Pembahasan Soal SM ITB Fisika

 

Materi persiapan seleksi masuk ITB mata pelajaran Fisika antara lain:
1. Mekanika
meliputi : kinematika gerak( GLB, GLBB, GMB, GMBB, parabola), dinamika gerak (lurus dan melingkar), impuls momentum dan usaha energi
2. Gelombang
meliputi : gelombang mekanik, gelombang stasioner dan gelombang bunyi

Berikut Soal dan Pembahasan SM - ITB Fisika
1. Soal
Seorang  anak laki - laki dengan berat 50 kg sedang berdiri di dalam lift.

Berikut beberapa pernyataan tentang gaya yang bekerja pada kaki anak  tersebut.

A. Jika elevator  dalam keadaan diam, maka besar gaya yang bekerja pada kaki anak tersebut sama dengan berat anak tersebut.

B. Jika elevator bergerak dipercepat ke atas, maka besar gaya yang bekerja pada kaki anak tesebut lebih besar daripada berat anak tersebut dan arahnya gaya ke atas.

C. Jika elevator bergerak ke atas dengan kecepatan tetap, maka gaya yang bekerja pada kaki anak tersebut lebih kecil daripada berat anak tersebut dan arah gayanya ke atas. 

D. Jika elevator bergerak dipercepat ke bawah, maka gaya yang bekerja pada kaki anak tersebut lebih kecil daripada berat anak tersebut dan arahnya gayanya ke bawah

Pernyataan yang benar adalah:

A. A saja

B. A, B, C, dan D

C. tidak ada pernyataan yang benar

D. A dan B

E. A,B, dan C
Pembahasan

Dinamika Gerak Lurus
N= gaya normal = gaya yang bekerja pada kaki = berat semu
Tiga keadaan

1) Elevator diam atau bergerak dengan kecepatan tetap ($a=0\;m/s^{2}$)
\begin{aligned} \Sigma F&= 0\\ N-w&=0\\ N&=w\end{aligned}
maka N = w
2) Elevator dipercepat ke atas
\begin{aligned} \Sigma F&=ma\\ N-w&=ma\\ N&=w+ma\end{aligned}

maka N>w
3) Elevator dipercepat ke bawah
\begin{aligned} \Sigma F&=ma\\ w-N&=ma\\ N&=w-ma\end{aligned} 

maka N<w

Jawaban D

2. Soal

Dua buah balok  A dan B dengan masing - masing 2,7 kg dan 5,9 kg. Balok A terhubung pada sebuah tali dengan panjang 8,2 m yang terkait pada sebuah pasak di salah satu ujungnya. Balok B terhubung dengan balok A melalui sebuah tali dengan panjang 5,1 m. Sistem berada pada sebuah meja horizontal licin dan bergerak melingkar dengan laju sudut 15 rad/s. Jika tegangan tali A adalah Ta dan gaya tegangan tali B adalah Tb, maka nilai perbandingan Ta/Tb adalah

A. 1,3

B. 3,3,

C. 19,1

D. 0,3

E. 2,1  
Pembahasan
Dinamika Gerak Melingkar

Tegangan tali B
\begin{aligned} \Sigma F_{sp}&=m\omega^{2}R\\ T_{B}&=m_{B}\omega^{2}(L_{A}+L_{B})\end{aligned}
Tegangan tali A
\begin{aligned} \Sigma F_{sp}&=m\omega^{2}R\\ T_{A}&=m_{A}\omega^{2}L_{A}+m_{B}\omega^{2}(L_{A}+L_{B})\end{aligned}
maka $T_{A}/T_{B}$

\begin{aligned} \frac{T_{A}}{T_{B}}&=\frac{m_{A}\omega^{2}L_{A}+m_{B}\omega^{2}(L_{A}+L_{B})}{m_{B}\omega^{2}(L_{A}+L_{B})}\\ \frac{T_{A}}{T_{B}}&=\frac{m_{A}L_{A}}{m_{B}(L_{A}+L_{B})}+1\\ \frac{T_{A}}{T_{B}}&=\frac{2,7\times 8,2}{5,9\times (8,2+5,1)}+1\\ \frac{T_{A}}{T_{B}}&=0,28+1\\ \frac{T_{A}}{T_{B}}&=1,28\end{aligned}

Jawaban A

3. Soal

Sebuah partikel bergerak sepanjang sumbu x. Pada  t = 0 s, partikel mulai bergerak ke arah sumbu x positif. Gerak partikel tersebut dapat dilihat dari grafik antara kecepatan terhadap waktu seperti berikut.

Perhatikan lima pernyataan berikut:

(1) Pada selang waktu 20 - 60 s, jarak tempuh sama dengan nol

(2) Pada selang waktu 20 - 60 s, percepatan partikel tetap

(3) Pada selang waktu 40 - 60 s, partikel bergerak dipercepat

(4) Antara selang waktu dengan 10 -20 s dengan 60 -70 s, partikel bergerak dengan kelajuan sama

(5) Pada t = 70 s partikel berada di sumbu x negatif

Pernyataan yang benar mengenai

A. Tidak ada pernyataan yang benar

B. (2), (5)

C. (1), (2), (3), (4) dan (5)

D. (1), (2), (5)

E.  (2), (4)
Pembahasan
Kinematika Gerak Lurus
Jarak =( Luas atas + Luas bawah) grafik (v,t)
Perpindahan = =( Luas atas - Luas bawah) grafik (v,t)
Pernyataan
1) Jarak selang waktu 20 - 60 s
$Jarak= \frac{1}{2}20v+\frac{1}{2}20v=20v\; m $ (salah)
2) Percepatan partikel 20 - 60 s
waktu 20 - 40 s = bergerak ke kanan diperlambat 
\begin{aligned} v_{t}&=v_{o}+at\\ 0&=v+a.(40-20)\\ a&=-\frac{v}{20}\;m/s^{2}\end{aligned}
waktu 40 - 60 s= bergerak ke kiri dipercepat

\begin{aligned} v_{t}&=v_{o}+at\\ -v&=0+a.(60-40)\\ a&=-\frac{v}{20}\;m/s^{2}\end{aligned}
(benar)
3) Waktu 40 - 60 s= bergerak ke kiri dipercepat (benar)
4) Antara selang waktu dengan 10 -20 s dengan 60 -70 s,partikel bergerak dengan kelajuan sama (benar)
5) Perpindahan 0 - 70 s

$Perpindahan = \frac{(40+10)v}{2}- \frac{(30+10)v}{2}=25v-20v= 5v\; meter$

maka partikel pada saat t = 70 s berada di sumbu x positif (salah)
Jawaban E
4. Soal

Gelombang bunyi dengan frekuensi 200 Hz dimasukkan ke bagian atas tabung vertikal berisi air dengan level ketinggian air yang dapat diatur. Jika gelombang berdiri dihasilkan pada dua ketinggian air berturut - turut 30 cm dan 90 cm, berapakah laju gelombang bunyi pada bagian tabung yang berisi udara?

A. 180 m/s

B. 100 m/s

C. 240 m/s

D. 120 m/s

E. 360 m/s
Pembahasan
Gelombang Bunyi

$\frac{1}{2}\lambda = 60\; cm$ maka $\lambda =120\; cm = 1,2\; m$

$f = 200\; Hz$

maka 

\begin{aligned} v&= \lambda. f\\  v&=1,2\times 200\\ v&=240\; m/s \end{aligned}
Jawaban C

5. Soal

Sebuah balok kecil bermassa 102 gram dilepaskan dari titik A. Balok kemudian bergerak melewati  lintasan lengkung AB yang licin dengan bentuk seperempat lingkaran berjari - jari A. Setelah itu balok bergerak dilintasa datar BC dengan koefisien gesek kinetik 0,54 dan tepat berhenti di titik C. Rasio antara jari - jari kelengkungan lintasan AB dengan jarak lintasan datar BC adalah? . . . . (Percepatan gravitasi  = $10\;m/s^{2}$

A. 1,85
B. 1,08
C. 2,70 
D. 0,54
E. 0,47

Pembahasan

Usaha dan Energi
Energi potensial berubah menjadi usaha karena gaya gesek

\begin{aligned} E_{p}&=W_{gesek}\\ mgh&=f_{g}.s\\ mgh&=\mu.mg.s\\ h&=\mu.s\\ \frac{h}{s}&=\mu\\ \frac{R}{s}&=0,54\end{aligned}
Jawaban D
6. Soal

Gambar merupakan sebuah grafik yang menyatakan simpangan gelombang berjalan pada t = 0 yang merambat ke kanan. Jika frekuensi gelombang adalah 5 Hz, maka persamaan simpangan gelombang adalah 5 Hz, maka persamaan simpangan gelombang tersebut adalah (dalam satuan SI)
A. $y(x,t)=2\; cos\; 2\pi(2t-x)$
B. $y(x,t)=2\; cos\; 2\pi(5\pi t-\pi x)$
C. $y(x,t)=2\; cos\; 2\pi(10t-x)$
D. $y(x,t)=2\; cos\; 2\pi(5t-0,5x)$
E. $y(x,t)=2\; cos\; 2\pi(10t-2x)$
Pembahasan
Gelombang Mekanik

$A=2\; m$
$\lambda = 2\;m $ maka $k =\frac{2\pi}{\lambda}=\frac{2\pi}{2}=\pi\;/m$
$f= 5 \; Hz$ maka $\omega = 2\pi f=2.\pi.5 = 10\pi\; rad/s$

$\theta_{0}= +90^{\circ}=\frac{1}{2}\pi\; rad$
arah getar mula - mula ke atas maka A positif, arah rambat ke kanan dan sudut fase awal ($\theta_{o}\neq 0\;rad$) maka persamaan gelombang berjalan
\begin{aligned} y&=A\;sin\; (\omega t -kx +\theta_{0})\\ y&=2\; sin\; (10\pi t-\pi x+90^{\circ})\\ y&=2\;cos\; (10\pi t -\pi x)\\ y&=2\; cos\; 2\pi(5t-0,5x)\end{aligned}

Jawaban D
Untuk versi lengkapnya dapat dilihat di Pembahasan Soal Lengkap SM ITB