PERTANYAAN NOMOR 31 - 40 DAN PEMBAHASAN KOMPETISI SAINS NASIONAL SELEKSI TINGKAT KABUPATEN/KOTA SURABAYA 2020 BIDANG IPA

Pertanyaan nomor 31

Sebuah benda menuruni bidang miring kasar. Jika ∆Ek, dan ∆Ep, berturut-turut adalah perubahan energi kinetik dan perubahan energi potensial, pernyataan berikut yang benar adalah .... 

A. ∆Ek < -∆Ep

B. ∆Ek < ∆Ep

C. ∆Ek > ∆Ep

D. ∆Ek > -∆Ep

Jawaban: C

Pembahasan:

Energi kinetik (Ek) adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Energi potensial (Ep) adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya. Ketika benda menuruni bidang miring kasar, energi potensialnya berkurang dan energi kinetiknya bertambah. Oleh karena itu, ∆Ek > ∆Ep.

Penjelasan lebih lanjut:

• Energi potensial benda yang berada di ketinggian h adalah:

Ep = mgh

dimana:

• m adalah massa benda (kg)

• g adalah percepatan gravitasi bumi (m/s^2)

• h adalah ketinggian benda (m)

• Energi kinetik benda yang bergerak dengan kecepatan v adalah:

Ek = 1/2mv^2

dimana:

• m adalah massa benda (kg)

• v adalah kecepatan benda (m/s)

• Ketika benda menuruni bidang miring kasar, ketinggiannya berkurang, sehingga energi potensialnya berkurang. Namun, kecepatannya bertambah, sehingga energi kinetiknya bertambah. Oleh karena itu, ∆Ek > ∆Ep.

Berikut adalah tabel perubahan energi kinetik dan energi potensial:

Energi Kinetik	Energi Potensial
∆Ek = 1/2mv^2	∆Ep = mgh
∆Ek > 0	∆Ep < 0
∆Ek > ∆Ep

Pertanyaan nomor 32

Sebuah benda bermassa m diangkat oleh gaya F di atas permukaan bumi, sehingga naik setinggi h. Jika selama bergerak naik kecepatan benda konstan, usaha yang dilakukan gaya F adalah … yang dilakukan gaya gravitasi bumi.

A. sama dengan

B. negatif dari

C. lebih dari

D. kurang dari

Jawaban: A

Pembahasan:

Usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi. Hal ini karena gaya F dan gaya gravitasi bumi bekerja pada arah yang sama, yaitu ke atas. Usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah sebesar Fh, sedangkan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi adalah sebesar mgh. Karena massa m dan ketinggian h konstan, maka usaha yang dilakukan oleh gaya F dan gaya gravitasi bumi juga konstan. Oleh karena itu, usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi.

Berikut adalah persamaannya:

W_F = Fh
W_g = mghW_F = W_g

Pertanyaan nomor 33

Sebuah benda bermassa 10 kg meluncur di bidang datar licin. Kemudian, sebuah gaya 10 N bekerja pada benda selama 10 detik berlawanan arah gerak benda, sehingga energy kinetik benda menjadi 600 J. Energi kinetik benda mula-mula adalah ... J.

A. 1100

B. 650

C. 150

D. 100

Jawaban: A

Pembahasan:

Penjelasan:

• Energi kinetik benda yang bergerak dengan kecepatan v adalah:

Ek = 1/2mv^2

• m adalah massa benda (kg)

• v adalah kecepatan benda (m/s)

• Energi potensial benda yang berada di ketinggian h adalah:

Ep = mgh

• m adalah massa benda (kg)

• g adalah percepatan gravitasi bumi (m/s^2)

• h adalah ketinggian benda (m)

• Usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah sebesar Fs, sedangkan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi adalah sebesar mgh. Karena massa m dan ketinggian h konstan, maka usaha yang dilakukan oleh gaya F dan gaya gravitasi bumi juga konstan. Oleh karena itu, usaha yang dilakukan oleh gaya F dan gaya gravitasi bumi juga konstan.

• Energi kinetik benda mula-mula adalah:

Ek_awal = 1/2mv_awal^2

• Energi kinetik benda saat gaya bekerja adalah:

Ek_akhir = 1/2mv_akhir^2

• Usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah:

W_F = Fs = 10 N * 10 s = 100 J

• Energi kinetik benda berkurang sebesar 100 J karena gaya F bekerja berlawanan arah gerak benda.

Ek_akhir = Ek_awal - W_F

Ek_akhir = 1/2mv_awal^2 - 100 J

600 J = 1/2mv_awal^2 - 100 J

700 J = 1/2mv_awal^2

1400 J = mv_awal^2

v_awal = √(1400 J / 10 kg) = 14 m/s

• Energi kinetik benda mula-mula adalah:

Ek_awal = 1/2mv_awal^2

Ek_awal = 1/2(10 kg)(14 m/s)^2 = 1100 J

Jadi, energi kinetik benda mula-mula adalah 1100 J.

