PETUNJUK UMUM Pengerjaan Soal Tahap 1 Diponegoro Physics Competititon Tingkat SMA 1. Soal Olimpiade Sains bidang studi Fisika terdiri dari dua (2) bagian yaitu : soal isian singkat (24 soal) dan soal pilihan ganda (26 soal) 2. Pengerjaan soal diberi waktu 120 menit 3. Peserta tidak boleh menggunakan alat bantu dan elektronik maupun kalkulator 4. Setiap soal akan diberikan nilai, apabila benar diberi poin 4 (empat) dan apabila salah diberi nilai 0 dan apabila tidak menjawab diberi nilai 0 (nol). 5. Jawaban ditulis pada lembar jawaban yang telah disediakan dan mengisi identitas peserta. Selamat Mengerjakan Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 1
Soal Olimpiade Fisika Tingkat SMA Tahap I Soal Isian Singkat. Isilah hanya dengan satu jawaban (tanpa disertai langkah pengerjaan). 1. Besar gaya yang bekerja pada benda yang bergerak lurus beraturan adalah... 2. Berikut adalah tabel posisi dan waktu ketika sebuah motor bergerak pada garis lurus. Dalam m/s, berapa kecepatan rata-rata motor dari 10 detik hingga 40 detik? Posisi (m) Waktu (s) 5 0 10 10 15 20 20 30 25 40 30 50 3. Grafik kecepatan terhadap waktu untuk sebuah partikel yang bergerak sepanjang sumbu X terlihat pada gambar m/s berikut. Percepatan rata-rata partikel antara 5 s hingga 25 s 30 adalah... m/s. 20 4. Berdasar soal di atas, berapa percepatan benda saat melakukan gerak lurus berubah beraturan? Jawab, a =... 10 m/s 2. 5. Mengacu pada soal di atas, perpindahan yang ditempuh 0 0 15 30 s dalam selang waktu 5 25 s adalah... m. 6. Posisi sebuah partikel sebagai fungsi waktu dilukiskan pada grafik berikut. Kecepatan rata-rata dalam selang waktu 10 detik pertama adalah... m/s. 7. Dua buah partikel bergerak dengan kecepatan tetap pada bidang x,y masing-masing dengan kecepatan v 1 = (30i + 40j) m/s, dan v 2 = (ai bj) m/s, dengan a dan b adalah tetapan positif. Bila keduanya selalu tegak lurus sepanjang geraknya maka nilai rasio b/a =... 8. Sebuah peluru ditembakkan dengan kecepatan awal 400 m/s dengan sudut elevasi 37. Berapakah perbandingan energi kinetik di titik tertinggi terhadap energi potensialnya saat itu? 9. Sebuah gaya F ( 2ˆ i 3ˆ) j N bekerja pada sebuah partikel bermassa 1 kg sehingga partikel mengalami perpindahan yang diberikan oleh persamaan, r ( 4ˆ i aˆ) j m. Bila usaha itu bernilai 26 J, berapa nilai a dalam satuan SI? Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 2 10 2 X (m) 0 10 t (s)
10. Sebuah benda bergerak dalam lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari orbit 1 m. Percepatan sudut benda tetap sebesar 20 rad/s 2. Bila massa benda adalah 500 gram, maka besar gaya tangensialnya adalah... N. 11. Dari soal di atas, besar percepatan sentripetal saat t = 2 s adalah... m/s 2. 12. Sebuah balok bermassa 1 kg diletakkan di permukaan bidang miring dengan sudut kemiringan 37. Koefisien gesek statis dan kinetika antara bidang dengan balok, berturut-turut, adalah 0,75 dan 0,4. Besar percepatan balok selama geraknya adalah... m/s 2. 