Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Dinamika Translasi Dan Rotasi

Pem­ba­hasan soal SBMPTN bidang study fisi­ka men­ge­nai dinami­ka translasi dan dinami­ka rotasi ini ter­ma­suk beber­a­pa subtopik dalam kepin­gan dinami­ka par­tikel yakni atu­ran New­ton men­ge­nai ger­ak , gaya gesek , gaya wajar , momen gaya , atu­ran kekekalan saat-saat sudut , momen iner­sia , ener­gi kinetik rotasi , dan kese­tim­ban­gan ben­da tegar. Dari beber­a­pa soal yang per­nah kelu­ar dalam soal SBMPTN bidang study fisi­ka , ver­si soal men­ge­nai dinami­ka par­tikel yang ser­ing kelu­ar antara lain menyelek­si per­cepatan ben­da ado­nan , menyelek­si per­cepatan total pada ben­da yang berg­er­ak rotasi , mem­band­ingkan momen iner­sia silin­der berlubang den­gan silin­der per­jal yang mas­sa dan bahan­nya sama , men­ganal­i­sis besar saat-saat lin­ear dan saat-saat sudut suatu ben­da , menyelek­si fak­tor-fak­tor yang men­su­g­esti momen iner­sia ben­da bero­tasi , menyelek­si ener­gi kinetik total ben­da menggelind­ing , menyelek­si berat ben­da biar metode setim­bang , menyelek­si jari-jari bidang lengkung lin­tasan ben­da , menyelek­si gaya min­i­mum biar roda sang­gup berg­er­ak naik , dan menyelek­si berat beban yang dipikul oleh roda truk.

Soal 1
Gaya (F) sebe­sar 12 N melakukan peker­jaan pada suatu ben­da yang mas­sanya m1 menye­babkan per­cepatan m1 sebe­sar 8 m/s2. Jika F melakukan peker­jaan pada ben­da bermas­sa m2 maka per­cepatan yang ditim­bulkan­nya yakni 2 m/s2. Jika F melakukan peker­jaan pada ben­da bermas­sa m1 + m2 , maka per­cepatan ben­da itu yakni …
A. 1 ‚2 m/s2
B. 1 ‚6 m/s2
C. 2 ‚4 m/s2
D. 3 ‚0 m/s2
E. 3 ‚6 m/s2

Bacaan Lain­nya

Pem­ba­hasan :
Dik : F = 12 N , a1 = 8 m/s2 , a2 = 2 m/s2 , m3 = m1 + m2

Mas­sa ben­da per­ta­ma:
⇒ F = m.a
⇒ m1 = F/a1
⇒ m1 = 12/8
⇒ m1 = 1 ‚5 kg

Mas­sa ben­da ked­ua:
⇒ m2 = F/a2
⇒ m2 = 12/2
⇒ m2 = 6 kg

Per­cepatan ben­da keti­ga:
⇒ a3 = F/m3

⇒ a3 = F
m1 + m2
⇒ a3 = 12
1 ‚5 + 6

⇒ a3 = 12/7 ‚5
⇒ a3 = 1 ‚6 m/s2

Jawa­ban : B

Soal 2
Dari kon­disi mem­bisu , ben­da tegar men­jalankan ger­ak rotasi den­gan per­cepatan sudut 15 rad/s2. Titik A bera­da pada ben­da terse­but , ber­jarak 10 cm dari sum­bu putar. Tepat sete­lah ben­da berg­er­ak rotasi sela­ma 0 ‚4 sekon , A men­gala­mi per­cepatan total sebe­sar .…
A. 1 ‚5 m/s2
B. 2 ‚1 m/s2
C. 3 ‚6 m/s2
D. 3 ‚9 m/s2
E. 5 ‚1 m/s2

Pem­ba­hasan :
Dik : α = 15 rad/s2 , R = 10 cm = 0 ‚1 m , t = 0 ‚4 s

Ben­da yang men­jalankan ger­ak rotasi men­gala­mi dua per­cepatan yaitu:
1. Per­cepatan sen­tripetal (as)
2. Per­cepatan tan­gen­sial (at)

