lintasan r (rotasi)
πœ” =
π‘‘πœ‘
𝑑𝑑
= πœ‘Μ‡ ⇋ πœ”2
= πœ‘Μ‡2
maka energi kinetiknya adalah
πΈπ‘˜ =
1
2
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
πœƒΜ‡2
+
1
2
πΌπœ‘Μ‡2
πΈπ‘˜ =
1
2
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
πœƒΜ‡2
+
1
2
1
2
π‘šπ‘Ÿ2
(
𝑅 βˆ’ π‘Ÿ
π‘Ÿ
πœƒΜ‡)
2
∴ πΈπ‘˜ =
3
4
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
πœƒΜ‡2
jarak titik O ke pusat lingkaran adalah ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)
jarak titik O ke lintasan busur lingkaran adalah
[( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘π‘œπ‘ πœƒ], maka :
jarak titik O relatif terhadap busur lingkaran adalah
β„Ž = ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) βˆ’ ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘π‘œπ‘ πœƒ
β„Ž = ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)[1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ]
dengan acuan di dasar silinder energi potensialnya sama dengan
nol, maka energi potensial silinder menjadi :
∴ 𝐸𝑝 = π‘šπ‘”β„Ž = π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)[1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ]
sehingga energi total pada sistem
𝐸 = πΈπ‘˜ + 𝐸𝑝
∴ 𝐸 =
3
4
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
πœƒΜ‡2
+ π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)[1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ] = π‘‘π‘’π‘‘π‘Žπ‘
maka turunan energi total terhadap waktu sama dengan nol
𝑑𝐸
𝑑𝑑
= 0
𝑑
𝑑𝑑
[
3
4
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
πœƒΜ‡2
+ π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)[1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ]] = 0
3
4
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
𝑑
𝑑𝑑
πœƒΜ‡2
+ π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)
𝑑
𝑑𝑑
(1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ) = 0
3
4
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
2πœƒΜ‡.πœƒΜˆ + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘ π‘–π‘›πœƒ. πœƒΜ‡ = 0
3
2
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
πœƒΜ‡. πœƒΜˆ + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘ π‘–π‘›πœƒ. πœƒΜ‡ = 0
3
2
π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2
πœƒΜˆ + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘ π‘–π‘›πœƒ = 0
OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
81 http://ibnu2003.blogspot.com
untuk osilasi kecil, sudut ( π‘ π‘–π‘›πœƒ = πœƒ), sehingga :
∴ πœƒΜˆ +
2𝑔
3( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)
πœƒ = 0
persamaan ini disebut persamaan gerak harmonis seherhana
dengan kecepatan anguler sebesar :
∴ πœ” = √
2𝑔
3( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)
dengan periodenya adalah :
∴ 𝑇 = 2πœ‹βˆš
3( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)
2𝑔
untuk harga r=0,2R, maka
𝑇 = 2πœ‹βˆš
3( 𝑅 βˆ’ 0,2𝑅)
2𝑔
= 2πœ‹βˆš
24𝑅
20𝑔
= 2πœ‹βˆš
6𝑅
5𝑔
3. Pembahasan
Tangga berada dalam setimbang
kesimbangan translasi tanggal pada keseluruhan sistem
∴ 𝑁𝐴 + 𝑁𝐡 = π‘šπ‘”
𝐴
πœƒπœƒ
𝑇 𝑇
𝐡
𝐢𝐢
𝑁𝐴
2π‘š
𝑁𝐡
1π‘š
𝑀
1π‘š
√15π‘š3π‘š
OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
82 http://ibnu2003.blogspot.com
kesetimbangan rotasi pada tangga :
batang AC (poros putar adalah titik C)
Σ𝜏 𝐢 = 0
kita perhatikan gambar di atas
lengan ( 𝑁𝐴 = 𝑁𝐡 = π‘™π‘ π‘–π‘›πœƒ)
lengan ( 𝑀 =
𝑙
4
π‘ π‘–π‘›πœƒ)
lengan ( 𝑇 =
𝑙
2
π‘π‘œπ‘ πœƒ)
maka :
Σ𝜏 𝐢 = 0
𝑁𝐴( π‘™π‘ π‘–π‘›πœƒ) βˆ’ 𝑇(
𝑙
2
π‘π‘œπ‘ πœƒ) βˆ’ 𝑀 (
𝑙
4
π‘ π‘–π‘›πœƒ) = 0
𝑁𝐴( π‘™π‘ π‘–π‘›πœƒ) = 𝑇(
𝑙
2
π‘π‘œπ‘ πœƒ) + 𝑀 (
𝑙
4
π‘ π‘–π‘›πœƒ)
∴ 𝑁𝐴 =
2𝑇 + π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
4π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
batang BC (poros putar adalah titik C)
Σ𝜏 𝐢 = 0
𝑁𝐡( π‘™π‘ π‘–π‘›πœƒ) βˆ’ 𝑇 (
𝑙
2
π‘π‘œπ‘ πœƒ) = 0
∴ 𝑁𝐡 =
𝑇
2π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
besar T diperoleh dari :
𝑁𝐴 + 𝑁𝐡 = π‘šπ‘”
2𝑇 + π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
4π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
+
𝑇
2π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
= π‘šπ‘”
2𝑇 + π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
4π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
+
2𝑇
4π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
= π‘šπ‘”
4𝑇 = 3π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
∴ 𝑇 =
3
4
π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ
masukkanlah nilainya :
𝑇 =
3
4
π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ =
√15
20
π‘šπ‘”
OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
83 http://ibnu2003.blogspot.com
4. Pembahasan
perhatikan diagram bebas pada di sistem berikut !
