Challenging Question 4

1.A horizontally flying bullet of mass m gets stuck in a body of mass M suspended by two identical threads of length l (figure). As a result, the threads swerve through an angle θ. Assuming m << M, find:

    (a) the velocity of the bullet before striking the body;
    (b) the fraction of the bullet's initial kinetic energy that turned into heat.

(figure)

2. A small disc A slides down with initial velocity equal to zero from the top of a smooth hill of height H having a horizontal portion (figure). What must be the height of the horizontal portion h to ensure the maximum distance s covered by the disc? What is it equal to?

(figure)

Answer: h = h/2 ; Smax = H
(Irodov I.E Problem In General Physics)

3. A small body A starts sliding off the top of a smooth sphere of radius  R. find the angle θ (figure) corresponding to the point at which the body breaks off the sphere, as wll as the break-off velocity of the body.

(figure)

4. Sebuah bola kecil di gantung dengan menggunakan sebuah tali. Pada awalnya tali berada pada posisi mendatar dan kemudian dilepaskan. Tentukan sudut θ, dimana percepatan total bola berarah mendatar.
(Soal OSK 2012) 
Answer: θ ≈ 54,7^o

^{5. Sebuah lingkaran dengan massa M dan jari-jari R bergantung pada suatu bidang penopang vertikal melalui suatu ujung lancip pada suatu titik P di sisi dalam keliling lingkaran, seperti ditunjukkan pada gambar. Hitung periode osilasi kecil.}

^{6. Sebuah papan kayu homogen dengan panjang 2 m, diam dalam keseimbangan pada posisi miring dengan bagian bawahnya tercelup dalam air (lihat gambar). Papan ditumpu pada puncak sebuah batu (titik B) yang muncul diatas air 20 cm dari ujung atas papan. Luas penampang papan adalah 10} cm²    dan massa jenis kayu adalah 0,7 g/cm³  .Tentukan:

(a). panjang papan yang berada dalam air

(b). reaksi yang dikerjakan batu pada papan

Answer: (a).0,8 m

               (b).6 N

7. Sebuah bola kecil bermassa m menumbuk permukaan lantai licin. Kecepatan awalnya adalah V1 dan bola membentur lantai membentuk sudut α terhadap lantai. Bola memantul membentuk sudut β terhadap lantai, tetapi tumbukan tidak elastik. Koefisien tumbukan adalah e. Tentukan:

(a). Tentukan besar impuls yang diberikan lantai terhadap bola!

(b). Tentukan sudut β setelah bola meninggalkan permukaan lantai!

Answer: (a). I =mV1sinα(1+e)

               (b).β =arctan(etanα)

(Soal Latihan Olimpiade)

8. A small bob of mass 50 g oscillates as a simple pendulum, with amplitude 5 cm and period 2 s. Find the velocity of the bob and the tension in the supporting thread when velociy of the bob is maximum.

Answer:Vmax = 5πcm/s ; T =13.11 N

(University of Aberystwyth, Wales)

9. A particle makes SHM along a straight line and its velocity when passing through points 3 and 4 cm from the center of its path is 16 and 12 cm/s, respectively. Find:

(a).the amplitude

(b).the time period of motion

Answer:(a). A =5 cm

              (b). T =1.57 s

(Northern University of UK) 

10. A shell flying with velocity v = 500m/s bursts into three identical fragments so that the kinetic energy of the system increases  = 1.5 times. What maximum velocity can one of the fragments obtain?

Answer: Vmax = 1km/s

(Irodov I.E Problem In General Physics)


Sumber Bacaan:
1.Surya, Yohanes. 2003. Soal-soal Mekanika 1 dan Penyelesaiannya. Jakarta : PT Bina Sumber Daya Mipa.
2.Kanginan, Marthen. 2007. Fisika SMA jilid 2B. Jakarta: Erlangga.
3.Kamal.A, Ahmad. 2010. 1000 Solved Problems in Classical Physics. Texas

Info Fisika

Operasi "Tanpa" Gravitasi Bumi

     Umumnya, operasi atau pembedahan dilakukan di tempat yang sangat stabil, bahkan sama sekali bebas guncangan. Bagaimana jika operasi harus dilakukan di ruang angkasa, di pesawat ruang angkasa, bahkan saat gempa bumi?

     Untuk menjawab tantangan ini, akhir September 2006 lalu, tim yang terdiri dari lima ahli bedah Perancis, diketuai oleh Martin, melakukan uji coba pembedahan yang sebenarnya pada seseorang diatas pesawat terbang. Ruang pesawat diubah menjadi kamar bedah yang higienis dan steril. Kamar dilengkapi dengan peralatan operasi khusus, dimana tiap perangkat mengandung magnet, sehingga bisa tetap pada posisi dan tidak ikut "terbang" kesana kemari, terutama ketika pesawat berada pada kondisi yang nyaris tanpa gravitasi bumi atau zero gravity.

