Sampel soal dan pembahasan osn guru fisika SMA tingkat propinsi.
Soal dicuplik dari osn guru tahun 2011 sebagai gambaran tingkat kemudahan atau kesukaran yang akan dihadapi dalam olimpiade guru fisika SMA di tingkat propinsi. Untuk catatan, beberapa soal dalam OSN guru fisika SMA telah diketahui merupakan modifikasi dari soal-soal olimpiade fisika untuk siswa dari periode-periode sebelumnya. Soal pedagogik (no. 1 - no.15) tidak akan ditampilkan, hanya bagian fisikanya saja. Soal No. 16 Seorang siswa mengendarai sepedanya di sepanjang jalanan lurus arah x yang memenuhi keadaan yang digambarkan dalam kurva v vs t di samping (v dalam meter/detik dan t dalam detik). Kecepatan rata-rata sepeda selama ia bergerak 9 detik adalah....
Pembahasan Dari konsep kecepatan rata-rata dalam fisika dimana kecepatan rata-rata adalah perpindahan dibagi dengan selang waktunya. Waktunya adalah 9
detik, sementara perpindahannya: I. Sampai detik ke 7 Δx1 = 1/2(7 + 2)8 = 36 m II. Detik ke 7 hingga 9 Δx2 = 1/2(9 − 7)(−8) = −8 m Δx = 36 − 8 = 4,5 meter Kecepatan rata-rata = 4,5 / 9 = 0,5 m/s Δx = 36 − 8 = 28 meter Kecepatan rata-rata = 28 / 9 = 3,11 m/s Soal No. 17 Sebuah helikopter berusaha menolong seorang korban banjir. Dari suatu ketinggian 14 m, helikopter ini menurunkan tangga tali bagi sang korban banjir. Karena ketakutan, sang korban memanjat tangga tali dengan percepatan 7 m/s2 relatif terhadap tangga tali. Begitu sang korban memanjat tali, helikopter bergerak secara horizontal dengan kecepatan 0,2 m/s sambil menarik tangga tali naik dengan percepatan 4 m/s2 relatif terhadap tanah. Anggap tali dalam keadaan diam ketika korban mulai memanjat. Panjang tali yang dipanjat adalah..... Pembahasan Helikopter bergerak secara horizontal dengan kecepatan 0,2 m/s, anggap kecepatannya tetap sehingga percepatannya adalah nol, dan percepatan nol hukumnya seperti helikopter yang diam sehingga kemungkinan posisi tangga tali tetap vertikal.
Menentukan percepatan orang (korban) terhadap tanah (bumi): a orang, bumi = a orang, Tali + a Tali, bumi aob = aoT + aTb aob = 7 + 4 = 11 m/s2 aob disini adalah percepatan naiknya "orang" yang sudah dibantu dengan tarikan tali dari heli. Menentukan waktu yang dibutuhkan orang ke heli dengan bantuan tarikan tali tadi:
Menentukan panjang tali yang dipanjat orang:
Soal No. 18 Tinjaulah sebuah benda yang diluncurkan vertikal ke atas dari permukaan bumi. Jika gesekan dengan udara diabaikan, besar kecepatan awal minimum supaya benda tidak kembali ke bumi adalah v. Jika massa bumi M, massa benda m dan jejari bumi R, maka v2 berbanding lurus dengan...(Nyatakan dalam parameter m, M dan R) Pembahasan Hukum kekekalan energi mekanik di A dan B.
A merupakan titik pelemparan, dimana kecepatannya adalah vA di soal dinamakan v dan jaraknya ke pusat massa bumi adalah RA, sama besar dengan jari-jari bumi R. B merupakan titik dimana benda tidak jatuh kembali lagi ke bumi, dimana kecepatan benda m adalah vB = nol dan jarak kepusat massa bumi RB adalah tak hingga (∞).
Dengan data yang disebutkan di atas
Diperoleh
Dari sini terlihat v2 sebanding dengan (
M
/
R
)
Jika dihubungkan dengan percepatan gravitasi bumi g, dimana g
Diperoleh
Sehingga
Soal No. 19 Logam berbentuk kubus dengan massa 1 kg di taruh di atas kubus lain yang lebih besar, dengan massa 4 kg dan rusuknya 1 meter.
Apabila gaya 12 N dikerjakan pada kubus yang besar, sedangkan gesekan maksimum antar permukaan kubus 2 N, maka suatu saat kubus kecil akan terjatuh ke lantai. Waktu yang diperlukan sampai kubus kecil jatuh di lantai sejak gaya diberikan adalah....
Pembahasan Diagram gaya-gaya pada arah horizontal pada kubus besar (m1) dan kubus kecil (m2) adalah sebagai berikut:
Kubus besar. Menurut frame pengamat, kubus besar yang dikenai gaya F akan bergerak ke arah kanan dengan percepatan a1. Kontak kubus besar dan kubus kecil mengakibatkan terjadinya gaya gesek f yang arahnya ke kiri, berlawanan dengan arah gerak kubus besar. Kubus kecil. Pada kubus kecil bekerja gaya gesek f yang arahnya berlawanan dengan arah f pada kubus besar, sehingga pada kubus kecil f berarah ke kanan. Gaya gesek inilah yang menyebabkan kubus kecil bergerak ke arah kanan menurut frame pengamat dengan percepatan a2.