13. Pada diagram berikut, balok bermassa 1,1 kg diam di atas permukaan meja dengan koefisien gesek 0,5. Bila sudut = 37, maka gaya F minimal agar balok masih seimbang adalah... N. F 14. Antara benda M dengan lantai tanpa gesekan. Sedangkan antara M = 9 kg dan m = 1 kg terdapat koefisien gesek statis dan kinetika masing-masing 0,4 dan 0,1. Bila m ditarik mendatar dengan gaya tetap F = 0,5 N, maka percepatan m sama dengan... m/s 2. M m 15. Berdasarkan soal di atas, gaya gesek antara M dengan m sama dengan... N. 16. Gaya yang bekerja pada sebuah obyek berubah sebagai fungsi waktu dinyatakan oleh grafik berikut. Anggaplah obyek bergerak sepanjang garis lurus. Berapakah perubahan momentum sampai detik ke-8 dinyatakan dalam satuan kg.m/s? 17. Dua buah bola identik saling bertumbukan elastis sebagian pada F(N) t(s) 4 8 bidang satu dimensi, masing-masing dengan kecepatannya 1 m/s dan -3 m/s. Setelah tumbukan, bola pertama dan kedua berkecepatan sama masing-masing -1 m/s. Energi yang hilang akibat tumbukan adalah...% dari mula-mula. 18. Sebuah bola basket dilepaskan dari ketinggian 0,3 m di atas lantai sehingga kelajuannya setiap memantul pada permukaan lantai berkurang ½ mula-mula. Jarak yang ditempuh bola sampai diam di lantai adalah... m. 19. Sebuah mobil bermassa total 2000 kg bergerak dengan kecepatan tetap sepanjang jalan datar sebesar 25 m/s. Mobil melewati sebuah gundukan jalan yang berbentuk juring lingkaran yang berjari-jari 40 m. Dalam satuan m/s, berapa kelajuan maksimum agar saat di titik tertinggi dari gundukan mobil tidak terlempar ke atas? 6 2 Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 3
20. Sebuah pegas digantungkan dari puncak bidang miring licin. Dalam keadaan relaksasi, sebuah balok kecil dengan massa 1 kg diikatkan pada ujung pegas yang lain. Bila kemiringan 37 pegas dan sistem dalam keadaan kesetimbangan pegas bertambah panjang 15 cm, maka besar konstanta pegas sama dengan... N/m. 21. Sebuah batang homogen yang bermassa 10 kg dan panjang L = 3 m memiliki poros putaran (engsel) pada jarak sepertiga panjangnya (lihat gambar). Mula-mula batang dipegang diam pada posisi horizontal. Besar momen inersia batang terhadap pusat rotasi itu sama dengan... kg.m 2. L/3 L/2 Pusat Rotasi L Pusat Massa 22. Berdasarkan soal di atas, besar kecepatan sudut batang saat posisi vertikal sama dengan... rad/s. 23. Masih mengacu soal sebelumnya, besar percepatan sudut batang sesaat setelah dilepas sama dengan... ras/s 2. 24. Sebuah silinder pejal homogen bermassa M = 1 kg dan jari-jari R = 10 cm mula-mula diam di atas lantai kasar. Bila melalui pusat massa, ditarik gaya F = 15 N mendatar yang konstan sehingga silinder menggelinding murni, besar percepatannya sama dengan... m/s 2. Soal Pilihan Ganda. Pilihlah Salah Satu Jawaban yang Paling Tepat. 25. Sebuah batu dijatuhkan dari ketinggian H. Setelah T detik batu kedua dilemparkan ke bawah dengan kecepatan u. Diketahui percepatan gravitasi adalah g. Saat batu kedua dilempar, ketinggian batu pertama dari dasar adalah... A. ½ gt 2 B. H ½ gt 2 C. ½ gt 2 H D. H + ½ gt 2 26. Berapa syarat u agar kedua batu tepat mencapai dasar secara bersamaan? A. ½ gt B. gt C. 3/2 gt D. 2 gt 27. Sebuah obyek mengalami gaya gesek dipenuhi oleh persamaan f = v + v 2, dengan v adalah kelajuannya, sedangkan dan adalah konstanta-konstanta. Dimensi dari adalah... A. ML -1 T B. ML -1 C. ML -2 D. ML Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 4