     Pesawat terbang pada ketinggian 6500 m sampai 8500 m. Untuk memperoleh zero gravity, secara total pesawat harus terguncang menukik, dan naik turun ibarat sedang bermain roller coaster sebanyak 22 kali. Bahkan, manuver bagai lengkung parabola itu harus mereka lakukan hingga mencapai titik yang bisa dikatakan zero gravity.

    Operasi justru dilakukan oleh para dokter selama interval waktu pesawat "terpental-pental". Pasien yang menderita tumor ringan itu sendiri hanya memerlukan waktu sekitar 11 menit dari total sekitar 3 jam, pesawat Airbus 300 "Zero-G" melayang-layang dilangit Perancis.

    Tantangan berikutnya menurut Martin adalah melakukan pembedahan dengan robot yang dikendalikan dari bawah menggunakan satelit. Jika ini berhasil dilakukan, para astronaut yang memerlukan operasi tidak perlu menghabiskan waktu beberapa hari hanya untuk kembali ke bumi dan melakukan operasi pengobatan jarak jauh dan pembedahan jarak jauh dapat dilakukan dari bumi. Menurut para ahli, perangkat ini bisa digunakan untuk menghadapi kondisi darurat dibeberapa lokasi sulit, seperti didalam gua atau gedung yang sedang terkena guncangan dahsyat gempa.

Sumber:Kompas, Jumat 6 Oktober 2006

Challenging Question 3

1.Sebuah balok ditembak pada arah vertikal dengan sebuah peluru yang memiliki kecepatan 500m/s. Massa peluru 10g, sedangkan massa balok 2kg. Setelah ditembakkan, peluru bersarang di dalam balok. Tentukan ketinggian maksimum yang dicapai balok!

( SIMAK UI 2013 Kode 236 )
answer:31 cm

2.A pendulum of mass m and length l is released from rest in a horizontal position. A nail a distance d below the pivot causes the mass to move along the path indicated by the dotted line. Find the minimum distance d in terms of l such that the mass will swing completely round in the circle shown in the figure.

( Wisconsin University)
answer: d = 3l/5

3.Accelerometer sederhana (alat untuk mengukur percepatan) dapat dibuat dengan cara mengisi sebuah bejana bengkok dengan cairan (lihat gambar). Selama bergerak ke kiri dengan percepatan tetap a, ketinggian permukaan cairan pada lengan kiri h₁ dan ketinggian permukaan pada lengan kanan h₂. Tentukan percepatan a pada kondisi seperti ini. Asumsikan diameter bejana jauh lebih kecil dari h₁ dan h_2.
(soal OSP 2015)

4.Dua buah bola ditembakkan dari tanah dengan jarak d, satu sama lain. Yang sebelah kanan ditembakkan vertikal ke atas dengan laju v. Yang sebelah kiri ditembakkan miring ke kanan dengan kecepatan u sehingga diharapkan menumbuk bola kanan di titik tertinggi.(lihat gambar).
a.Tentukan besar komponen horizontal dan vertikal kecepatan u (nyatakan dalam g,d dan v).
b.Berapa nilai v saat u minimum (nyatakan dalam d dan g)
 (OSW JAKTIM 2006)

5.A projectile of mass m is shot (at velocity v) at a target of mass M, with a hole containing a spring of constant k. The target is initially at rest and can slide without friction on a horizontal surface. Find the distance  ∆x that the spring compresses at maximum.

(CUSPEA=soal tes seleksi beasiswa di AS untuk pelajar dari China)

6.A thin uniform stick of mass m with its bottom end resting on a frictionless table is released from rest an angle  θ_o to the vertical. Find the force exerted by the table upon the stick at an infinitesimally small time after its release.

(University California at Berkeley)

7.Seseorang yang mula-mula diam, melemparkan sebuah bola dengan sudut elevasi θ_o dan kelajuan awal Vo.Kemudian ia mencoba untuk menangkapnya kembali dengan mempercepat dirinya. Selama selang waktu  ∆t1 percepatannya konstan sebesar a dan,setelah itu ia berlari dengan kelajuan konstan dalam interval waktu ∆t2. Ia dapat menangkap kembali bola tersebut pada ketinggian yang sama dengan ketinggian saat dilemparkan. Jika percepatan gravitasi bumi konstan g,tentukan percepatan a orang tersebut.(nyatakan dalam Vo,θ_o , ∆t1, ∆t1)

(soal OSK 2012)

8.A stone is thrown from ground level over horizontal ground. It just clears three walls, the succesive distances between them being r and 2r. The inner wall is 15/7 times as high as the outer walls which are equal in height. The total horizontal range is nr, where n is an integer. Find n.
(University of Dublin)
answer: n = 4

9.A shell is fired at an angle θ with the horizontal up a plane inclined at an angle α. Show that for maximum range,

10.A body slides down a rough plane inclined to the horizontal at 30o. If 70% of the initial potential energy is dissipated during the descent, find the coefficient of sliding friction.
(University of Bristol)
answer:μ = 0.404

Sumber Bacaan:

1.Surya, Yohanes. 2003. Soal-soal Mekanika 1 dan Penyelesaiannya. Jakarta : PT Bina Sumber Daya Mipa.

