Soal-soal Fisika Dasar

1. Sebuah meriam dimiringkan pada sudut 30^o. Meriam tersebut menembakan sebuah peluru dengan kecepatan 200 m/s. Berapakah ketinggian yang dapat dicapai peluru ?

Jawab:
Diketahui:

 = 30^o

Vo = 200 m/s

Ditanya: h maks?

Penyelesaian:

h maks= Vo² Sin²

                     2 g

            = (200 m/s)² Sin² (30^o)

                         2 x 10 m/s²

            = 40000 m²/s² (0,5)²

                        20 m/s²

            = 10000 m

                     20

            = 500 m

Modifikasi:

Sebuah meriam dimiringkan pada sudut 45^o. Meriam tersebut menembakan sebuah peluru dengan kecepatan 50 m/s. Berapakah ketinggian yang dapat dicapai peluru ?

Jawab:
Diketahui:

 = 45^o

Vo = 50 m/s

Ditanya: h maks?

Penyelesaian:

h maks= Vo² Sin²

                     2 g

            = (50 m/s)² Sin² (45^o)

                         2 x 10 m/s²

            = 2500 m²/s² (0,7)²

                        20 m/s²

            = 1225 m

                  20

            = 61,25 m

2. Sebuah bola sepak ditendang dengan sudut elevasi 30^o dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan jarak terjauh bola tersebut!

Jawab:

Diketahui:

 = 30^o

Vo = 10 m/s

Ditanya: x?

Penyelesaian:

x =  Vo² Sin 2

               g

   = (10 m/s)² Sin 2(30^o)

                  10 m/s²

   = 100 m²/s² Sin 60^o

              10 m/s²

   = 100 m . 0,87

            10

   = 8,7 m

Modifikasi :

Sebuah bola sepak ditendang dengan sudut elevasi 45^o dengan kecepatan 90 m/s. Tentukan jarak terjauh bola tersebut!

Jawab:

Diketahui:

 = 45^o

Vo = 9 m/s

Ditanya: x?

Penyelesaian:

x =  Vo² Sin 2

               g

   = (90 m/s)² Sin 2(45^o)

                  10 m/s²

   = 8100 m²/s² Sin 90^o

              10 m/s²

   = 8100 m . 1

            10

   = 810 m

3. Seorang anak melempar kelereng pada kecepatan awal 100 m/s dengan sudut elevasi 37^o , Berapa lama waktu yang dibutuhkan kelereng untuk mencapai lantai ?

Jawab:

Diketahui:

Vo = 100 m/s

   =  37^o

Ditanya: t mencapai tanah?

Penyelesaian:

y = Voy . t – ½ g t²

   = Vo Sin   t - ½ g t²

   = 100 m/s Sin 37^o t  – ½ (10 m/s²) t²

   = 100 m/s (0,6) t – 5 m/s²  t²

   = 60 m/s t – 5 m/s² t²

5 m/s² t² = 60 m/s t

t  = 60 m/s

       5 m/s²

   = 12 s

Modifikasi:

Seorang anak melempar kelereng pada kecepatan awal 200 m/s dengan sudut elevasi 56^o , Berapa lama waktu yang dibutuhkan kelereng untuk mencapai lantai ?

Jawab:

Diketahui:

Vo = 200 m/s

   =  56^o

Ditanya: t mencapai tanah?

Penyelesaian:

y = Voy . t – ½ g t²

   = Vo Sin   t - ½ g t²

   = 200 m/s Sin 56^o t  – ½ (10 m/s²) t²

   = 200 m/s (0,8) t – 5 m/s²  t²

   = 160 m/s t – 5 m/s² t²

5 m/s² t² = 160 m/s t

t  = 160 m/s

       5 m/s²

   = 32 s

4. Gaya sentripetal yang bekerja pada sebuah benda bermassa 1 kg yang sedang bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari lintasan sebesar 2 m dan kecepatan 4 m/s adalah....?
Jawab:

Diketahui:
m = 1 kg
r = 2 meter
V = 4 m/s
Ditanya: F_sp = ....?
Penyelesaian:
F_sp = m ( V²/r )
F_sp = (1 kg)( (4 m/s)²/2 )

      = 8 N

Modifikasi:

Gaya sentripetal yang bekerja pada sebuah benda bermassa 6 kg yang sedang bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari lintasan sebesar 4 m dan kecepatan 2 m/s adalah....?
Jawab:

Diketahui:
m = 6 kg
r = 4 m
V = 2 m/s
Ditanya: F_sp = ....?
Penyelesaian:
F_sp = m ( V²/r )
F_sp = (6 kg) ( (2 m/s)²/4 m )
      = 6 N

5.  Roda sepeda yang sedang berputar pada kecepatan 60 putaran permenit direm sampai berhenti. Sejak pengereman sampai berhenti roda berputar 15 putaran. Hitung perlambatan yang dilakukan oleh roda !

Jawab:

Diketahui:

Wo = 60 x 2 / 60s = 2π rad/s

Wt = 0

θ = 15 putaran x 2π = 30π rad

Ditanya : ?

Penyelesaian:

Wt^{2 =} Wo² + 2.. θ

0 = (2π rad/s) ² + 2. 30π rad

0 = 4π² rad²/s² + 60π rad.

- 4π² rad²/s²   = 60π rad.

π = - 60 rad

         4 rad²/s²

π = - 15 rad/s

 = - π/15 rad/s

Modifikasi:

Roda sepeda yang sedang berputar pada kecepatan 30 putaran permenit direm sampai berhenti. Sejak pengereman sampai berhenti roda berputar 10 putaran. Hitung perlambatan yang dilakukan oleh roda !

Jawab:

Diketahui:

Wo = 30 x 2 / 60s = π rad/s

Wt = 0

θ = 10 putaran x 2π = 20π rad

Ditanya : ?

Penyelesaian:

Wt^{2 =} Wo² + 2.. θ

0 = (π rad/s) ² + 2. 20π rad

0 = π² rad²/s² + 40π rad.

- π² rad²/s²   = 40π rad.

π = - 40 rad

         1 rad²/s²

π = - 40 rad/s

 = - π/40 rad/s

6. Buah mangga yang matang menggelayut pada tangkai pohon mangga yang berjarak 10 meter dari permukaan tanah. Jika massa buah mangga tersebut 0,2 kg, berapakah energi potensialnya ? jika percepatan gravitasi 10 m/s².

Jawab:

Diketahui:

h   = 10 m

m  = 0,2 kg

g   = 10 m/s²

Ditanya:Ep?

Penyelesaian:

E_P = m.g.h

     = (0,2 kg) (10 m/s²) (10 m)

     = 20 kg m²/s²

     = 20 Joule

Modifikasi:

Buah mangga yang matang menggelayut pada tangkai pohon mangga yang berjarak 20 meter dari permukaan tanah. Jika massa buah mangga tersebut 0,4 kg, berapakah energi potensialnya ? jika percepatan gravitasi 10 m/s².

Jawab:

Diketahui:

h   = 20 m

m  = 0,4 kg

g   = 10 m/s²

Ditanya:Ep?

Penyelesaian:

E_P = m.g.h

     = (0,4 kg) (10 m/s²) (20 m)

     = 80 kg m²/s²

     = 80 Joule

7. Jelaskan hubungan antara daya dengan usaha dan laju usaha?

Jawab:

Hubungan daya dengan usaha dan laju yakni semakin besar laju usaha, maka semakin besar pula daya. Sebaliknya, semakin kecil laju usaha maka semakin kecil pula laju daya.

8.  Sebuah bola sepak bermassa 150 gram ditendang oleh Ronaldo dan bola tersebut bergerak lurus menuju gawang dengan laju 30 m/s. Berapakah energi kinetik bola tersebut?

Jawab:

Diketahui:

m  = 150 g = 0,15 kg

v   = 30 m/s

Ditanya:Ek?

Penyelesaian:

Ek        = ½ mv² 

= ½ (0,15 kg) (30 m/s²)² 

= 67,5 Joule

Modifikasi:

Sebuah bola sepak bermassa 300 gram ditendang oleh Ronaldo dan bola tersebut bergerak lurus menuju gawang dengan laju 20 m/s. Berapakah energi kinetik bola tersebut?

Jawab:

Diketahui:

m  = 300 g = 0,3 kg

v   = 20 m/s

Ditanya:Ek?

Penyelesaian:

Ek        = ½ mv² 

            = ½ (0,3 kg) (20 m/s²)² 

            = 60 Joule

9. Silinder pejal terbuat dari besi menggelinding diatas lantai datar dengan laju 10 m/s. Massa silinder 4 kg dan berdiameter 80 cm. energi kinetik total silinder tersebut.
Jawab:

Diketahui:

v          = 10 m/s

m         = 4 kg

d          = 80 cm = 0,8 m

Ditanya: Ek tot?

Penyelesaian:

Ek tot = Ek translasi + Ek rotasi
           = ½mv² + ½Iω²
           = ½mv² + ½(1/2 mR²)(v/R)²
           = ½mv² + 1/4 mv²

= 3/4 mv²
= 3/4 .4 kg.(10 m/s)²

           = 300 Joule

Modifikasi:

Silinder pejal terbuat dari besi menggelinding diatas lantai datar dengan laju 60 m/s. Massa silinder 8 kg dan berdiameter 30 cm. energi kinetik total silinder tersebut.
Jawab:

Diketahui:

v          = 60 m/s

m         = 8 kg

d          = 30 cm = 0,3 m

Ditanya: Ek tot?

Penyelesaian:

Ek tot = Ek translasi + Ek rotasi
           = ½mv² + ½Iω²
           = ½mv² + ½(1/2 mR²)(v/R)²
           = ½mv² + 1/4 mv²

= 3/4 mv²
= 3/4 .8 kg.(60 m/s)²

           = 21600 Joule

10. Seseorang memindahkan benda dengan gaya 20 N sejauh 150 cm dalam waktu 2 detik. Berapa daya orang tersebut sewaktu memindahkan benda?

Jawab:

Dikethui:

 F = 20 N

 s = 150 cm = 1,5 m

 t = 2 s

Ditanya: P?

Jawab:

W = F. s

     = 20 N . 1,5 m

     = 30 Joule

 P = W/t

    = 30 Joule / 2 s

    = 15 Joule/s

    = 15 Watt

Modifikasi:

Seseorang memindahkan benda dengan gaya 40 N sejauh 130 cm dalam waktu 8 detik. Berapa daya orang tersebut sewaktu memindahkan benda?

Jawab:

Dikethui:

 F = 40 N

 s = 130 cm = 1,3 m

 t = 8 s

Ditanya: P?

Jawab:

W = F. s

     = 40 N . 1,3 m

     = 52 Joule

 P = W/t

    = 52 Joule / 8 s

    = 6,5 Joule/s

    = 6,5 Watt

11. Pada sebuah roda dengan momen inersia sebesar 12 kg.m² dikerjakan sebuah torsi konstan sebesar 50 Nm. Tentukan percepatan sudutnya.

Jawab:

Diketahui:

I  = 12 kg.m²

τ  = 50 Nm

Ditanya:

Penyelesaian:

τ          = I.α
50 Nm = 12 kg.m².α
α          = 50 Nm/12 kg.m²

             = 4,167 rad/s² 

Modifikasi:

Pada sebuah roda dengan momen inersia sebesar 22 kg.m² dikerjakan sebuah torsi konstan sebesar 30 Nm. Tentukan percepatan sudutnya.

Jawab:

Diketahui:

I  = 22 kg.m²

τ  = 30 Nm

Ditanya:

Penyelesaian:

τ          = I.α
30 Nm = 22 kg.m².α
α          = 30 Nm/22 kg.m²

             = 1,36 rad/s² 

12. Empat buah gaya masing-masing :
F1 = 10 N, F2 = 10 N, F3 = 10 N, F4 = 10 N
dan panjang AB = BC = CD = DE = 1 meter



Dengan mengabaikan berat batang AE, tentukan momen gaya yang bekerja pada batang dan arah putarannya jika poros putar di titik A.
Jawab:

Diketahui:

F1 = F2=F3=F4= 10 N

d_AB = d_BC =d_CD = d_DE = 1 meter

Ditanya:
Penyelesaian:
∑_A   = ₂   + ₃   +  ₄

          = F₂d₂  + F₃d₃ +  F₄d₄

          = (10 N)(2 m) + (10 N)(3 m) + (10 N)(4 m)

          = 90 Nm

Modifikasi:

Empat buah gaya masing-masing :
F1 = 10 N, F2 = 10 N, F3 = 10 N, F4 = 10 N
dan panjang AB = BC = CD = DE = 1 meter



Dengan mengabaikan berat batang AE, tentukan momen gaya yang bekerja pada batang dan arah putarannya jika poros putar di titik D.
Jawab:

Diketahui:

F1 = F2=F3=F4= 10 N

d_AB = d_BC =d_CD = d_DE = 1 meter

Ditanya:
Penyelesaian:
∑_A   = - ₁   - ₂   +  ₄

          = - F₁d₁ – F₂d₂ + F₄d₄

          = - (10 N)(3 m) - (10 N)(1 m) + (10 N)(1 m)

          = - 30 Nm

13. Apa hubungan gaya dengan gerak ?
Jawab :
Hubungan antara Gaya dan Gerak. Gaya adalah tarikan atau dorongan yang dapat mempengaruhi keadaan suatu benda. Gaya dapat menimbulkan perubahan gerak atauperubahan kecepatan. Meja yang didorong dapat bergerak karena mendapat gaya dorong.  Jadi adanya gaya mempengaruhi gerak suatu benda. Alat yang digunakan untuk mengukur besar kecilnya gaya disebut dinamometer, satuannya adalah newton (N). Gaya dapat mempengaruhi keadaan suatu benda, antara lain gaya dapat menyebabkan :

1. Benda diam menjadi bergerak. Misalnya saat mendorong mobil mogok, mendorong meja, menarik gerobak pasir, menendang bola, tarik tambang.

2. Benda bergerak menjadi diam. Pada saat naik sepeda, ketika mengerem sepeda menjadi lambat dan akhirnya berhenti. Berarti gaya dapat menyebabkan benda bergerak menjadi diam

14. Batang AC = 4 meter dengan poros titik A dengan gaya F₁ sebesar 20 N dan F₂ sebesar 12 N. Sudut-sudut ditunjukkan gambar berikut: 

 

Jika titik B berada di tengah batang AC yang memiliki panjang 4 m, tentukan besar momen gaya yang terjadi pada batang AC berporos di titik A, dalam kasus ini massa batang diminta untuk diabaikan.
Jawab:

Diketahui:

F₁ = 20 N

F₂  = 12 N

Ditanya: τ_A?
τ = F₁ AC sin 60° − F2 AB sin 60° 
τ = 20 N (4 m) (1/2 √3) – 12 N (2 m) (1/2 √3) 
τ = 28√3 Nm

Modifikasi:

F1 = 18 N

F2 = 14 N N

Batang AC = 4 meter dengan poros titik A dengan gaya F₁ sebesar 20 N dan F₂ sebesar 12 N. Sudut-sudut ditunjukkan gambar berikut: 

 

Jika titik B berada di tengah batang AC yang memiliki panjang 8 m, tentukan besar momen gaya yang terjadi pada batang AC berporos di titik A, dalam kasus ini massa batang diminta untuk diabaikan.
Jawab:

Diketahui:

F₁ = 18 N

F₂  = 14 N

Ditanya: τ_A?
τ = F₁ AC sin 60° − F2 AB sin 60° 
τ = 20 N (8 m) (1/2 √3) – 14 N (4 m) (1/2 √3) 
τ = 80√3 Nm – 28√3 Nm

τ = 52√3 Nm

15. Susunan 3 buah massa titik seperti gambar berikut! 



Jika m₁ = 1 kg, m₂ = 2 kg dan m₃ = 3 kg, tentukan momen inersia sistem tersebut jika diputar menurut poros P.
Jawab:

Diketahui:

m1 = 1 kg

m2 = 2 kg

m3 = 3 kg

Ditanya: Ip?

Penyelesaian:

Ip = m₁r₁² + m₂r₂² + m₃r₃²

     = 1 kg (0 m)² + 2 kg (1 m)² + 3 kg (2 m)²
     = 14 kg m²

Modifikasi:

Susunan 3 buah massa titik seperti gambar berikut! 



Jika m₁ = 1 kg, m₂ = 2 kg dan m₃ = 3 kg, tentukan momen inersia sistem tersebut jika diputar menurut poros Q.
Jawab:

Diketahui:

m1 = 1 kg

m2 = 2 kg

m3 = 3 kg