Per­cepatan sen­tripetal:
⇒ as = ω2 R
⇒ as = (ωo + α.t)2 R
⇒ as = (0 + 15.0 ‚4)2 R
⇒ as = (6)2 (0 ‚1)
⇒ as = 3 ‚6 m/s2

Per­cepatan tan­gen­sial:
⇒ at = α.R
⇒ at = 15 (0 ‚1)
⇒ at = 1 ‚5 m/s2

Per­cepatan total:
⇒ atotal = √as2 + at2
⇒ atotal = √(3 ‚6)2 + (1 ‚5)2
⇒ atotal = √12 ‚96 + 2 ‚25
⇒ atotal = √15 ‚21
⇒ atotal = 3 ‚9 m/s2

Jawa­ban : D

Baca juga : Pem­ba­hasan SBMPTN Fisi­ka Cahaya dan Alat Optik

Soal 3
Sebuah silin­der berlubang memi­li­ki momen iner­sia lebih besar ketim­bang silin­der pejal yang yang dibikin dari materi yang seru­pa ser­ta memi­li­ki mas­sa yang sama.

SEBAB

Untuk menampilkan per­cepatan sudut pada suatu ben­da berlubang diinginkan lebih banyak tena­ga putaran.

Pem­ba­hasan :
Momen iner­sia silin­der berlubang
⇒ I = MR2

Momone iner­sia silin­der pejal
⇒ I = ½MR2

Dari rumus di atas sang­gup kita lihat bah­wa momen iner­sia bergan­tung pada mas­sa ben­da. Jika mas­sa silin­der berlubang sama den­gan mas­sa silin­der pejal , maka momen iner­sia silin­der berlubang akan lebih besar (den­gan esti­masi R ked­u­anya sama).

Ben­da berlubang biasanya memi­li­ki momen iner­sia yang lebih besar dari ben­da pejal sehing­ga diper­lukan momen gaya yang lebih besar untuk menampilkan per­cepatan sudut pada suatu ben­da berlubang. Oleh lan­taran itu diper­lukan tena­ga putar yang lebih besar pada ben­da berlubang.

Jadi , perny­ataan benar argu­men­tasi benar tetapi tidak menampilkan lan­taran aki­bat.

Jawa­ban : B

Soal 4
Sebuah balok berg­er­ak pada per­mukaan meja den­gan lin­tasan beru­pa bulat ber­jari-jari r den­gan kecepatan sudut tetap. Peny­ataan yang benar berhubun­gan den­gan memen­tum lin­ier dan saat-saat sudut balok yakni …
(1) Momen­tum lin­ier tetap
(2) Momen­tum sudut tetap
(3) Momen­tum sudut berubah
(4) Momen­tum lin­ier berubah

Pem­ba­hasan :
Momen­tum sudut ialah hasil kali momen iner­sia den­gan kecepatan sudut. Sedan­gkan mom­ne­tum lin­ier ialah hasil kali mas­sa den­gan kecepatan lin­ier.

Momen­tum sudut :
⇒ L = I.ω

Momen­tum lin­ier :
⇒ p = m.v = m.ω.R

Kare­na kecepatan sudut ω tetap (besar dan arah­nya tetap) , maka besar dan arah saat-saat sudut juga tetap. Arah saat-saat sudut tegak lurus ke atas ke bawah per­mukaan meja bergan­tung arah rotasi balok.

Dari rumus saat-saat lin­ier ter­li­hat bah­wa saat-saat lin­er berband­ing lurus den­gan kecepatan sudut. Kare­na besar kecepatan sudut dan R tetap , maka besar saat-saat lin­ier juga tetap.

Mes­ki besar saat-saat lin­ear tetap , tetapi arah­nya berubah. Arah saat-saat lin­ier senan­ti­asa bergan­ti bergan­tung pada arah kecepatan lin­ier balok yang senan­ti­asa meny­ing­gung lin­tasan.

Jadi , pil­i­han yang benar yakni 2 dan 4.

Jawa­ban : C

Baca juga : Pem­ba­hasan SBMPTN Fisi­ka Ener­gi dan Daya Listrik.