massa segitiga (bidang miring)( 𝑀 = 7π‘š)
massa bola pejal ( π‘š)
kecepatan bola pejal relatif terhadap tanah ( 𝑣)
kecepatan bola terhadap bidang miring ( 𝑣 π‘š)
kecepatan bid. segitiga terhadap tanah ( 𝑣 𝑀)
sesaat sebelum bola pejal menggelinding menuruni bidang,
maka energi potensial di puncak bidang miring sama dengan
nol, sehingga energi mekanik sistem sama dengan nol.
∴ πΈπ‘š1 = 0
setelah bola bejal bergerak sejauh h, bola memiliki energi
mekanik akhir.
π‘ π‘–π‘›πœƒ =
βˆ†β„Ž
β„Ž
⇋ βˆ†β„Ž = β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
energi potensial akhir bola
∴ 𝐸𝑝2 = βˆ’π‘šπ‘”βˆ†β„Ž = βˆ’π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
hubungan ( 𝑣) dengan ( 𝑣 π‘š) dan ( 𝑣 𝑀) adalah
sumbu y
𝑣 π‘š.𝑦 = βˆ’π‘£ π‘š π‘ π‘–π‘›πœƒ
sumbu x
𝑣 π‘š.π‘₯ = 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ
dengan menggunakan metode vektor, kecepatan bola pejal
relatif terhadap tanah adalah
𝑣⃗ = 𝑣⃗𝑖 + 𝑣⃗𝑗
𝑣⃗ = 𝑣 π‘š.π‘₯⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗𝑖 + 𝑣 π‘š.𝑦⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗𝑗
𝑣⃗ = ( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ) 𝑖 + (βˆ’π‘£ π‘š π‘ π‘–π‘›πœƒ)𝑗
𝑣2
= ( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2
+ (βˆ’π‘£ π‘š π‘ π‘–π‘›πœƒ)2
𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ
π‘Ÿ
πœƒ
βˆ†β„Ž 𝑣 𝑀
𝑣 π‘š
πœƒ
πœƒ
𝑀
𝑣 π‘š π‘ π‘–π‘›πœƒ
OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
84 http://ibnu2003.blogspot.com
𝑣2
= ( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2
+ 𝑣 π‘š
2
𝑠𝑖𝑛2
πœƒ
maka energi kinetik translasi akhir bola pejal
∴ πΈπ‘˜(π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘›π‘ )2 =
1
2
π‘šπ‘£2
∴ πΈπ‘˜(π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘›π‘ )2 =
1
2
π‘š[( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2
+ 𝑣 π‘š
2
𝑠𝑖𝑛2
πœƒ]
energi kinetik rotasi akhir bola pejal adalah :
∴ πΈπ‘˜(π‘Ÿπ‘œπ‘‘)2 =
1
2
πΌπœ”2
=
1
2
𝐼
𝑣 π‘š
2
π‘Ÿ2
energi kinetik translasi akhir bidang miring adalah :
∴ πΈπ‘˜ 𝑀 =
1
2
𝑀𝑣 𝑀
2
kesimpulannya bahwa energi mekanik akhir sistem adalah
πΈπ‘š2 = 𝐸𝑝2 + πΈπ‘˜(π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘›π‘ )2 + πΈπ‘˜(π‘Ÿπ‘œπ‘‘)2 + πΈπ‘˜ 𝑀
πΈπ‘š2 =
π‘š
2
[( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2
+ 𝑣 π‘š
2
𝑠𝑖𝑛2
πœƒ] +
𝐼𝑣 π‘š
2
2π‘Ÿ2
+
𝑀
2
𝑣 𝑀
2
βˆ’ π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
πΈπ‘š2 = π‘š[( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2
+ 𝑣 π‘š
2
𝑠𝑖𝑛2
πœƒ] +
𝐼𝑣 π‘š
2
π‘Ÿ2
+ 𝑀𝑣 𝑀
2
