Fisikastudycenter.com- Soal pembahasan osn guru fisika sma bagian 2 dari nomor 21 - 25.

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:
ρ_b = 0,5 gr/cm³
ρ_m = 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/m³)



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:
m_a = 30 g = 0,030 kg
m_k = 2 kg
v_k = 0
s = 24 cm = 0,24 m
μ = 0,3
v_a =….

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

(updating,.)