2.Kanginan, Marthen. 2007. Fisika SMA jilid 2A. Jakarta: Erlangga.

3.Kamal.A, Ahmad. 2010. 1000 Solved Problems in Classical Physics. Texas

4.Kanginan, Marthen. 2010. OSN FISIKA SMA. Yogyakarta: Intersolusi Pressindo

Info Fisika

Aliran Air yang Keluar Dari Keran

Putarlah keran air di rumah Anda pada kecepatan penuh. Akan Anda amati bahwa aliran air agak menyempit ketika mulai jatuh (gambar a). Apakah penyebabnya?

     Aliran udara di B dan C (gambar b) dihambat oleh aliran air, sehingga kelajuan udara di B dan C (bagian tepi aliran air) lebih kecil daripada kelajuan udara di A (bagian tengah aliran air). Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan udara di B dan di C lebih besar daripada tekanan udara di A, sehingga gaya F mendorong B dan C saling mendekati. Akibatnya,aliran air menyempit di B dan C

Gambar a.Aliran air menyempit ketika air berada dibagian bawah

Gambar b.Aliran air dititik B dan C

(Sumber:Kanginan,Marthen. 2013.Fisika SMA. Jakarta: Penerbit Erlangga)

Tahukah Anda

Cara Kerja Penyemprot Parfum

     .Perhatikan gambar penyemprot parfum. Ketika Anda menekan bola karet, udara dipaksa keluar dari bola karet termampatkan melalui lubang sempit di atas tabung silinder yang memanjang ke bawah sehingga memasuki cairan parfum. Semburan udara yang bergerak cepat menurunkan tekanan udara pada bagian atas tabung, dan menyebabkan tekanan atmosfer pada permukaan cairan memaksa cairan naik ke atas tabung. Semprotan udara berkelajuan tinggi meniup cairan parfum sehingga cairan parfum dikeluarkan sebagai semburan kabut halus.

Gambar.Cara Kerja Penyemprot Parfum

(Sumber:Kanginan,Marthen. 2013.Fisika SMA. Jakarta: Penerbit Erlangga)

Info Fisika

1.Cara Membedakan Telur Baru dan Telur Busuk

   Anda dapat membedakan telur baru dan telur busuk hanya dengan menjatuhkannya kedalam air segar(air ledeng). Telur baru akan tenggelam didalam air segar karena massa jenis rata-ratanya lebih besar daripada massa jenis air segar. Telur busuk akan mengapung didalam air segar karena kuning dan putih telurnya mengering, sehingga massa jenis rata-ratanya lebih kecil daripada massa jenis air segar

Cara Membedakan Telur Baru dan Telur Busuk

2.Anda Dapat Mengapung Seperti Perahu

   Saat Anda terlentang di air, Anda dapat mengapung seperti perahu. Ini terjadi karena sebagian permukaan tubuh Anda yang tercelup dalam air memindahkan air. Tubuh Anda mengalami gaya apung yang dikerjakan oleh air. Gaya apung yang berarah keatas ini dapat mengimbangi berat badan Anda, sehingga Anda dapat mengapung di air dan tidak tenggelam.

Mengapung Seperti Perahu

Info Fisika

Aplikasi Hukum Bernoulli pada Hewan

Gambar 1. menunjukkan salah satu aplikasi dari hukum Bernoulli pada hewan. Liang (lubang) selalu dibuat sedikitnya memiliki dua pintu masuk. Salah satu pintu dibuat lebih tinggi dari pintu lainnya. Oleh karena laju angin meningkat dengan bertambahnya ketinggian, maka tekanan udara lebih rendah pada pintu yang tinggi. Secara alami (spontan) udara bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Ini menghasilkan sirkulasi udara segar dari pintu yang rendah melalui liang bawah tanah ke pintu yang lebih tinggi. Dengan demikian hewan dibawah tanah, seperti anjing padang rumput dan tikus tidak akan mati lemas karena kekurangan oksigen dari udara.

Gambar1.Sirkulasi udara pada liang bawah tanah dari anjing padang rumput

Bagaimana ikan dapat mengapung,melayang, dan tenggelam didasar air? Kebanyakan ikan memiliki swim bladder (kantong renang) yang mirip gelembung dan berisi penuh gas. Swim bladder (gambar 2.) bekerja seperti tangki pemberat pada kapal selam. Ikan dapat mengubah ukuran swim bladder dengan cara mengendurkan atau mengencangkan otot-ototnya sesuai keperluan ikan : mengapung, melayang atau tenggelam.

Gambar 2.ikan berenang dengan menggunakan pengaturan swim bladder

(Sumber:Kanginan,Marthen. 2013.Fisika SMA. Jakarta: Penerbit Erlangga)