βˆ’ 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
persamaan hukum kekekalan energi mekanik adalah
πΈπ‘š1 = πΈπ‘š2
maka :
π‘šπ‘£ 𝑀
2 βˆ’ 2π‘šπ‘£ π‘š 𝑣 𝑀 π‘π‘œπ‘ πœƒ + π‘šπ‘£ π‘š
2(π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ + 𝑠𝑖𝑛2 πœƒ) +
𝐼𝑣 π‘š
2
π‘Ÿ2 + 𝑀𝑣 𝑀
2 = 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
untuk : ( π‘π‘œπ‘ 2
πœƒ + 𝑠𝑖𝑛2
πœƒ = 1), maka :
( π‘š + 𝑀) 𝑣 𝑀
2
βˆ’ 2π‘šπ‘£ π‘š 𝑣 𝑀 π‘π‘œπ‘ πœƒ + ( π‘š +
𝐼
π‘Ÿ2
) 𝑣 π‘š
2
= 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ … 1)
dengan menggunakan prinsip pada hukum kekekalan energi
mekanik, maka hukum kekekalan momentum menjadi
𝑀𝑣 𝑀 + π‘šπ‘£ π‘š.π‘₯ = 0
𝑀𝑣 𝑀 + π‘š(𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ) = 0
π‘šπ‘£ π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ = (𝑀 + π‘š)𝑣 𝑀
∴ 𝑣 π‘š =
( 𝑀 + π‘š) 𝑣 𝑀
π‘šπ‘π‘œπ‘ πœƒ
… 2) ⇋ 𝑣 π‘š
2
=
(𝑀 + π‘š)2
𝑣 𝑀
2
π‘š2 π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ
substitusikan persamaan 1) dan 2) maka :
[π‘š +
𝐼
π‘Ÿ2
]
( 𝑀 + π‘š)2
π‘š2 π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ
𝑣 𝑀
2
βˆ’ 𝑣 𝑀
2( 𝑀 + π‘š) = 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
([
π‘šπ‘Ÿ2
π‘šπ‘Ÿ2
+
𝐼
π‘šπ‘Ÿ2
]
π‘š( 𝑀 + π‘š)
π‘š2 π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ
βˆ’ 1)( 𝑀 + π‘š) 𝑣 𝑀
2
= 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
85 http://ibnu2003.blogspot.com
([1 +
𝐼
π‘šπ‘Ÿ2
]
( 𝑀 + π‘š)
π‘šπ‘π‘œπ‘ 2 πœƒ
βˆ’ 1)( 𝑀 + π‘š) 𝑣 𝑀
2
= 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
∴ 𝑣 𝑀 =
√
2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
( 𝑀+ π‘š) {[1 +
𝐼
π‘šπ‘Ÿ2]
( 𝑀 + π‘š)
π‘šπ‘π‘œπ‘ 2 πœƒ
βˆ’ 1}
diketahui ( 𝑀 = 7π‘š; π‘ π‘–π‘›πœƒ = 0,6; 𝐼 =
2
5
π‘šπ‘Ÿ2
; π‘Ÿ = 0,1β„Ž),
maka : didapatkan kecepatan bidang miring sebesar :
∴ 𝑣 𝑀 = √
1,2π‘”β„Ž
8(
7
5
100
8
βˆ’ 1)
= √
π‘”β„Ž
110
5. Pembahasan
panjang tali ( 𝐿)
konstanta pegas tali ( π‘˜)
medan gravitasi bumi adalah ( 𝑔)
massa orang (bunger jumper) ( π‘š)
dari peristiwa ini bahwa massa m si jumper dalam keadaan diam
berarti energi mula-mula sama dengan nol
𝐸 π‘Žπ‘€π‘Žπ‘™ = 0
𝑠𝑖 π‘—π‘’π‘šπ‘π‘’π‘Ÿ
𝐿
π‘₯
OSN Fisika Bedah soal
2007(kab/kota)
86 http://ibnu2003.blogspot.com
setelah si jumper melompat dan sampai sesaat akan kembali
keatas, energi akhirnya merupakan jumlah aljabar energi
potensial dan energi potensial pegas
𝐸 π‘Žπ‘˜β„Žπ‘–π‘Ÿ = 𝐸𝑝 + 𝐸𝑝 π‘π‘’π‘”π‘Žπ‘ 
𝐸 π‘Žπ‘˜β„Žπ‘–π‘Ÿ = βˆ’π‘šπ‘”(𝐿 + π‘₯) +
1
2
π‘˜π‘₯2
persamaan hukum kekekalan energi
βˆ’π‘šπ‘”( 𝐿 + π‘₯) +
1
2
π‘˜π‘₯2
= 0
π‘˜π‘₯2
βˆ’ 2π‘šπ‘”π‘₯ βˆ’ 2π‘šπ‘”πΏ = 0
gunakan rumus abc