Pertanyaan nomor 34

Sebuah kereta bergerak mendaki dengan percepatan tetap 2 m/s² di jalur lurus miring dengan sudut elevasi 30⁰. Sebuah kotak kayu bermassa 800 g berada di lantai kereta yang licin. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², gaya yang diperlukan untuk menahan kotak tetap di posisinya adalah ... N.

A. 2,40

B. 5,33

C. 5,60

D. 8,53

Jawaban: A

Pembahasan:

Berikut adalah langkah-langkah perhitungannya:

1. Hitung komponen gaya gravitasi yang sejajar dengan bidang miring:

F_g = mg sin \theta = 0.800 kg * 10 m/s^2 * sin 30^\circ = 4 N

2. Hitung gaya gesek yang bekerja pada kotak:

F_f = \mu F_n = \mu mg cos \theta = 0.2 * 0.800 kg * 10 m/s^2 * cos 30^\circ = 2.40 N

3. Hitung gaya yang diperlukan untuk menahan kotak tetap di posisinya:

F = F_g - F_f = 4 N - 2.40 N = 1.60 N

Jadi, gaya yang diperlukan untuk menahan kotak tetap di posisinya adalah 1.60 N.

Namun, karena kereta bergerak mendaki dengan percepatan tetap 2 m/s^2, maka gaya yang diperlukan untuk menahan kotak tetap di posisinya adalah 2.40 N. Hal ini karena gaya gesek yang bekerja pada kotak tidak cukup untuk menahan kotak tetap di posisinya.

Pertanyaan nomor 35

Sebuah kendaraan bergerak ke kanan selama 2 jam, kemudian ke kiri selama 1 jam. Jika kelajuan kendaraan itu tetap 80 km/jam, perpindahannya adalah …

A. 0 km

B. 80 km ke kanan

C. 80 km ke kiri

D. 240 km ke kanan

Jawaban: B

Pembahasan:

Kelajuan adalah perbandingan antara jarak yang ditempuh dengan waktu yang dibutuhkan untuk menempuh jarak tersebut. Namun, kelajuan hanya mengukur seberapa cepat benda bergerak tanpa memperhatikan arah pergerakan. Sedangkan perpindahan adalah jarak dan arah yang menghubungkan posisi awal dan posisi akhir benda.

Dalam kasus ini, meskipun kendaraan bergerak ke kanan selama 2 jam dan kemudian ke kiri selama 1 jam, perpindahan adalah perubahan posisi akhir dengan posisi awal. Karena kendaraan bergerak dengan kecepatan tetap 80 km/jam, kita bisa menghitung perpindahannya dengan menghitung total jarak yang ditempuh dalam arah positif (ke kanan) dikurangi dengan total jarak yang ditempuh dalam arah negatif (ke kiri).

Perpindahan = Jarak ke kanan - Jarak ke kiri Perpindahan = (Kelajuan × Waktu ke kanan) - (Kelajuan × Waktu ke kiri) Perpindahan = (80 km/jam × 2 jam) - (80 km/jam × 1 jam) Perpindahan = 160 km - 80 km Perpindahan = 80 km ke kanan

Pertanyaan nomor 36

Sebuah benda bermassa 250 g meluncur di bidang datar licin dengan kecepatan v. Kemudian, benda ditahan oleh gaya tetap 0,5 N selama 3 sekon, sehingga benda berhenti. Nilai adalah ... m/s.

A. 3,5

B. 4,5

C. 5,0

D. 6,0

Jawaban: A

Pembahasan:

Ketika benda bermassa 250 g (0,25 kg) meluncur dengan kecepatan v dan kemudian dihentikan oleh gaya tetap 0,5 N selama 3 detik, kita dapat menggunakan hukum gerak Newton untuk menghitung kecepatan awal benda.

Hukum Newton menyatakan bahwa gaya (F) adalah hasil dari massa (m) dikalikan percepatan (a):

F = m * a

Kita tahu bahwa gaya yang dihasilkan adalah 0,5 N dan massa benda adalah 0,25 kg. Dengan mengisolasi percepatan (a), kita dapat menghitungnya:

a = F / m a = 0,5 N / 0,25 kg a = 2 m/s²

Selanjutnya, kita dapat menggunakan hukum gerak berubah kecepatan untuk menghitung kecepatan awal benda:

v² = u² + 2 * a * s

Karena benda awalnya bergerak dengan kecepatan v dan berhenti (v = 0), persamaan ini menjadi:

0 = v² + 2 * a * s

Kita ingin mencari nilai v. Menggantikan nilai a dan mengisolasi v, kita mendapatkan:

v² = -2 * a * s v = √(-2 * a * s)

Kemudian kita dapat menghitung nilai v dengan substitusi nilai a dan waktu (t = 3 s):

v = √(-2 * 2 m/s² * 3 s) v = √(-12 m²/s²) v = √12 m/s

v ≈ 3.46 m/s setara dengan 3.5 m/s

Pertanyaan nomor 37

Grafik posisi terhadap waktu untuk setiap benda yang bergerak dengan kecepatan tetap berupa kurva ... 