28. Sebuah gaya F bekerja pada sebuah benda bermassa 3 kg sepanjang sumbu X. Komponen gaya pada arah sumbu X sebagai fungsi waktu diberikan oleh grafik berikut. Pada t = 0s, benda bergerak dalam arah x positif dengan laju 3 m/s. Berapa laju dan arah benda pada saat t = 11 s? F (N) 6 A. 5 m/s ke arah X positif B. 5 m/s ke arah X negatif C. 10 m/s karah X positif D. 10 m/s ke arah X negatif 2 0-4 2 5 7 9 11 t (s) 29. Sebuah partikel bermassa M bergerak dalam ruang satu dimensi yang dipengaruhi oleh sebuah gaya konservatif dengan energi potensialnya sebagai fungsi posisi x diberikan melalui persamaan U = k(2x 3 5x 2 + ax) dengan k > 0 dan a adalah konstanta. Syarat a agar sistem tersebut mempunyai posisi kesetimbangan stabil? A. a 25/8 B. a < 25/8 C. a 25/6 D. a < 25/6 30. Sebuah benda bermassa m dilemparkan vertikal ke atas dari tanah dengan kecepatan awal V 0. Asumsikan gaya gesek udara sebanding dengan kecepatan sesaat benda dengan b adalah tetapan kesebandingan. Grafik yang paling sesuai merepresentasikan kecepatan benda sebagai fungsi waktu sampai di titik tertinggi adalah... V (t) V (t) V (t) V (t) t t t t A B C D 31. Berdasarkan soal di atas, kecepatan terminal tercapai... A. Sebesar mg/b sebelum mencapai titik tertinggi B. Sebesar mg/b setelah mencapai titik tertinggi C. Sebesar b/mg setelah mencapai titik tertinggi D. Sebesar V 0 Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 5
32. Sebuah meriam pejuang Suriah menembakkan peluru dengan kecepatan V P dan sudut elevasi diarahkan ke target sebuah pesawat mata-mata drone yang akan mengebom. Posisi drone menukik sebesar ke bawah dengan kecepatan konstan V D. Peluru tepat mengenai drone pada posisi tertingginya. Pada saat peluru ditembakkan (t = 0), posisi drone masih di titik A dengan proyeksinya di tanah adalah di titik A serta posisi meriam di titik O. Berapakah jarak OA yaitu jarak mendatar posisi meriam terhadap proyeksi posisi awal drone? Nyatakan hasilnya dalam V P, V D, g,, dan. A. B. C. D. A V V O A 33. Sebuah batang tegar bermassa M, dalam posisi diam seperti pada gambar. Ujung atas diikat mendatar dengan seutas tali ringan. Ujung bawah pada lantai kasar. Batang membentuk sudut dengan lantai. Besarnya gaya gesek statis dengan lantai dalam kondisi kesetimbangan itu sama dengan... A. ½ Mg tan B. ½ Mg cotan C. Mg tan D. Mg cotan 34. Sebuah balok kecil bermassa 1000 gram mula-mula diam di atas lantai datar licin kemudian diberi impuls sehingga memperoleh momentum sebesar 4,0 kg.m/s. Balok kemudian memasuki daerah lantai yang kasar panjangnya 10 m dari dinding serta mempunyai koefisien gesek 0,4. Pada jarak berapa dari dinding balok akan berhenti, atau akankah balok akan menghantam dinding? 10 m A. Balok berhenti sejauh sekitar 2,0 m dari dinding B. Balok berhenti sejauh sekitar 8,0 m dari dinding C. Balok menumbuk dinding dan memantul sehingga berhenti pada jarak 2,0 m dari dinding D. Balok menumbuk dinding dan memantul sehingga berhenti pada jarak 8,0 m dari dinding 35. Sebuah partikel bermassa m disentuhkan pada ujung sebuah pegas ringan berkonstanta k, di atas permukaan horizontal tanpa gesekan. Salah satu ujung pegas diikatkan pada dinding vertikal Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 6
dalam keadaan relaksasi. Partikel kemudian ditekankan ke pegas sehingga termampatkan sejauh L dan kemudian dilepas. Setelah melewati bidang datar licin, partikel melewati bidang miring kasar (sudut kemiringan ) serta koefisien gesek statis dan kinetika masing-masing s dan k. Berapa tinggi maksimum partikel akan berhenti pada bidang miring terhadap tanah? A. B. C. D. 36. Mengacu soal di atas, bila partikel tetap diam pada tinggi maksimumnya, bagaimana nilai maksimum dari s agar kesetimbangan statis selanjutnya selalu tercapai? A. sin B. cos C. tan D. cotan 37. Sebuah partikel bermassa M diam digantung menggunakan tali ringan yang panjangnya L. Sebuah peluru karet yang massanya m ditembakkan mendatar ke arah partikel