π‘₯ =
βˆ’π‘ Β± √ 𝑏2 βˆ’ 4π‘Žπ‘
2π‘Ž
π‘₯ =
2π‘šπ‘”+ √(2π‘šπ‘”)2 + 4π‘˜(2π‘šπ‘”π‘™)
2π‘˜
π‘₯ =
π‘šπ‘” + √ π‘š2 𝑔2 + 2π‘˜π‘šπ‘”π‘™
π‘˜
π‘₯ =
π‘šπ‘”
π‘˜
+ √
π‘š2 𝑔2
π‘˜2
+
2π‘šπ‘”π‘™
π‘˜
panjang akhir tali adalah :
𝐿 π‘Žπ‘˜β„Žπ‘–π‘Ÿ = 𝐿 + π‘₯
∴ 𝐿 π‘Žπ‘˜β„Žπ‘–π‘Ÿ = 𝐿 +
π‘šπ‘”
π‘˜
+ √
π‘š2 𝑔2
π‘˜2
+
2π‘šπ‘”π‘™
π‘˜

2007 osnk fisika (tkunci)

  • 1.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 78 http://ibnu2003.blogspot.com 1. Pembahasan besaran-besaran yang mempengaruhi gaya angkat pesawat (F) kerapatan udara ( 𝜌 = π‘˜π‘”π‘šβˆ’3 = π‘€πΏβˆ’3 ) kecepatan pesawat ( 𝑣 = π‘šπ‘ βˆ’1 = πΏπ‘‡βˆ’1 ) luas permukaan sayap ( 𝐴 = π‘š2 = 𝐿2 ) untuk gaya angkat pesawat 𝐹 = π‘˜π‘”π‘šπ‘ βˆ’2 = π‘€πΏπ‘‡βˆ’2 k = konstanta tanpa dimensi yang bergantung pada geometri sayap persamaan gaya angkat pesawat dapat dinyatakan dengan 𝐹 = π‘˜πœŒ π‘₯ 𝑣 𝑦 𝐴 𝑧 masukkan dimensi masing-masing besaran, maka π‘€πΏπ‘‡βˆ’2 = (π‘€πΏβˆ’3 ) π‘₯ (πΏπ‘‡βˆ’1 ) 𝑦 (𝐿2 ) 𝑧 π‘€πΏπ‘‡βˆ’2 = 𝑀 π‘₯ πΏβˆ’3π‘₯+𝑦+2𝑧 π‘‡βˆ’π‘¦ dimensi M ( π‘₯ = 1) dimensi T (βˆ’π‘¦ = βˆ’2 ⇋ 𝑦 = 2) dimensi L (βˆ’3π‘₯ + 𝑦 + 2𝑧 = 1 ⇋ 𝑧 = 1) maka persamaan gaya angkat pesawat 𝐹 = π‘˜πœŒ1 𝑣2 𝐴1 ∴ 𝐹 = π‘˜πœŒπ‘£2 𝐴 untuk ( πœŒβ€² = 0,5𝜌), maka kecepatan pesawat adalah 𝐹′ 𝐹 = π‘˜πœŒβ€² 𝑣′2 𝐴 π‘˜πœŒπ‘£2 𝐴 ⇋ πœŒβ€² 𝑣′2 𝐴 = πœŒπ‘£2 𝐴 𝑣′ = π‘£βˆš 𝜌 πœŒβ€² = π‘£βˆš 𝜌 0,5𝜌 = π‘£βˆš2
  • 2.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 79 http://ibnu2003.blogspot.com 2. Pembahasan perhatikan gambar perilaku silinder di bawah ini ! ( πœ‘) merupakan sudut yang ditempuh oleh silinder. panjang busur dipentuk oleh lintasan pusat massa silinder silinder adalah OA. syarat jika silinder tidak slip adalah : busur lintasan R berbanding dengan ( πœƒ) dan busur lintasan r berbanding dengan ( πœ‘ + πœƒ), maka : π‘Ÿ( πœ‘ + πœƒ) = π‘…πœƒ ⇋ π‘Ÿπœ‘ + π‘Ÿπœƒ = π‘…πœƒ ∴ πœ‘ = 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ π‘Ÿ πœƒ syarat silinder tidak slip, maka kecepatan linier berbanding dengan kecepatan sudut dan jari-jarinya 𝑣 = πœ”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) ⇋ 𝑣2 = πœ”2( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 dan momen inersia silinder adalah : 𝐼 = 1 2 π‘šπ‘Ÿ2 energi kinetik translasi total menjadi : πΈπ‘˜ = πΈπ‘˜π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘›π‘  + πΈπ‘˜ π‘Ÿπ‘œπ‘‘ πΈπ‘˜ = 1 2 π‘šπ‘£2 + 1 2 πΌπœ”2 πΈπ‘˜ = 1 2 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 πœ”2 + 1 2 πΌπœ”2 kecepatan sudut merupakan fungsi turunan pertama dari posisi sudut pada lintasan R (translasi) πœ” = π‘‘πœƒ 𝑑𝑑 = πœƒΜ‡ ⇋ πœ”2 = πœƒΜ‡2 πœ‘ π‘Ÿ 𝑅 𝐴 𝑂 πœƒ πœƒ