Jadi kedua kubus menurut pengamat sama-sama bergerak ke arah kanan, namun percepatan kubus besar lebih tinggi dari percepatan kubus kecil
sehingga yang terlihat adalah kubus kecil bergerak ke arah kiri relatif terhadap kubus besar hingga akhirnya jatuh. Tinjau m1
Tinjau m2
Kubus kecil m2 akan jatuh saat perpindahan yang ditempuh kedua kubus berselisih 1 m
Selisih perpindahan keduanya:
Jadi kubus mulai jatuh setelah gerak 2 detik. Untuk sampai ke lantai kubus kecil harus menempuh 1 meter lagi, gerak arah vertikalnya jatuh bebas.
Jika dihitung semua waktunya adalah
Soal No. 20 Air terjun setinggi 8 m dengan debit 10 m3/s dimanfaatkan untuk memutar generator listrik mikro. Jika 10% energi berubah menjadi energi listrik, maka daya keluaran generator listrik adalah.... Pembahasan Energi potensial gravitasi menjadi energi listrik Data: Dalam t = 1 sekon V = 10 m3 m = ρ × V = 1000 × 10 = 10000 kg h=8m
Soal No. 21 Sebuah balok kubus dari kayu yang rusuknya 10 cm dan kerapatannya 0,5 gr/cc terapung di dalam sebuah bejana berisi air.
Sejumlah minyak dengan kerapatan 0,8 gr/cc dituangkan ke dalam bejana yang sama, sehingga permukaan atas lapisan minyak berada 4 cm di bawah permukaan atas balok. Jika tekanan atmosfer 1,013 x 105 N/m2, maka besarnya tekanan yang dirasakan permukaan bawah balok adalah....kilopascal. Pembahasan Fluida statis, data dari soal adalah sebagai berikut: ρb = 0,5 gr/cm3 ρm = 0,8 gr/cm3 Sketsa kubus dalam air setelah dituang dengan minyak seperti gambar berikut:
Jadi akan di cari terlebih dahulu, berapa ketebalan lapisan air dan lapisan minyak yang tentunya berubah dibandingkan sebelumnya. Gaya-gaya yang bekerja pada balok adalah berat balok (wb), gaya angkat oleh air (Fa) dan gaya angakt oleh minyak (Fm), dalam kondisi seimbang.
Dengan A adalah luas penampang bawah balok, dan ketebalan minyak dimisalkan x, maka
Tebal minyak = 5 cm, dan tebal air = 1 cm, sehingga
Dengan semua satuan ke MKS maka
Soal No. 22 Seorang pemadam kebakaran menggunakan selang berdiameter 6 cm untuk dapat mengalirkan 1000 liter air per menitnya. Sebuah mulut pipa (nozzle) disambungkan di ujung selang agar air bisa menyemprot jendela yang berada 30 m di atas nozzle. Tekanan air di dalam selang yang dibutuhkan adalah.... Pembahasan Fluida dinamis, misalkan tekanan di selang adalah P1, kecepatannya adalah v1 dan ketinggiannya adalah h1, sementara tekanan, kecepatan dan ketinggian di noozlenya diberi indeks 2. Debit air
dan kecepatan air di selang
Dari persamaan Bernoulli:
Anggap perbedaan tinggi antara selang dan nozzle tipis saja sehingga diabaikan diperoleh
Kecepatan air keluar di nozzle, semprotannya harus mampu mencapai ketinggian 30 meter, sehingga kecepatan keluarnya air adalah
Dengan demikian tekanan gaugenya adalah (ρ air adalah 1000 kg/m 3)
Soal No. 23 Sebuah yoyo dengan jari-jari luar R = 5 cm dan jari-jari dalam r = 1,5 cm ditarik dengan gaya konstan F. Yoyo berada pada lantai yang kasar dengan koefisien gesek μ = 0,4. Massa yoyo adalah m = 80 gr dengan momen inersia 1/2 mR2.
Besar gaya F maksimum agar yoyo masih bisa menggelinding tanpa slip adalah... . Pembahasan Gaya-gaya pada yoyo sebagai berikut:
Soal No. 24 Sebuah benda massa m meluncur dari ketinggian h pada suatu bidang lengkung licin seperti tampak pada gambar.
Di ujung bidang lengkung benda menumbuk ujung batang yang panjangnya d dan massanya M. Ujung lain batang terpaku di P dan batang bisa berosilasi. Setelah tumbukan benda melekat di batang. Jika batang mula-mula dalam keadaan diam, maka kecepatan benda v sesaat setelah menumbuk batang adalah... . Pembahasan Kecepatan benda m saat menumbuk batang misalnya v1 adalah
Batang M mula-mula dalam keadaan diam, v2 = 0, kemudian keduanya bertumbukan dengan tidak lenting (menempel m dan M).
Soal No. 25 Untuk mengetahui kecepatan anak panah yang melesat dari busurnya bisa menggunakan cara berikut. Sebuah kotak kardus besar kita isi penuh dengan kertas sehingga massa totalnya 2 kg. Kotak ini kemudian diletakkan di atas lantai dengan koefisien gesek 0,3. Anak panah (massa 30 g) kemudian dibidikkan secara horizontal ke arah kotak. Kardus dan anak panah yang menancap kemudian bergerak meluncur sejauh 24 cm. Kecepatan anak panah saat dilepaskan dari busurnya adalah.... , (abaikan gaya gesekan dengan udara) Pembahasan Soal tentang tumbukan dikaitkan dengan usaha dan gaya gesek. Data soal: ma = 30 g = 0,030 kg mk = 2 kg vk = 0 s = 24 cm = 0,24 m μ = 0,3 va =…. Dari hukum kekekalan momentum, kotak mula-mula diam, kotak dan anak panah jadi satu setelah bertumbukan kemudian bergerak sama-sama:
Menentukan v’ dari usaha oleh gaya gesek:
Kembali ke hukum kekekalan momentum di atas
