Soal UAS Kelas XI Tahun 2015

Berikut ini adalah soal UAS Fisika kelas XI IPA tahun pelajaran 2015/2016:

1) Data perubahan kecepatan sebuah benda yang bergerak lurus disajikan sebagai berikut:

A. Hitunglah besar usaha tiap benda!

B. Benda mana yang melakukan usaha paling besar?

2) A 2 kg rock is dropped from a height of 20 m. (g = 10 m/s²). What is the velocity when the rock is 15 m from the ground?

3) Based on the table below:

A. What is the kinetic energy (Ek) of the roller coaster when the roller coaster has an Eg of 19 600 J?

B. How high is the roller coaster at this point?

C. What is the velocity of the roller coaster at that moment?

4) Sebuah bola karet massanya 75 gram dilemparkan horizontal hingga membentur dinding seperti gambar. Jika bola karet dipantulkan dengan laju yang sama, berapa besar impuls bola yang terjadi?

5) Sebuah pegas digantung vertikal. Kemudian ujung bawahnya diberi beban 5 kg sehingga  panjangnya bertambah 0,1 m. Beban ditarik 0,05 m ke bawah kemudian dilepaskan. Hitunglah:

Kisi-kisi Soal UAS Kelas XI Tahun 2015

Ulangan Akhir Semester (UAS) Ganjil mata pelajaran Fisika untuk kelas XI IPA di tahun 2015 ini meliputi pokok bahasan Usaha - Energi, Momentum - Impuls, Tumbukan dan Gerak Harmonis Sederhana (GHS). Soal yang digunakan adalah soal uraian (esai) dengan jumlah item paling banyak 5. Soal ditulis dengan bahasa Indonesia dan bahasa Inggris.

Soal UAS mata pelajaran Fisika tahun 2015 ini merupakan irisan dari kemampuan:

1. memahami konsep usaha dan energi 
2. menentukan besar usaha dan 
3. menentukan besar energi: 
4. menganalisis hubungan antara usaha dan energi potensial: 
5. menganalisis hubungan antara usaha dan energi kinetik; 
6. menerapkan hukum kekekalan energi mekanik : 
7. menentukan besar momentum
8. menentukan besar perubahan momentum (impuls)
9. menentukan besar kecepatan pada peristiwa tumbukan
10. menentukan besar amplitudo pada gerak harmonis sederhana
11. menentukan besar periode pada pegas yang bergerak harmonis sederhana
12. menentukan besar periode pada ayunan yang bergerak harmonis sederhana
13. menentukan besar frekuensi pada pegas yang bergerak harmonis sederhana
14. menentukan besar frekuensi pada ayunan yang bergerak harmonis sederhana

Contoh soal Usaha Energi: soal 1, soal 2, soal 3, soal 4, soal 5, soal 6
Contoh soal Momentum Impuls: soal 1, soal 2, soal 3, soal 4, soal 5,
Contoh soal Gerak Harmonis Sederhana: soal 1, soal 2,

Soal Latihan UAS Kelas XI Semester Ganjil [B]

Soal Usaha Energi
Data perubahan kecepatan sebuah benda yang bergerak lurus disajikan sepeti berikut:

Usaha yang paling besar dilakukan oleh benda nomor...
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
E. 5

[UN tahun 2009]

Soal Kekekalan Energi Mekanik
Perhatikan gambar di bawah!

Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian 20 m. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, maka kecepatan benda pada saat berada 15 m di atas tanah adalah... m/s
A. 2
B. 5
C. 10
D. 15
E. 20
[UN Tahun 2009]

Soal Momentum - Tumbukan
Dua bola A dan B mula-mula bergerak seperti gambar

Kedua bola kemudian bertumbukan tidak lenting sama sekali. Kecepatan bola A dan B setelah bertumbukan adalah... m/s
A. 0,5
B. 1
C. 1,5
D. 2
E. 2,5
[UN tahun 2009]

Soal Latihan UAS Kelas XI Semester Ganjil [A]

Soal Usaha Energi
Sebuah bola bermassa 500 gram dilempar vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan awal 10 m/s. Bila g = 10 m/s2, maka usaha yang dilakukan gaya berat bola pada saat mencapai tinggi maksimum adalah.
A. 2,5 J
B. 5,0 J
C. 25 J
D. 50 J
E. 500 J
[ UN Tahun 2013]



Soal Usaha Energi
Sebuah bola yang massanya 2 kg jatuh bebas dari posisi A seperti gambar di bawah (g = 10 m/s2)
Ketika sampai di titik B besar energi kinetik sama dengan 2 kali energi potensial, maka tinggi titik B dari tanah adalah...
A. 80 m
B. 70 m
C. 60 m
D. 40 m
E. 30 m

[UN Tahun 2013]


Soal Momentum
Bola tenis massanya 100 gram dijatuhkan ke lantai dari ketinggian 20 cm tanpa kecepatan awal. Setelah mengenai lantai bola memantul dengan kecepatan 1 m/s . (g = 10 m/s2). Perubahan momentum yang dialami bola tersebut adalah...
A. 0,1 Ns
B. 0,3 Ns
C. 0,5 Ns
D. 0,8 Ns
E. 0,9 Ns
[UN Tahun 2013]


Soal Momentum Tumbukan
Dua buah bola A dan B memiliki massa sama bergerak saling mendekati masing-masing dengan kecepatan 4 m/s dan 6 m/s seperti pada gambar. Keduanya kemudian bertumbukan lenting sempurna, dan kecepatan benda B setelah tumbukan 4 m/s dengan arah berlawanan dari gerak semula. Kecepatan bola A sesaat setelah tumbukan adalah...
A. 2 m/s
B. 2,5 m/s
C. 4 m/s
D. 5 m/s
E. 6 m/s

[UN Tahun 2013]

Energi dan Perubahan Energi

Menurut A Dictionary of Physics Oxford, Energi adalah A measure of a system's ability to do work. Like work itself, it is measured in joules. Energy is conveniently classified into two forms: potential energy is the energy stored in a body or system as a consequence of its position, shape, or state (this includes gravitational energy, electrical energy, nuclear energy, and chemical energy); kinetic energy is energy of motion and is usually defined as the work that will be done by the body possessing the energy when it is brought to rest.

Energi adalah ukuran kemampuan sistem untuk melakukan kerja. Sebagaimana kerja, energi diukur dalam satuan Joule. Lebih lanjut dijelaskan bahwa untuk mudahnya, Energi diklasifikasikan ke dalam dua bentuk yaitu Energi potensial dan energi kinetik. Energi potensial adalah energi yang tersimpan atau terkandung dalam benda atau sistem karena posisi, bentuk atau kedudukannya. Contoh dari energi ini diantaranya: energi gravitasi, energi listrik, energi nuklir, dan energi kimia. Sedangkan energi kinetik adalah energi gerak dan biasanya didefinisikan sebagai kerja yang dilakukan oleh benda yang berenergi apabila benda itu dihentikan.