  • 3.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 80 http://ibnu2003.blogspot.com pada lintasan r (rotasi) πœ” = π‘‘πœ‘ 𝑑𝑑 = πœ‘Μ‡ ⇋ πœ”2 = πœ‘Μ‡2 maka energi kinetiknya adalah πΈπ‘˜ = 1 2 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 πœƒΜ‡2 + 1 2 πΌπœ‘Μ‡2 πΈπ‘˜ = 1 2 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 πœƒΜ‡2 + 1 2 1 2 π‘šπ‘Ÿ2 ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ π‘Ÿ πœƒΜ‡) 2 ∴ πΈπ‘˜ = 3 4 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 πœƒΜ‡2 jarak titik O ke pusat lingkaran adalah ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) jarak titik O ke lintasan busur lingkaran adalah [( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘π‘œπ‘ πœƒ], maka : jarak titik O relatif terhadap busur lingkaran adalah β„Ž = ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) βˆ’ ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘π‘œπ‘ πœƒ β„Ž = ( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)[1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ] dengan acuan di dasar silinder energi potensialnya sama dengan nol, maka energi potensial silinder menjadi : ∴ 𝐸𝑝 = π‘šπ‘”β„Ž = π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)[1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ] sehingga energi total pada sistem 𝐸 = πΈπ‘˜ + 𝐸𝑝 ∴ 𝐸 = 3 4 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 πœƒΜ‡2 + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)[1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ] = π‘‘π‘’π‘‘π‘Žπ‘ maka turunan energi total terhadap waktu sama dengan nol 𝑑𝐸 𝑑𝑑 = 0 𝑑 𝑑𝑑 [ 3 4 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 πœƒΜ‡2 + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)[1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ]] = 0 3 4 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 𝑑 𝑑𝑑 πœƒΜ‡2 + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) 𝑑 𝑑𝑑 (1 βˆ’ π‘π‘œπ‘ πœƒ) = 0 3 4 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 2πœƒΜ‡.πœƒΜˆ + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘ π‘–π‘›πœƒ. πœƒΜ‡ = 0 3 2 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 πœƒΜ‡. πœƒΜˆ + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘ π‘–π‘›πœƒ. πœƒΜ‡ = 0 3 2 π‘š( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ)2 πœƒΜˆ + π‘šπ‘”( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) π‘ π‘–π‘›πœƒ = 0
