JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA KELAS XI Semester 1

  JAWABAN PERSIAPAN UHB FISIKA KELAS XI Semester 1

  Gaya = F

  kita dapatkan rumus untuk

  ∆

  A l F l E

  . =

  Dari rumus: , .

  Jawab:

  Ditanya: ∆ l = ?

  Diketahui: E = x l = y A = z

  F l l

  4. Seutas kawat mempunyai modulus Young x , panjang awal y dan luas penampangnya z. Jika kawat tersebut ditarik dengan gaya F , maka pertambahan panjang kawat tersebut sama dengan…(nyatakan dlm x, y, z , F )

  10 × 5 , 2 = N/m

  8

  ∆

  A l F l E

  20 = . . =

  4 × 5 ,

  10 .

  ∆ l, yaitu: E A

  . .

  4

  = 025 , 200

  strain harus sama, misalkan sama-sama centimeter, atau sama-sama meter.

  Catatan : Satuan ∆ l dan l dalam rumus

  Strain ∆

  cm cm m cm l l

  5 = =

  2

  5 =

  Jawab:

  =

  dan panjang awal 2 m ditarik dengan gaya 20 N, ternyata bertambah panjang 5 cm. Regangan (strain) kawat = ….

  2

  5. Suatu kawat berluas penampang 4 cm

  ∆

  . =

  x z F y l .

  Masukkan nilai E, l 0, dan A, kita peroleh:

  ∆

  10 = 10 .

  6 10 .

  1. Suatu pegas jika ditarik dengan gaya 40 N ternyata bertambah panjang sebesar 5 cm. Konstanta pegas tersebut sama dengan ... N/m.

  5

  F = 4,5 N

  Pertambahan panjang pada kasus pertama adalah ∆ x = (13 – 10) cm = 3 cm Gunakan perbandingan !

  Jawab:

  Saat ditarik dengan gaya 4,5 N panjang pegasnya menjadi 13 cm. Berapakah panjang pegas jika ditarik gaya sebesar 13,5 N?

  N/m 2. Sebuah pegas memiliki panjang 10 cm.

  ∆

  40 = = x F k

  10 .

  x = 3 cm F = 13,5 N

  2 10 × 8 =

  2

  ∆ Ditanya: ? = k Jawab :

  5 = 5 =

  2 10 .

  m cm x

  40 =

  Diketahui: N F

  ∆

  ∆

  2

  m cm cm l

  13 cm = 9 cm

  Maka panjang pegas sekarang = (10 + 9) cm = 19 cm.

  3. Kawat logam panjangnya 50 cm dan luas penampang 4 mm

  2

  . Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 20 N, ternyata panjangnya menjadi 51 cm. Modulus elastisitas (modulus Young) kawat logam tersebut adalah… N/m

  8

  ∆ Ditanya: ? = E Jawab:

  50 = 51 (

  x = 3 × 5 , 4 5 ,

  10 = ) 1 =

  2

2 Diketahui: m cm l

  20 =

  N F

  4 = A 4 = m mm

  6

  2

  = 5 , 50 =

  2 10 .

6. Kawat X mempunyai panjang L, luas penampang A, dan modulus Young E.

  (1) Untuk susunan seri, gunakan rumus:

  1

  =

  1

• 1

  X = ) (

  2

  2

  dan k 2 = 300 N/m. (2) Untuk susunan parallel, gunakan rumus:

  1 = 150 N/m

  , dimana dalam hal ini k

  k k k seri

  Kawat Y mempunyai panjang L

  3

  2 , luas penampang 0,5 A, dan modulus Young

  1

  3E. Kawat X dan Y mendapat gaya yang sama. Perbandingan pertambahan panjang kawat X dan Y adalah… Diketahui: L l

• = k k k

  paralel Coba hitunglah sendiri !

  Jawab:

  Berapakah konstanta pegas penggantinya jika P dan Q disusun: (1) seri (2) paralel

  7. Diketahui konstanta pegas P = 150 N/m dan konstanta pegas Q = 300 N/m.

  ∆ ∆

  X l l

  Y

  2 Jadi, 4 : : 9 =

  3

  1

  8. Empat kawat memiliki luas penampang dan panjang yang sama. Modulus Young kelima kawat tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:

  3

  ∆ l . Maka kawat yang

  4 adalah… cm.

  . Besarnya pertambahan panjang pegas k

  2

  = 1,2 kg, dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s

  2 = k 3 = k 4 = 400 N/m, massa beban M

  = k

  1

  9. Empat buah pegas dan sebuah beban disusun seperti pada gambar, Nilai k

  mengalami pertambahan panjang terbesar adalah yang memiliki modulus Young terkecil, yaitu kawat B.

  . = dapat diambil kesimpulan bahwa E berbanding terbalik dengan

  Kawat ModulusYoung

  ∆ .

  A l F l E

  dengan gaya F yang sama besarnya, kawat manakah yang mengalami pertambahan panjang paling besar ? Jawab: Dari rumus:

  8 Jika pada masing-masing kawat ditarik

  7 D 2,5 x 10

  7 C 5 x 10

  9 B 2 x 10

  ) A 8 x 10

  2

  (N/m

  2

  9

  4

  Y

  ∆ l, yaitu: E A

  kita dapatkan rumus untuk

  ∆

  A l F l E

  . =

  ∆ ∆ Jawab: Dari rumus: , .