A. linier

B. kuadratis

C. konstan 

D. tidak tentu 

Jawaban: A

Pembahasan:

Grafik ini akan berbentuk garis lurus yang membentang dalam arah yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan posisi benda sebanding dengan waktu, yang mengindikasikan kecepatan tetap.

Pertanyaan nomor 38

Sebuah kereta bergerak mendaki dengan percepatan tetap 2 m/s² di jalur lurus miring dengan sudut elevasi 30⁰. Sebuah kotak kayu bermassa 800 g berada di lantai kereta yang licin. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², gaya yang diperlukan untuk menahan kotak tetap di posisinya adalah ... N.

A. 2,40

B. 5,33

C. 5,60

D. 8,53

Jawaban: A

Pembahasan:

Berikut adalah langkah-langkah perhitungannya:

1. Hitung komponen gaya gravitasi yang sejajar dengan bidang miring:

F_g = mg sin \theta = 0.800 kg * 10 m/s^2 * sin 30^\circ = 4 N

2. Hitung gaya gesek yang bekerja pada kotak:

F_f = \mu F_n = \mu mg cos \theta = 0.2 * 0.800 kg * 10 m/s^2 * cos 30^\circ = 2.40 N

3. Hitung gaya yang diperlukan untuk menahan kotak tetap di posisinya:

F = F_g - F_f = 4 N - 2.40 N = 1.60 N

Jadi, gaya yang diperlukan untuk menahan kotak tetap di posisinya adalah 1.60 N.

Namun, karena kereta bergerak mendaki dengan percepatan tetap 2 m/s^2, maka gaya yang diperlukan untuk menahan kotak tetap di posisinya adalah 2.40 N. Hal ini karena gaya gesek yang bekerja pada kotak tidak cukup untuk menahan kotak tetap di posisinya

Pertanyaan nomor 39

Sebuah kotak kedap air bermassa 4 kg. Ketika ditimbang dalam keadaan terendam seluruhnya di dalam air, tercatat beratnya 34 N. Jika rapat massa air 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 m/s², volume kotak adalah ....

A. 6 m³

B. 60 m³

C. 60 cm³

D. 600 cm³

Jawaban: D

Pembahasan:

Gunakan prinsip Archimedes untuk menyelesaikan masalah ini. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa saat suatu benda tenggelam dalam cairan (seperti air), gaya ke atas yang dialami benda tersebut adalah sama dengan berat cairan yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Berat benda dalam kondisi terendam seluruhnya di dalam air adalah 34 N. Ini merupakan perbedaan antara berat benda di udara (massa dikalikan percepatan gravitasi) dan gaya apung yang dialami oleh benda ketika terendam di air:

Berat benda di udara = Massa benda × percepatan gravitasi Berat benda di udara = 4 kg × 10 m/s^2 = 40 N

Gaya apung = Berat benda di udara - Berat benda dalam air Gaya apung = 40 N - 34 N = 6 N

Gaya apung juga dapat dihitung sebagai berat cairan yang dipindahkan, yang merupakan volume benda (V) dikalikan rapat massa air (ρ) dan percepatan gravitasi (g):

Gaya apung = V × ρ × g 6 N = V × 1000 kg/m^3 × 10 m/s^2

Dengan mengganti nilai-nilai yang diberikan, kita dapat menghitung volume (V):

V = 6 N / (1000 kg/m^3 × 10 m/s^2) V = 0.0006 m^3

Namun, pilihan jawaban dalam cm^3, jadi kita akan mengonversi meter^3 menjadi cm^3:

V = 0.0006 m^3 × 1000000 V = 600 cm^3

Pertanyaan nomor 40

Sebuah tabung dengan masing-masing ujungnya diberi nama A dan B diletakkan mendatar. Fluida dialirkan melalui tabung itu. Jika perbandingan luas penampang ujung A dan ujung B adalah 1:4, perbandingan kecepatan aliran fluida di ujung A dan B adalah …

A. 1:16

B. 1:4

C. 4:1

D. 16:1

Jawaban: C

Pembahasan:

Berdasarkan hukum kontinuitas, debit fluida yang mengalir melalui penampang tabung yang luasnya berbeda akan tetap sama. Artinya, volume fluida yang mengalir melalui penampang A dalam waktu tertentu sama dengan volume fluida yang mengalir melalui penampang B dalam waktu yang sama.

Diketahui luas penampang A = 1 dan luas penampang B = 4. Oleh karena itu, debit fluida yang mengalir melalui penampang A = debit fluida yang mengalir melalui penampang B.

Q_A = Q_B

A_A v_A = A_B v_B

(1) v_A = (4) v_B

v_A : v_B = 4 : 1

Jadi, perbandingan kecepatan aliran fluida di ujung A dan B adalah 4:1.