  • 4.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 81 http://ibnu2003.blogspot.com untuk osilasi kecil, sudut ( π‘ π‘–π‘›πœƒ = πœƒ), sehingga : ∴ πœƒΜˆ + 2𝑔 3( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) πœƒ = 0 persamaan ini disebut persamaan gerak harmonis seherhana dengan kecepatan anguler sebesar : ∴ πœ” = √ 2𝑔 3( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) dengan periodenya adalah : ∴ 𝑇 = 2πœ‹βˆš 3( 𝑅 βˆ’ π‘Ÿ) 2𝑔 untuk harga r=0,2R, maka 𝑇 = 2πœ‹βˆš 3( 𝑅 βˆ’ 0,2𝑅) 2𝑔 = 2πœ‹βˆš 24𝑅 20𝑔 = 2πœ‹βˆš 6𝑅 5𝑔 3. Pembahasan Tangga berada dalam setimbang kesimbangan translasi tanggal pada keseluruhan sistem ∴ 𝑁𝐴 + 𝑁𝐡 = π‘šπ‘” 𝐴 πœƒπœƒ 𝑇 𝑇 𝐡 𝐢𝐢 𝑁𝐴 2π‘š 𝑁𝐡 1π‘š 𝑀 1π‘š √15π‘š3π‘š
  • 5.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 82 http://ibnu2003.blogspot.com kesetimbangan rotasi pada tangga : batang AC (poros putar adalah titik C) Σ𝜏 𝐢 = 0 kita perhatikan gambar di atas lengan ( 𝑁𝐴 = 𝑁𝐡 = π‘™π‘ π‘–π‘›πœƒ) lengan ( 𝑀 = 𝑙 4 π‘ π‘–π‘›πœƒ) lengan ( 𝑇 = 𝑙 2 π‘π‘œπ‘ πœƒ) maka : Σ𝜏 𝐢 = 0 𝑁𝐴( π‘™π‘ π‘–π‘›πœƒ) βˆ’ 𝑇( 𝑙 2 π‘π‘œπ‘ πœƒ) βˆ’ 𝑀 ( 𝑙 4 π‘ π‘–π‘›πœƒ) = 0 𝑁𝐴( π‘™π‘ π‘–π‘›πœƒ) = 𝑇( 𝑙 2 π‘π‘œπ‘ πœƒ) + 𝑀 ( 𝑙 4 π‘ π‘–π‘›πœƒ) ∴ 𝑁𝐴 = 2𝑇 + π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ 4π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ batang BC (poros putar adalah titik C) Σ𝜏 𝐢 = 0 𝑁𝐡( π‘™π‘ π‘–π‘›πœƒ) βˆ’ 𝑇 ( 𝑙 2 π‘π‘œπ‘ πœƒ) = 0 ∴ 𝑁𝐡 = 𝑇 2π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ besar T diperoleh dari : 𝑁𝐴 + 𝑁𝐡 = π‘šπ‘” 2𝑇 + π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ 4π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ + 𝑇 2π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ = π‘šπ‘” 2𝑇 + π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ 4π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ + 2𝑇 4π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ = π‘šπ‘” 4𝑇 = 3π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ ∴ 𝑇 = 3 4 π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ masukkanlah nilainya : 𝑇 = 3 4 π‘šπ‘”π‘‘π‘Žπ‘›πœƒ = √15 20 π‘šπ‘”
  • 6.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 83 http://ibnu2003.blogspot.com 4. Pembahasan perhatikan diagram bebas pada di sistem berikut ! massa segitiga (bidang miring)( 𝑀 = 7π‘š) massa bola pejal ( π‘š) kecepatan bola pejal relatif terhadap tanah ( 𝑣) kecepatan bola terhadap bidang miring ( 𝑣 π‘š) kecepatan bid. segitiga terhadap tanah ( 𝑣 𝑀) sesaat sebelum bola pejal menggelinding menuruni bidang, maka energi potensial