sehingga menempel dan sistem kemudian melakukan gerak melingkar. Berapa kelajuan peluru agar sistem tepat mampu melakukan gerak ¼ lingkaran? A. B. C. D. 38. Masih mengacu pada soal di atas, berapa perbandingan momentum sudut sistem sesaat setelah tumbukan, dibanding momentum sudut peluru sebelum tumbukan? A. ½ B. 1 C. 2 D. 4 39. Sebuah ayunan matematis yang terdiri dari seutas tali panjangnya L dan sebuah beban bermassa M digantungkan pada paku yang menancap di dinding. Anggaplah massa tali dapat diabaikan. Beban mula-mula diam tergantung. Berapakah kelajuan awal yang harus diberikan pada beban agar mampu tepat melakukan satu kali putaran pada bidang vertikal? A. B. C. D. 40. Sebuah cincin tipis homogen bermassa M dan jari-jari R, sisi atasnya diletakkan pada paku (di O), sehingga cincin dapat berayun bebas tanpa gesekan terhadap titik O. Bila terjadi ayunan harmonis, berapakah periode osilasinya? O A. B. C. D. Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 7
41. Dua buah muatan terletak sepanjang sumbu X masing-masing besarnya +q di X = L, dan 2q di X = 2L. Di manakah sepanjang sumbu X sedemikian hingga resultan medan listriknya di titik tersebut sama dengan nol? A. B. C. L D. ½ L 42. Sebuah tetes minyak dengan massa M berada pada keadaan seimbang di antara dua plat sejajar dengan separasi sejarak D dan beda potensial sebesar V. Bila gesekan udara diabaikan, berapa muatan tetes minyak tersebut? A. B. C. D. 43. Sebuah planet bermassa m bergerak mengelilingi sebuah bintang bermassa M dalam lintasan elips. Jarak terpendek planet dengan bintang adalah r, sedangkan jarak terjauhnya adalah R. Tentukan kelajuan planet saat jaraknya saat jaraknya terjauh adalah A. B. C. D. 44. Dua buah muatan sejenis +Q terpisah sejauh 2d pada sumbu X dalam kondisi yang selalu statis. Muatan ketiga Q terletak pada sumbu Y pada jarak y dari titik asal (lihat Q gambar). Muatan ketiga dapat bergerak bebas sepanjang y sumbu Y, namun saat itu masih diam dipegang erat. berapakah resultan gaya elektrostatik yang dialami oleh Q sesaat sebelum dilepas? +Q 2d +Q A. B. C. D. 45. Berdasarkan soal di atas, bila massa partikel adalah, M, berapa besar percepatan muatan ketiga saat dilepas? A. B. C. D. 0 46. Masih mengacu soal di atas, anggaplah y sangat kecil dibanding d, sehingga dimungkinkan Q berosilasi di sekitar kesetimbangan. Berapakah periode osilasinya? A. B. C. D. Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 8
47. Sebuah balok bermassa M mula-mula diam kemudian bergerak akibat gaya konservatif F. Energi potensial balok sebagai fungsi posisi x, diberikan oleh persamaan E P = x 2 x 4, dengan dan adalah tetapan-tetapan positif. Percepatan benda sama dengan... A. B. C. D. 48. Sebuah batang yang massanya M bersandar pada dinding licin, namun terdapat gesekan dengan lantai. Batang membentuk sudut dengan lantai. Anggap gravitasi setempat besarnya g. Dalam kondisi statis, berapakah gaya normal batang dengan dinding? A. Mg cotan B. ½ Mg cotan C. ½ Mg tan D. 2 Mg cotan 49. Masih mengacu soal di atas, berapakah koefisien gesek statis minimum agar batang masih diam? A. ½ cotan B. ½ tan C. ½ D. 2 cotan 50. Dari soal sebelumnya, andaikan sekarang dinding dan lantai licin dan batang mula-mula dipegang diam membentuk sudut dengan lantai, kemudian dilepas. Berapa kecepatan sudut batang tepat sebelum seluruh batang diam di lantai? Diketahui panjang batang adalah L. A. B. C. D. Diponegoro Physisc Competition Tahap I Penyisihan 9