Soal 5
Momen iner­sia atau momen kelem­ba­man suatu ben­da yang berputar bergan­tung pada …
(1) Momen gaya yang melakukan peker­jaan pada ben­da
(2) Letak sum­bu putar
(3) Per­cepatan ben­da
(4) Mas­sa ben­da

Pem­ba­hasan : 
Momen iner­sia atau momen kelem­ba­man yakni besaran yang ana­log den­gan mas­sa untuk ger­ak rotasi. Besar momen iner­si sang­gup dipu­tuskan den­gan rumus :
I = k.m.r2

Den­gan :
I = momen iner­sia
k = bergan­tung pada jenis ben­da
m = mas­sa ben­da
r = letak sum­bu putar

Jadi , momen iner­sia suatu ben­da yang berputar bergan­tung pada jenis ben­da , mas­sa ben­da , dan letak sum­bu putar. Opsi yang benar yakni 2 dan 4.

Jawa­ban : C

Soal 6
Bola pejal yang dibikin dari besi menggelind­ing pada lan­tai datar den­gan laju 15 m/s. Jika mas­sa bola 2 kg dan diam­e­ternya 40 cm , maka ener­gi kinetik total bola itu yakni …
A. 90 J
B. 225 J
C. 315 J
D. 400 J
E. 525 J

Pem­ba­hasan :
Dik : v = 15 m/s , m = 2 kg , d = 40 cm , r = 20 cm = 0 ‚2 m , k = ⅖ (bola pejal)

Ben­da yang menggelind­ing berg­er­ak secara rotasi dan translasi sehing­ga memi­li­ki dua ener­gi kinetik yakni ener­gi kinetik rotasi dan ener­gi kinetik translasi.

⇒ Ek = Ek rotasi + Ek translasi
⇒ Ek = ½I.ω2 + ½m.v2
⇒ Ek = ½ (k.m.r2).ω2 + ½m.v2
⇒ Ek = ½ (k.m.r2).(v/r)2 + ½m.v2
⇒ Ek = ½ k.m.v2 + ½m.v2
⇒ Ek = ½ m.v2 (k + 1)
⇒ Ek = ½ (2).(15)2 (⅖ + 1)
⇒ Ek = 225 (7/5)
⇒ Ek = 315 J

Jawa­ban : C

Baca juga : Pem­ba­hasan SBMPTN Fisi­ka Teori Rel­a­tiv­i­tas Khusus.

Soal 7
Pada gam­bar metode katrol berat ben­da A dan E mas­ing-mas­ing 100 N dan 10 N.

Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Dinamika Translasi dan Rotasi

Jika tali AC hor­i­zon­tal dan tali AB seja­jar bidang , ser­ta bidang mir­ing dan katrol licin , maka metode akan setim­bang untuk berat D sebe­sar …
A. 50 ‚5 N
B. 58 ‚5 N
C. 62 ‚5 N
D. 72 ‚5 N
E. 81 ‚5 N

Pem­ba­hasan :
Dik : WA = 100 N , WE = 10 N

Gam­barkan garis-garis gayanya:
Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Dinamika Translasi dan Rotasi
Kare­na metode setim­bang , mem­pun­yai arti keti­ga ben­da tidak berg­er­ak sehing­ga berlaku atu­ran New­ton per­ta­ma.

Tin­jau ben­da E:
⇒ ∑F = 0
⇒ T1 — WE = 0
⇒ T1 = WE
⇒ T1 = 10 N

Tin­jau ben­da A pada sum­bu x:
⇒ ∑Fx = 0
⇒ T2 — T1 cos 30o — WA sin 30o = 0
⇒ T2 = T1 cos 30o + WA sin 30o
⇒ T2 = 10(½√3) + 100(½)
⇒ T2 = 8 ‚5 + 50
⇒ T2 = 58 ‚5 N

Tin­jau ben­da D:
⇒ ∑F = 0
⇒ T2 — WD = 0
⇒ T2 = WD 
⇒ WD = 58 ‚5 N

Jadi , metode akan setim­bang untuk berat D sama den­gan 58 ‚5 N.