di puncak bidang miring sama dengan nol, sehingga energi mekanik sistem sama dengan nol. ∴ πΈπ‘š1 = 0 setelah bola bejal bergerak sejauh h, bola memiliki energi mekanik akhir. π‘ π‘–π‘›πœƒ = βˆ†β„Ž β„Ž ⇋ βˆ†β„Ž = β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ energi potensial akhir bola ∴ 𝐸𝑝2 = βˆ’π‘šπ‘”βˆ†β„Ž = βˆ’π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ hubungan ( 𝑣) dengan ( 𝑣 π‘š) dan ( 𝑣 𝑀) adalah sumbu y 𝑣 π‘š.𝑦 = βˆ’π‘£ π‘š π‘ π‘–π‘›πœƒ sumbu x 𝑣 π‘š.π‘₯ = 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ dengan menggunakan metode vektor, kecepatan bola pejal relatif terhadap tanah adalah 𝑣⃗ = 𝑣⃗𝑖 + 𝑣⃗𝑗 𝑣⃗ = 𝑣 π‘š.π‘₯⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗𝑖 + 𝑣 π‘š.𝑦⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗𝑗 𝑣⃗ = ( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ) 𝑖 + (βˆ’π‘£ π‘š π‘ π‘–π‘›πœƒ)𝑗 𝑣2 = ( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2 + (βˆ’π‘£ π‘š π‘ π‘–π‘›πœƒ)2 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ π‘Ÿ πœƒ βˆ†β„Ž 𝑣 𝑀 𝑣 π‘š πœƒ πœƒ 𝑀 𝑣 π‘š π‘ π‘–π‘›πœƒ
  • 7.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 84 http://ibnu2003.blogspot.com 𝑣2 = ( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2 + 𝑣 π‘š 2 𝑠𝑖𝑛2 πœƒ maka energi kinetik translasi akhir bola pejal ∴ πΈπ‘˜(π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘›π‘ )2 = 1 2 π‘šπ‘£2 ∴ πΈπ‘˜(π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘›π‘ )2 = 1 2 π‘š[( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2 + 𝑣 π‘š 2 𝑠𝑖𝑛2 πœƒ] energi kinetik rotasi akhir bola pejal adalah : ∴ πΈπ‘˜(π‘Ÿπ‘œπ‘‘)2 = 1 2 πΌπœ”2 = 1 2 𝐼 𝑣 π‘š 2 π‘Ÿ2 energi kinetik translasi akhir bidang miring adalah : ∴ πΈπ‘˜ 𝑀 = 1 2 𝑀𝑣 𝑀 2 kesimpulannya bahwa energi mekanik akhir sistem adalah πΈπ‘š2 = 𝐸𝑝2 + πΈπ‘˜(π‘‘π‘Ÿπ‘Žπ‘›π‘ )2 + πΈπ‘˜(π‘Ÿπ‘œπ‘‘)2 + πΈπ‘˜ 𝑀 πΈπ‘š2 = π‘š 2 [( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2 + 𝑣 π‘š 2 𝑠𝑖𝑛2 πœƒ] + 𝐼𝑣 π‘š 2 2π‘Ÿ2 + 𝑀 2 𝑣 𝑀 2 βˆ’ π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ πΈπ‘š2 = π‘š[( 𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ)2 + 𝑣 π‘š 2 𝑠𝑖𝑛2 πœƒ] + 𝐼𝑣 π‘š 2 π‘Ÿ2 + 𝑀𝑣 𝑀 2 βˆ’ 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ persamaan hukum kekekalan energi mekanik adalah πΈπ‘š1 = πΈπ‘š2 maka : π‘šπ‘£ 𝑀 2 βˆ’ 2π‘šπ‘£ π‘š 𝑣 𝑀 π‘π‘œπ‘ πœƒ + π‘šπ‘£ π‘š 2(π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ + 𝑠𝑖𝑛2 πœƒ) + 𝐼𝑣 π‘š 2 π‘Ÿ2 + 𝑀𝑣 𝑀 2 = 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ untuk : ( π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ + 𝑠𝑖𝑛2 πœƒ = 1), maka : ( π‘š + 𝑀) 𝑣 𝑀 2 βˆ’ 2π‘šπ‘£ π‘š 𝑣 𝑀 π‘π‘œπ‘ πœƒ + ( π‘š + 𝐼 π‘Ÿ2 ) 𝑣 π‘š 2 = 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ … 1) dengan menggunakan prinsip pada hukum kekekalan energi mekanik, maka hukum kekekalan momentum menjadi 𝑀𝑣 𝑀 + π‘šπ‘£ π‘š.