Beberapa jenis energi menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia yaitu sebagai berikut:
Energi atom: energi yang diperoleh dengan peleburan nuklir; tenaga atom;
Energi bebas: sebagian dari energi potensial yang dilepaskan dan dipakai untuk pekerjaan yang berguna;
Energi bersih: sejumlah energi yang terkandung dalam cadangan tubuh atau dalam hasil produksi, misal lemak badan, protein tubuh, air susu, telur, wol. atau tenaga;
Energi geotermal: panas yang terdapat di dalam bumi yang digunakan sebagai pembangkit tenaga;
Energi inti: energi yang dilepaskan oleh pembelahan inti atau paduan
inti;
Energi kinetik: energi yang disebabkan oleh gerak suatu massa; tenaga gerak;
Energi kotor: energi yang terkandung dalam bahan makanan yang dapat dimanfaatkan oleh binatang;
Energi matahari: sumber utama energi atmosfer yang penyebarannya di seluruh muka bumi merupakan pengendalian yang besar terhadap cuaca dari iklim, selain berpengaruh terhadap tanaman dan binatang;
Energi mekanis: kekuatan yang mampu menggerakkan atau memindahkan bagian-bagian rangkaian peralatan:
Energi metabolisme: jumlah energi yang didapat dari bahan makanan dan digunakan untuk metabolisme:
Energi nuklir: tenaga yang dikaitkan dengan reaksi nuklir;
Energi potensial: energi yang ada pd suatu benda km letak benda itu dalam medan gaya;
Energi putar: tenaga yang ditimbulkan dengan pemutaran sesuatu;
Energi tekan: tenaga yang ditimbulkan dengan penekanan sesuatu

Selanjutnya menurut Tim Mills ada energi panas (energi termal) yaitu ukuran energi kinetik total dari partikel pembentuk material (benda). Beberapa jenis energi yang tersimpan di antaranya adalah: Energi kimia dapat dilepaskan apabila terjadi reaksi kimia, misalnya pembakaran bahan bakar dan reaksi kimia dalam baterai). Energi nuklir tersimpan dalam inti atom dan dapat dilepaskan dalam reaksi inti atom. Energi potensial pegas disimpan suatu pegas karena pegas direnggangkan atau ditekan. Energi potensial pegas akan dilepaskan apabila pegas kembali ke bentuk atau ukurannya semula. Energi potensial gravitasi disimpan benda benda yang dinaikkan ke atas dari permukaan bumi. Energi ini akan dilepaskan manakala benda-benda itu jatuh ke bumi.

Ada yang mengibaratkan energi seperti uang. Uang baru memberikan manfaat manakala berubah bentuk. Uang tidaklah bermanfaat ketika masih berwujud uang. Uang tidak bisa dimakan atau tidak bisa diminum misalnya. Uang akan bermanfaat bagi pemilik uang setelah berubah bentuk. Uang dibelanjakan bakso, bakso bisa dimakan. Uang dibelikan es kelapa, es kelapa bisa diminum. Begitu lah energi. Energi kimia pada lilin misalnya akan bermanfaat ketika lilin dinyalakan. Ketika lilin menyala, energi kimia berubah menjadi cahaya dan panas. Cahaya dan panas inilah yang bermanfaat bagi manusia. Contoh lain adalah energi listrik pada motor bermanfaat bagi manusia manakala sudah diubah menjadi energi kinetik (gerak). Karena pergerakan motor, manusia bisa bepergian ke mana saja yang diinginkan. Energi listrik itu juga bisa menimbulkan cahaya dan panas. Masih banyak lagi contoh perubahan energi yang bermanfaat bagi manusia? Dapatkan kamu menyebutkan contoh yang lain? Tuliskanlah di kolom komentar :)

Sumber:
A Dictionary of Physics Oxford
Kamus Besar Bahasa Indonesia (Aplikasi Windows)
Tim Mills-Physics at a Glance-Manson (2008)

Penjelasan Gaya Konservatif

Kita telah mengetahui bahwa sebuah bola yang dilempar vertikal ke atas, kemudian jatuh ke titik semula mengalami perubahan energi potensial dan energi kinetik, tetapi energi mekaniknya selalu kekal (tetap). 

Tentu saja ada gaya yang menyebabkan perubahan energi potensial dan energi kinetik sehingga energi mekanik dari suatu benda selalu kekal (tetap). Gaya yang menyebabkan energi mekanik, yaitu penjumlahan energi potensial dan energi kinetik, selalu kekal (tetap) disebut gaya konservatif. 