  X l l

  Y

  X F F = ( = F, misalkan) Ditanya: ? .... = :

  E E Y 3 =

  . .

  1 =

  2

  A A Y

  2 = ) (

  3

  L l Y

  X =

  E E

  X =

  F l l

  =

  A A

  3

  1 =

  ×

  9 =

  4

  X ∆ ∆

  X X Y

  X X

  Y Y Y Y

  2 E A L F E A L F E A F l E A F l l l

  1

  ∆

  2

  2

  3

  3

  2

  . = . ) .( . ) .( =

  .

  3 . .

  ) ( ) ( 1 =

  Maka:

  1 =

  Jawab: Besar gaya tarik beban: F = Mg = 1,2 x 10 = 12 Newton.

  2

  Sebuah benda bergetar harmonik sederhana sepanjang sumbu Y. Simpangannya bervariasi terhadap waktu sesuai persamaan:

  ) + sin( 5 =

  2

  3

  1 π

  π t y dimana y dalam cm, t dalam detik, dan sudut dalam radian.

  (a) Frekuensi getaran ini adalah…Hz. (b) Kecepatan benda pada waktu t adalah v = ….

  (c) Percepatan maksimum dari gerak benda adalah… cm/s

  (d) Perpindahan benda dari t=0 sampai t = 2 detik adalah

  Zona elastisitas adalah zona dimana hubungan antara stress dengan strain adalah linier (garis lurus). Zona elastisitas adalah bagian O-A.

  ∆

  y = …..cm

  Jawab:

  (a) Bandingkan persamaan ) + sin( 5 =

  2

  3

  1 π

  π t y

  dengan bentuk umum: ) + sin( =

  12. Perhatikan keterangan berikut ini:

  Jawab:

  Karena pegas k 4 dan susunan gabungan pegas k 1 , k 2 , k 3 dirangkai seri, maka gaya yang dirasakan pegas k

  F (N)

  4 juga F = 12 N.

  Pertambahan panjang pegas k 4 adalah: cm m k

  F x

  3 = = 03 ,

  400

  12 = =

  4

  4 ∆ .

  10. Grafik hubungan antara gaya tarik F dan perubahan panjang pegas x adalah sebagai berikut:

  53 x (cm) Besarnya konstanta pegas tersebut adalah…. N/m

  A C D B O Strain( Regangan )

  Jawab:

  Karena rumus untuk konstanta pegas adalah

  x F k = , maka k adalah kemiringan grafik F terhadap x.

  3

  4 =

  = 53 tan k N/cm =

  3 400

  N/m = 133 33 , N/m

  11. Dari grafik berikut ini, daerah manakah yang menunjukkan zona elastisitas ? Stress ( Tegangan )

  θ ω A t y Dapat disimpulkan:

  1

  = 5. (– sin 30 )= 5 x ( )

  5 (cm)

  2 A =

  1 = – 2,5 cm.

  = (rad/s)

  ω π

  3 π

  = (rad)

  θ

  2 ) y ( )

2 Maka y = y (

  ∆

  2 = ( 2 , 5 ) 5 = 7 , 5 cm.

  π

  1 Dari = dan = =

  2 f

  ω π ω π

  3 T

  1

  13. Sebuah benda dengan massa 50 gram maka 2 f =

  π π

  3

  dihubungkan dengan pegas yg

  1 mempunyai konstanta pegas 20 N/m.

  π

  1

3 Jika benda tersebut ditarik 5 cm dari titik

  f = = sekon

  2

  6

  π

  setimbangnya kemudian dilepas, maka periode getarannya adalah… sekon. (b) Kecepatan adalah turunan dari simpangan y.

  Diketahui: =

  50 = ,

  05

  m g kg dy d

  1 k =

  20 N/m

  π v + = = {

  5 sin( t )}

  π

  3

  2 dt dt

  A =

  5 cm = 0,05 m

  1

  1 π

  = 5 . cos( t )

• 3

  π π

  3

  2 Ditanya: T = ... ?

  5

  1 π

  = cos( t )

• 3

  π π

  3

2 Jawab:

  Untuk menghitung periode getaran (c) Bentuk umum percepatan adalah pegas, gunakan rumus:

  2

• a = A sin( t )

  ω ω θ m T =

  2 π

  Dari sini dapat diketahui bahwa nilai

  k

  maksimum untuk percepatan adalah: Masukkan nilai m dan k, diperoleh:

  2 a = A

  ω max

  Masukkan nilai A = 5 (cm) dan

  2

  1 ,

  05 5 ×

  10

  = (rad/s), kita peroleh:

  ω π

  3 T = 2 π = 2 π

  20 2 ×

  10

  5

  2

  1

  2

  2 a = ( ) .