π‘₯ = 0 𝑀𝑣 𝑀 + π‘š(𝑣 𝑀 βˆ’ 𝑣 π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ) = 0 π‘šπ‘£ π‘š π‘π‘œπ‘ πœƒ = (𝑀 + π‘š)𝑣 𝑀 ∴ 𝑣 π‘š = ( 𝑀 + π‘š) 𝑣 𝑀 π‘šπ‘π‘œπ‘ πœƒ … 2) ⇋ 𝑣 π‘š 2 = (𝑀 + π‘š)2 𝑣 𝑀 2 π‘š2 π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ substitusikan persamaan 1) dan 2) maka : [π‘š + 𝐼 π‘Ÿ2 ] ( 𝑀 + π‘š)2 π‘š2 π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ 𝑣 𝑀 2 βˆ’ 𝑣 𝑀 2( 𝑀 + π‘š) = 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ ([ π‘šπ‘Ÿ2 π‘šπ‘Ÿ2 + 𝐼 π‘šπ‘Ÿ2 ] π‘š( 𝑀 + π‘š) π‘š2 π‘π‘œπ‘ 2 πœƒ βˆ’ 1)( 𝑀 + π‘š) 𝑣 𝑀 2 = 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ
  • 8.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 85 http://ibnu2003.blogspot.com ([1 + 𝐼 π‘šπ‘Ÿ2 ] ( 𝑀 + π‘š) π‘šπ‘π‘œπ‘ 2 πœƒ βˆ’ 1)( 𝑀 + π‘š) 𝑣 𝑀 2 = 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ ∴ 𝑣 𝑀 = √ 2π‘šπ‘”β„Žπ‘ π‘–π‘›πœƒ ( 𝑀+ π‘š) {[1 + 𝐼 π‘šπ‘Ÿ2] ( 𝑀 + π‘š) π‘šπ‘π‘œπ‘ 2 πœƒ βˆ’ 1} diketahui ( 𝑀 = 7π‘š; π‘ π‘–π‘›πœƒ = 0,6; 𝐼 = 2 5 π‘šπ‘Ÿ2 ; π‘Ÿ = 0,1β„Ž), maka : didapatkan kecepatan bidang miring sebesar : ∴ 𝑣 𝑀 = √ 1,2π‘”β„Ž 8( 7 5 100 8 βˆ’ 1) = √ π‘”β„Ž 110 5. Pembahasan panjang tali ( 𝐿) konstanta pegas tali ( π‘˜) medan gravitasi bumi adalah ( 𝑔) massa orang (bunger jumper) ( π‘š) dari peristiwa ini bahwa massa m si jumper dalam keadaan diam berarti energi mula-mula sama dengan nol 𝐸 π‘Žπ‘€π‘Žπ‘™ = 0 𝑠𝑖 π‘—π‘’π‘šπ‘π‘’π‘Ÿ 𝐿 π‘₯
  • 9.
    OSN Fisika Bedahsoal 2007(kab/kota) 86 http://ibnu2003.blogspot.com setelah si jumper melompat dan sampai sesaat akan kembali keatas, energi akhirnya merupakan jumlah aljabar energi potensial dan energi potensial pegas 𝐸 π‘Žπ‘˜β„Žπ‘–π‘Ÿ = 𝐸𝑝 + 𝐸𝑝 π‘π‘’π‘”π‘Žπ‘  𝐸 π‘Žπ‘˜β„Žπ‘–π‘Ÿ = βˆ’π‘šπ‘”(𝐿 + π‘₯) + 1 2 π‘˜π‘₯2 persamaan hukum kekekalan energi βˆ’π‘šπ‘”( 𝐿 + π‘₯) + 1 2 π‘˜π‘₯2 = 0 π‘˜π‘₯2 βˆ’ 2π‘šπ‘”π‘₯ βˆ’ 2π‘šπ‘”πΏ = 0 gunakan rumus abc π‘₯ = βˆ’π‘ Β± √ 𝑏2 βˆ’ 4π‘Žπ‘ 2π‘Ž π‘₯ = 2π‘šπ‘”+ √(2π‘šπ‘”)2 + 4π‘˜(2π‘šπ‘”π‘™) 2π‘˜ π‘₯ = π‘šπ‘” + √ π‘š2 𝑔2 + 2π‘˜π‘šπ‘”π‘™ π‘˜ π‘₯ = π‘šπ‘” π‘˜ + √ π‘š2 𝑔2 π‘˜2 + 2π‘šπ‘”π‘™ π‘˜ panjang akhir tali adalah : 𝐿 π‘Žπ‘˜β„Žπ‘–π‘Ÿ = 𝐿 + π‘₯ ∴ 𝐿 π‘Žπ‘˜β„Žπ‘–π‘Ÿ = 𝐿 + π‘šπ‘” π‘˜ + √ π‘š2 𝑔2 π‘˜2 + 2π‘šπ‘”π‘™ π‘˜