Yang termasuk gaya konservatif antara lain:

1. gaya gravitasi konstan, F = mg,

2. gaya elastis pegas, F = kx,

3. gaya gravitasi Newton, F = (G M m / r²)

Gaya konservatif memiliki sifat bahwa usaha yang dilakukan oleh suatu benda:

1. tidak bergantung pada lintasannya, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir,

2. selalu sama dengan nol jika benda bergerak kembali ke posisi semula dalam lintasan tertutup,

3. selalu dapat dinyatakan sebagai perbedaan antara energi potensial awal dan energi potensial akhir.

Sedangkan jika usaha dilakukan oleh suatu benda tidak memiliki sifat dari gaya konservatif, maka gaya yang mempengaruhi usaha tersebut disebut gaya tak konservatif. Tentu saja dapat kita simpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya tak konservatif bergantung pada lintasan. Contoh gaya tak konservatif antara lain gaya dorong, gaya gesekan, dan gaya hambatan

conservative field A field of force in which the work done in moving a body from one point to another is independent of the path taken. The force required to move the body between these points in a conservative field is called a conservative force

medan konservatif. suatu medan gaya yang didalamnya kerja yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda dari satu titik ke titik yang lain tidak bergantung pada lintasannya. Gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan benda antara kedua titik dalam suatu medan konservatif disebut gaya konservatif.

sumber: 

Fisika 2 untuk SMA kelas XI, Supiyanto. 2006. Jakarta: Phibeta

Kamus Lengkap Fisika Oxford. Alan Isaacs, BSc, PhD. DIC. Penerbit Erlangga, Tahun 1997

Beberapa Konsep Usaha atau Kerja

Usaha atau Work (W) dalam fisika:

W = F . d

Usaha atau kerja adalah hasil perkalian perpindahan sebuah benda dengan komponen gaya yang beraksi pada benda tersebut, komponen gaya tersebut sejajar dengan arah gerak bendanya.

Apabila sebuah gaya F (Force) yang mengakibatkan perpindahan (displacement) d itu membentuk sudut q terhadap arah gaya, maka usaha atau kerja yang berlaku adalah:

W = F . d . cos q

Contoh: Sebuah kotak ditarik sepanjang lantai seperti gambar 1. Kotak berpindah sejauh 10 m, dan gaya tariknya sebesar 5 N yang membentuk sudut 30° diatas garis horizontal.

Maka, komponen gaya yang sejajar pada perpindahan 10 m adalah (5 N) (cos 30°).
W = (5 N . cos 30°) (10 m)
W = 25 √3 N.m.

Selanjutnya konsep usaha atau kerja yang lain:

1 Newton meter disebut juga satu Joule, dituliskan 1 J.

Usaha atau Kerja adalah besaran skalar, begitu juga Energi. Satuan usaha dan energi adalah sama.

Usaha dapat bernilai negatif , ini terjadi apabila arah gaya yang diberikan berlawanan dengan arah perpindahan.

Karena usaha adalah besaran skalar, tanda negatif  tidak menunjukkan arah sebagaimana pada besaran vektor.

Meskipun pada sebuah benda bekerja gaya, namun jika benda tidak berpindah maka usaha yang dilakukan adalah nol.

Jika gaya dan perpindahan tegak lurus, maka usaha yang dilakukan adalah nol (cos 90° = 0).

Usaha terbesar yang dilakukan oleh sebuah gaya terjadi ketika arah perpindahan dan arah gaya sama.

Usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya pada suatu benda sama dengan jumlah usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya. W = W1 + W2 + W3 + ...

Apabila grafik antara gaya dan perpindahan (grafik F - d) diketahui, maka usaha yang dilakukan oleh gaya selama perpindahan sama dengan luas daerah yang dibatasi  oleh grafik dan sumbu d. Usaha bernilai positif jika luas daerah berada di atas sumbu d, sedangkan usaha bernilai negatif jika luas daerah berada di bawah sumbu d.

W = Luas I - Luas II
W = Luas Trapesium - Luas segitiga