Jawa­ban : B

Soal 8
Sebuah balok bermas­sa 2 kg mula-mula mem­bisu dilepas dari pun­cak bidang lengkung yang beru­pa seperem­pat bulat den­gan jari-jari R. Kemu­di­an balok melun­cur pada bidang datar dan berhen­ti di B yang ber­jarak 3 m dari titik per­mu­laan bidang datar A.
Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Dinamika Translasi dan Rotasi
Jika bidang lengkung terse­but licin sedan­gkan gaya gesek antara balok dan bidang datar yakni 8 N , maka R sama den­gan …
A. 0 ‚2 m
B. 0 ‚5 m
C. 1 ‚2 m
D. 1 ‚5 m
E. 1 ‚6 m

Pem­ba­hasan :
Dik : m = 2kg , r = R , vo = 0 , s = 3 m , Fg = 8 N

Dari rumus gaya gesek:
⇒ Fg = μ.N
⇒ Fg = R/s .N
⇒ Fg = R/s (m.g)
⇒ 8 = R/3 (2.10)
⇒ 8 = 20R/3
⇒ 24 = 20R
⇒ R = 24/20
⇒ 1 ‚2 m

Jawa­ban : C

Baca juga : Pem­ba­hasan SBMPTN Fisi­ka Ter­mod­i­nami­ka dan Kinetik Gas.

Soal 9
Sebuah roda akan dinaikkan pada anak tang­ga menyeru­pai pada gam­bar berikut:
Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Dinamika Translasi dan Rotasi
Jika jari-jari sama den­gan R , berat roda sama den­gan W , ting­gi anak tang­ga sama den­gan h , maka gaya F min­i­mum yang diper­lukan biar roda terse­but sang­gup naik yakni …
A. W(R — h)
B. W(2Rh — h2)½/ (R — h)
C. W(2Rh — h2)
D. W(R — h)/R
E. Wh/(R — h)

Pem­ba­hasan :
Berdasarkan atu­ran New­ton I
Pada sumbu‑x
⇒ ∑Fx = 0
⇒ F — N cos θ = 0
⇒ F = N cos θ

Pada sumbu‑y
⇒ ∑Fy = 0
⇒ N sin θ — W = 0
⇒ W = N sin θ

Jika diband­ingkan:

F  = N cos θ
W N sin θ
F  = cos θ
W sin θ
⇒ F = W cos θ
sin θ

Rumus untuk sin :

⇒ sin θ = R — h
R

Rumus untuk cos :
⇒ cos θ = √1 — sin2 θ
⇒ cos θ = √1 — {(R‑h)/R}2

⇒ cos θ = 2Rh — h2
R

Den­gan demikian kita per­oleh:

⇒ F = W cos θ
sin θ
⇒ F = W (√2Rh — h2 )/R
(R — h)/R
⇒ F = W (2Rh — h2)½
R — h
Jawa­ban : B

Soal 10
Jarak sum­bu ked­ua roda depan kepa­da sum­bu ked­ua roda belakang suatu truk yang bermas­sa 3000 kg yakni 3 meter. Pusat mas­sa truk ter­letak 2 meter di belakang roda muka. Maka beban yang dipikul oleh ked­ua roda depan truk terse­but yakni …
A. 5 kN
B. 10 kN
C. 15 kN
D. 20 kN
E. 25 kN

Pem­ba­hasan :
Dik : m = 3000 kg ,  LA = 3 m , L = 3 — 2 = 1 m

Ilus­trasi jarak roda depan dan roda belakang
Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Dinamika Translasi dan Rotasi
Berat beban yang dipikul oleh roda depan sama den­gan gaya wajar di A. Berdasarkan syarat kese­tim­ban­gan , maka berlaku:
⇒ ∑τ = 0
⇒ W.L — NA.LA = 0
⇒ W.L = NA.LA
⇒ m.g.L = NA.LA
⇒ 3000 (10)(1) = NA.(3)
⇒ 30.000 = 3NA
⇒ NA = 10.000 N
⇒ NA = 10 kN.

Jawa­ban : B
Share ke Face­book »Share ke Twit­ter »
Cafeberita.com yakni blog men­ge­nai materi bela­jar. Gunakan Kolom Search atau pen­car­i­an untuk men­da­p­atkan materi bergu­ru yang ingin dipela­jari.

Pos terkait