Pembahasan soal UN fisika tentang penerapan hukum Newton

Dibawah ini merupakan pembahasan soal ujian nasional fisika menentukan tegangan tali. Materi ini adalah bagian dari penerapan hukum-hukum Newton tentang gerak. Tegangan tali dapati ditentukan menggunakan hukum II Newton.

Nomor 1 (UN 2016)
Dua buah balok dihubungkan dengan katrol licin dan massa katrol diabaikan seperti pada gambar.


Massa A = mA dan massa B = mB dan balok B turun dengan percepatan a. Jika percepatan gravitasi g, maka besar tegangan tali yang terjadi pada balok B adalah...
A. T = mB . a
B. T = mA (a - g)
C. T = mA (g - a)
D. T = mB (a - g)
E. T = mB (g - a)

Pembahasan
Pada benda B, bekerja 2 gaya yaitu gaya berat (arah ke bawah) dan tegangan tali (arah ke atas) sehingga dari hukum 2 Newton diperoleh:
wB - T = mB . a
mB . g - T = mB . a
T = mB . g - mB . a
T = mB (g - a)
Jawaban: E

Nomor 2 (UN 2016)
Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg.


Bila gaya gesekan antara benda A dengan bidang adalah 2,5 N, sedangkan gesekan antara tali dengan katrol diabaikan, maka percepatan kedua benda adalah....
A. 20,0 m/s²

B. 10,0 m/s²

C. 6,7 m/s²
D. 3,3 m/s²
E. 2,5 m/s²

Pembahasan
Untuk sistem seperti gambar diatas, berlaku persamaan:
mB . g - fg = (mA + mB) . a
1 . 10 - 2,5 = (2 + 1) . a
7,5 = 3 . a
a = 7,5 / 3 = 2,5 m/s²
Jawaban: E

Pembahasan soal UN menentukan kecepatan mobil yang melewati tikungan

Dibawah ini merupakan pembahasan Ujian Nasional fisika menentukan kecepatan mobil yang melewati tikungan dengan menerapkan hukum Newton.

Nomor 1 (UN 2016)
Mobil melaju pada sebuah tikungan di posisi M seperti terlihat pada gambar di bawah ini!



Koefisien gesekan statik antara roda dan jalan 0,4 (percepatan gravitasi 10 m/s²). Agar mobil tidak keluar jalur, kecepatan maksimum yang diperbolehkan adalah...
A. √10 m/s
B. 2√10 m/s
C. 4√10 m/s
D. 5√10 m/s
E. 6√10 m/s

Pembahasan
Agar mobil tidak keluar jalur, maka gaya sentripetal mobil harus sama dengan gaya gesekan statik roda dengan jalan.
Fs = fs
m v² / R = μs N
m v² / R = μs m . g
v² / R = μs . g
v² = μs . g. R = 0,4 . 10 . 40 = 160
v = √160 = 4√10 m/s
Jawaban: C

Nomor 2 (UN 2016)
Sebuah tikungan jalan dengan jari-jari 25 meter dan koefisien gesekan statis antara ban mobil dan jalan adalah 0,4. Jika g = 10 m/s², kecepatan maksimum mobil yang diperbolehkan agar mobil tidak terpental keluar jalur jalan adalah....
A. 2,5 m/s
B. 4 m/s
C. 10 m/s
D. 20 m/s
E. 100 m/s

Pembahasan
Agar mobil tidak keluar jalur, maka gaya sentripetal mobil harus sama dengan gaya gesekan statik roda dengan jalan.
Fs = fs
m v² / R = μs N
m v² / R = μs m . g
v² / R = μs . g
v² = μs . g. R = 0,4 . 10 . 25 = 100
v = √100 = 10 m/s
Jawaban: C

Pembahasan soal UN fisika tentang hubungan roda-roda

Dibawah ini adalah pembahasan soal Ujian Nasional fisika tentan hubungan roda-roda. Seperti diketahui roda-roda dapat dihubungkan sepusat, bersinggungan dan dihubungkan dengan sabuk.

Nomor 1 (UN 2016)
Tiga buah roda dihubungkan seperti gambar dibawah:



Roda A dan Roda B dihubungkan seporos sedangkan Roda B dengan Roda C dihubungkan dengan sabuk. Jika RA = 2 cm, RB = 4 cm, dan RC = 20 cm maka perbandingan kecepatan sudut Roda B dengan Roda C adalah...
A. 1 : 5
B. 2 : 1
C. 2 : 5
D. 5 : 1
E. 5 : 2

Pembahasan
Roda B dan Roda C dihubungkan dengan sabuk maka:
vB = vC
ωB . RB = ωC . RC
ωB . 4 cm = ωC . 20
ωB : ωC = 20 : 4 = 5 : 1
Jawaban: D

Nomor 2 (UN 2016)
Perhatikan gambar!



Tiga Roda A, B, dan C berputar bersama-sama. Jari-jari Roda A = 18 cm, Roda B = 25 cm dan Roda C = 20 cm. Jika Roda C berputar dengan kecepatan linear 10 m/s, maka perbandingan kecepatan sudut Roda A dan Roda C adalah...
A. 3 : 5
B. 4 : 5
C. 5 : 3
D. 5 : 4
E. 7 : 5

Pembahasan
Roda B dan Roda C bersinggungan sehingga:
vB = vC
ωB . RB = ωC . RC .... (pers 1)
Roda A sepusat dengan Roda B sehingga ωA = ωB maka pers 1 menjadi:
ωA . RB = ωC . RC
ωA . 25 cm = ωC . 20 cm
ωA : ωC = 20 : 25 = 4 : 5
Jawaban: B

Pembahasan soal UN fisika tentang gaya listrik

Dibawah ini adalah pembahasan soal Ujian Nasional fisika tentang gaya listrik atau gaya Coulomb.

Nomor 1 (UN 2016)
Posisi 3 buah muatan pada sudut-sudut segitiga terlihat seperti gambar!

Jika besar muatan QA = 3 μC, QB = - 2 μC dan QC = 4 μC (k = 9 . 10⁹ Nm²/C²), besar resultan gaya listrik yang bekerja pada muatan B adalah...
A. 0,6 N
B. 0,8 N
C. 1,0 N
D. 1,2 N
E. 1,8 N

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu gaya listrik B akibat A (FBA) dan B akibat C (FBC):


Maka resultan gaya listrik:

F = 1 N
Jawaban: C

Nomor 2 (UN 2016)
Tiga buah muatan ditempatkan seperti gambar dibawah:

Besar gaya listrik yang dialami muatan q1 adalah..... (k = 9 . 10⁹ Nm²/C²).
A. 9 . 10^-4 N
B. 9√2. 10^-4 N
C. 18 . 10^-4 N
D. 18√2 . 10^-4 N
E. 81 . 10^-4 N

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu gaya listrik muatan 1 terhadap 2 dan 3 (F12 dan F13):

Karena F12 = F13 maka resultan gaya F = 9√2 x 10^-4 N
Jawaban: B

Pembahasan soal UN fisika tentang gelombang berjalan

Dibawah ini adalah pembahasan soal Ujian Nasional Fisika tentang gelombang berjalan. Pembahasan ini dapat digunakan sebagai bahan belajar untuk menghadapi UN dan ujian lainnya.

Nomor 1 (UN 2016)
Persamaan gelombang berjalan:
y = 2 sin 2π (4t - 2x)
dengan t dalam sekon dan x dalam meter.

1. Amplitudo gelombang 20 m
2. Panjang gelombang 5 m
3. Frekuensi gelombang 4 Hz
4. Cepat rambat gelombang 2 m/s

Dua pernyataan diatas yang benar adalah...
A. 1 dan 2
B. 1 dan 3
C. 2 dan 3
D. 2 dan 4
E. 3 dan 4

Pembahasan
Diketahui:
y = 2 sin (8πt - 4πx)
A = 2 m
ω = 8π
k = 4π
Ditanya: A, λ, f, dan v
Jawab:
A = 2 m (pernyataan 1 salah)
k = 2π / λ atau λ = 2π / k = 2π / 4π = 0,5 m (pernyataan 2 salah)
f = ω / 2π = 8π / 2π = 4 Hz (pernyataan 3 benar)
v = λ . f = 0,5 m . 4 Hz = 2 m/s (Pernyataan 4 benar)
Jawaban: E

Nomor 2 (UN 2016)
Persamaan gelombang berjalan yang merambat pada seutas tali yang sangat panjang adalah y = 4 sin 2π (2t + 0,01 x). y dan x dalam cm, t dalam detik.
Dari pernyataan berikut:

1. Gelombang menjalar ke x positif
2. Panjang gelombang 1 m
3. Cepat rambat gelombang 20 m/s
4. Kelajuan sudut gelombang 4π rad /s

Pernyataan yang benar adalah...
A. 1 dan 2
B.  1 dan 3
C. 1 dan 4
D. 2 dan 3
E. 2 dan 4

Pembahasan
y = 4 sin (4πt + 0,02πt)
A = 4 cm
ω = 4π
k = 0,02π
Ditanya: arah gelombang, λ, v, ω
Jawab:
Karena tanda pada sin + maka arah rambat gelombang ke kiri atau x negatif (Pernyataan 1 salah)
λ = 2π / k = 2π / 0,02π = 100 cm = 1 m (pernyataan 2 benar)
v = λ . f = λ . ω/2π = 1 m . 4π/2π = 2 m/s (pernyataan 3 salah)
ω = 4π (pernyataan 4 benar)
Jawaban: E

Pembahasan soal Ujian Nasional Fisika tentang Efek Doppler

Dibawah ini merupakan pembahasan soal Ujian Nasional fisika tentang Efek Doppler. Pembahasan soal ini dapat digunakan sebagai bahan belajar menghadapi UN dan ujian lainnya.

Nomor 1 (UN 2016)
Sebuah mobil ambulans bergerak dengan kelajuan 144 km / jam sambil membunyikan sirine dengan frekuensi 2000 Hz. Sebuah sepeda motor bergerak dengan kelajuan 40 m/s berlawanan arah dan kemudian berpapasan dengan mobil ambulans. Jika cepat rambat bunyi di udara saat itu 320 m/s, maka perbandingan frekuensi yang didengar oleh pengendara sepeda motor saat mendekati dan menjauhi mobil ambulans adalah...
A. 36 : 64
B. 40 : 64
C. 49 : 81
D. 64 : 36
E. 81 : 49

Pembahasan
Diketahui
vs = 144 km/jam = 40 m/s
fs = 2000 Hz
vp = 40 m/s
v = 340 m/s
Ditanya: fd : fj = ...?
Jawab:
Menghitung frekuensi pendengar saat mendekati ambulans (fd)


Menghitung frekuensi pendengar saat menjauhi ambulans (fj)

Jadi perbandingan fd : fj
360 / 280 : 280 / 360
(36 x 36) : (28 : 28) = (9 x 9) : (7 x 7) = 81 : 49
Jawaban: E

Nomor 2
Sebuah mobil ambulans sambil membunyikan sirine bergerak berlawanan arah terhadap sebuah sepeda motor. Mula-mula keduanya saling mendekat, setelah berpapasan keduanya saling menjauh. Kecepatan mobil ambulans = 72 km/jam dan kecepatan motor 20 m/s. Jika cepat rambat bunyi diudara 340 m/s, maka perbandingan frekuensi bunyi yang didengar pengendara sepeda motor saat mendekat dan menjauh mobil ambulans adalah....
A. 64 : 81
B. 81 : 64
C. 81 : 72
D. 90 : 64
E. 91 : 81

Pembahasan
Pembahasan
Diketahui
vs = 72 km/jam = 20 m/s
vp = 20 m/s
v = 340 m/s
Ditanya: fd : fj = ...?
Jawab:
Menghitung frekuensi pendengar saat mendekati ambulans (fd)


Menghitung frekuensi pendengar saat menjauhi ambulans (fj):


Jadi perbandingann fd : fj =
360 / 320 : 320 / 360 = (36 x 36) : (32 x 32) = 81 : 64
Jawaban: B

Pembahasan soal Ujian Nasional (UN) fisika tentang Interferensi Young

Dibawah ini merupakan pembahasan soal Ujian Nasional Fisika tentang Interferensi Young atau Interferensi celah ganda.

Nomor 1 (UN 2016)
Pada percobaan Interferensi Young, dua celah disinari dengan cahaya monokromatik (λ = 6000 Å). Jika jarak celah ke layar 3,2 meter dan jarak dua garis terang pada layar 9,6 mm, maka jarak dua celah tersebut adalah....
A. 1 x 10^-3 m
B. 2 x 10^-3 m
C. 2 x 10^-4 m
D. 5 x 10^-4 m
E. 5 x 10^-5 m

Pembahasan
Diketahui:
λ = 6000 Å = 6 x 10^-7 m
L = 3,2 m
Δy = 9,6 mm = 9,6 x 10^-3 m
Ditanya: d
Δy = λ.L / d
d = λ.L / Δy
d = (6 x 10^-7 m . 3,2 m) / 9,6 x 10^-3 m
d = 19,2 x 10^-7 / 9,6 x 10^-3 m = 2 x 10^-4 m
Jawaban: C

Nomor 2 (UN 2016)
Cahaya monokromatik dengan panjang 600 nm melewati celah ganda yang berjarak 0,2 mm satu sama lain. Pola interferensi terang gelap ditangkap dilayar berjarak 1 m dari kedua celah tersebut. Jarak pita terang pertama dari terang pusat adalah....
A. 0,3 cm
B. 0,6 cm
C. 1,2 cm
D. 1,5 cm
E. 1,8 cm

Pembahasan
Diketahui
λ = 600 nm = 6 x 10^-7 m = 6 x 10^-5 cm
d = 0,2 mm = 2 x 10^-2 cm
L = 1 m = 100 cm
Ditanya: P1 (n = 1)
Jawab:
d . P / L = n λ
2 x 10^-2 cm . P1 / 100 cm = 1 . 6 x 10^-5 cm
P1 = 6 x 10^-3 / 2 x 10^-2 cm = 3 x 10^-1 cm = 0,3 cm
Jawaban: A