  5 = (cm/s )

  π π max

  3

  9

  3

  4

  (d) Dari persamaan:

  =

  2 2 , 5 × 10 =

  2 25 ×

  10 π π

  1 π

  = 5 sin( ) + y t

  π

  3

  2

  kita dapatkan:

  2

  2

  1 π π y ( ) =

  5 sin( . ) = 5 sin( )

  π

• 5 ×

  = 10 ×

  10

  3

  10

  2 2 = 2 × π π

  1

  = 5 sin 90 = 5 . 1 = 5 cm = × 10 = , 1 sekon.

  π π

  14. Di antara besaran-besaran pada getaran

  1

  2 π π π y (

  2 ) = 5 sin( . 2 ) = + + 5 sin( )

  π

  3

  2

  3

  2

  harmonik berikut ini: (1) Gaya pemulih

  4

  3

  7 π π π

  5 sin( ) = + = 5 sin( ) (2) Energi potensial

  6

  6

  6

  (3) Energi kinetik

  7

  (4) Energi mekanik = 5 sin( . 180 ) = 5 sin 210

  6

  2

  1

  2

  1

  = = ky kA EP EM EK ) ( =

  2

  2

  yang maksimum pula. (Tanda minus (–) pada a dan F p hanya menunjuk- kan arahnya berlawanan dengan simpangan)

  EP, a dan F p juga mempunyai besar

  Jika y mencapai maksimum, maka

  ω .

  =

  2

  p

  dan y m F

  ω

  =

  2

  y a

  16. A mathematical pendulum oscillates harmonically. At maximum displacement, among these following quantities: (1) displacement (2) potensial energy (3) velocity (4) kinetic energy (5) acceleration (6) mechanical energy (7) force which ones have: (a) zero magnitude ? (b) maximum magnitude ?

  Jawab:

  (a) Jika simpangannya maksimum, maka

  kecepatan (velocity) dan energi kinetik (kinetic energy) sama dengan nol .

  (b) Jika simpangannya maksimum, maka besaran-besaran:

  (1) displacement (simpangan) (2) potensial energy (3) acceleration (percepatan) (7) force (gaya )

  mempunyai nilai yang maksimum pula. Ingat rumus:

  2

  2

• –2

• –2

  2

  = ky EP ,

  2 ∝ y

  17. Three identical springs, each with spring constant k, are connected to identical masses of mass M, as shown in the figures below. The ratio of the period for the springs connected in parallel (Figure 1) to the period for the springs connected in series (Figure 2) is…

  Besaran manakah yang berbanding lurus dengan: (a) simpangan getaran ? (b) kuadrat simpangan getaran ? (c) kuadrat amplitudo getaran ? Jawab: (a) Besaran yang berbanding lurus dengan simpangan getaran adalah gaya pemulih.

  Ingat rumus: F y m p

  2

  =

  ω F y p

  ∝

  (b) Besaran yang berbanding lurus dengan kuadrat simpangan getaran adalah energi potensial. Ingat rumus:

  2

  2

  1

  = ky EP

  EP

  2

  (c) Besaran yang berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo getaran adalah energi mekanik. Ingat rumus:

  2

  2

  1

  = kA EM

  2 ∝ A

  EM

  15. An object is connected to the spring having constant of spring 400 N/m. The spring is pulled 8 cm, and then released so that harmonic oscillation occurs. Kinetic energy of the object when its displacement is 4 cm from equilibrium point is ….

  Diketahui: 400 = k

  N/m A 8 = cm = 8 x 10

  m 4 = y cm = 4 x 10

  m

  Ditanya: EK = ? (saat y = 4 cm) Jawab:

  1

1 A y k

  Joule = 0,96 Joule

  ) = 96 x 10

  ) = 200. ( 48 x 10

  ) = 200. (64 x 10

  2

  )

  2

  )

  ( (8 x 10

  1

• –2
• –2
>– (4 >&nda
• –4
>– 16
• – 4
• – 2

  2

  . 400 . =

  2

  M

  2

  π k p

  T

  1

  =

  M T

  2

  2

  π k S

  1 k p

  T

  1

  =

  1 T

  2 k S

  T k

  1 S

  =

  T k 2 p k

  ( ) T

  1

  3 =

  Jawab: T 3 k

  2 Misalkan T 1 = periode getaran pada Figure 1

  T

  1

  1

  1 T = periode getaran pada Figure 2

  2

  = =

  T

  9

  3

  1

  2 Kita ingin mencari perbandingan T : T .

2 Jadi, T : T = 1 : 3

  Mula-mula, kita hitung dulu konstanta

  1

  2 pegas pengganti pada Figure 1 dan Figure 2

• Selamat belajar ----

  Figure 1 : Karena ada tiga pegas yang masing-masing berkonstanta k dan disusun secara parallel, maka konstanta penggantinya k p adalah:

• k + = k k k = 3 k .

  p Figure 2 : Karena ada tiga pegas yang masing-masing berkonstanta k dan disusun secara seri, maka konstanta penggantinya k memenuhi persamaan:

  S

  1

  1

  1

  1

  3 = + = +

  k k k k k S k k =

  S

  3 Ingat kembali periode getaran benda bermassa M pada pegas berkonstanta K

  M

  adalah T = 2 . Maka perbandingan

  π K

  periode pada Figure 1 dan Figure 2 adalah: