Soal SMA Tahap Penyisihan Online DPC 2016

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?
3.
berikut. Percepatan rata-rata partikel antara 5 s hingga 25 s
adalah ......... m/s.
m/s
30
20
Berdasar soal di atas, berapa percepatan benda saat
melakukan gerak lurus berubah beraturan? Jawab, a = ......
m/s2.
10
s
0
0
5.
Waktu (s)
0
10
20
30
40
50
Grafik kecepatan terhadap waktu untuk sebuah partikel
yang bergerak sepanjang sumbu X terlihat pada gambar
4.
Posisi (m)
5
10
15
20
25
30
15
30
Mengacu pada soal di atas, perpindahan yang ditempuh
dalam selang waktu 5 – 25 s adalah ........ m.
6.
X (m)
Posisi sebuah partikel sebagai fungsi waktu dilukiskan pada
grafik berikut. Kecepatan rata-rata dalam selang waktu 10 detik
10
pertama adalah ... m/s.
2
7.
Dua buah partikel bergerak dengan kecepatan tetap pada
t (s)
0
10
bidang x,y masing-masing dengan kecepatan v1 = (30i + 40j)
m/s, dan v2 = (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  (2iˆ  3 ˆj ) N bekerja pada sebuah partikel bermassa 1 kg sehingga partikel

mengalami perpindahan yang diberikan oleh persamaan, r  (4iˆ  aˆj ) m . Bila usaha itu bernilai
26 J , berapa nilai a dalam satuan SI?
Diponegoro Physisc Competition | Tahap I Penyisihan
2
10. Sebuah benda bergerak dalam lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari orbit 1 m.
Percepatan sudut benda tetap sebesar 20 rad/s2. 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/s2.
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/s2.
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
F

minimal agar balok masih seimbang adalah ......... N.
14. Antara benda M dengan lantai tanpa gesekan. Sedangkan antara M
m
= 9 kg dan m = 1 kg terdapat koefisien gesek statis dan kinetika
M
masing-masing 0,4 dan 0,1. Bila m ditarik mendatar dengan gaya
tetap F = 0,5 N, maka percepatan m sama dengan .......... m/s2.
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
F(N)
6
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
2
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?
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)
L/3
L/2
pada jarak sepertiga panjangnya (lihat gambar).
Mula-mula batang dipegang diam pada posisi
horizontal. Besar momen inersia batang terhadap
L
Pusat Rotasi
Pusat Massa
pusat rotasi itu sama dengan ............ kg.m2.
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/s2.
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/s2.
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 gT2
B. H – ½ gT2
C. ½ gT2 – H
D. H + ½ gT2
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 + v2, dengan v adalah
kelajuannya, sedangkan  dan  adalah konstanta-konstanta. Dimensi dari  adalah ...
A. ML-1T
B. ML-1
C. ML-2
Diponegoro Physisc Competition | Tahap I Penyisihan
D. ML
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
F (N)
laju dan arah benda pada saat t = 11 s?
6
A. 5 m/s ke arah X positif
2
B. 5 m/s ke arah X negatif
t (s)
0
2
5
7
9
11
C. 10 m/s karah X positif
-4
D. 10 m/s ke arah X negatif
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(2x3 – 5x2 + ax) dengan k > 0 dan a adalah konstanta. Syarat a agar sistem
tersebut mempunyai posisi kesetimbangan stabil?
A. a  25/8
C. a  25/6
B. a < 25/8
D. a < 25/6
30. Sebuah benda bermassa m dilemparkan vertikal ke atas dari tanah dengan kecepatan awal V0.
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)
t
A
V (t)
V (t)
t
B
t
C
t
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 V0
Diponegoro Physisc Competition | Tahap I Penyisihan
5
32. Sebuah meriam pejuang Suriah menembakkan peluru dengan kecepatan VP dan sudut elevasi 
diarahkan ke target sebuah pesawat mata-mata drone yang akan mengebom. Posisi drone
menukik sebesar  ke bawah dengan kecepatan konstan VD. Peluru tepat mengenai drone pada
posisi tertingginya. Pada saat peluru
A
ditembakkan (t = 0), posisi drone masih
di titik A dengan proyeksinya di tanah

adalah di titik A’ serta posisi meriam di
V
titik O. Berapakah jarak OA’ yaitu jarak
mendatar
posisi
meriam
D
V
terhadap
P
proyeksi posisi awal drone? Nyatakan
hasilnya dalam VP, VD, g, , dan .

A’
O
A.
B.
C.
D.
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
10 m
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?
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?
B.
A.
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
O
gesekan terhadap titik O. Bila terjadi ayunan harmonis, berapakah periode
osilasinya?
A. √
B. √
C. √
Diponegoro Physisc Competition | Tahap I Penyisihan
D. √
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
–Q
terletak pada sumbu Y pada jarak y dari titik asal (lihat
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
+Q
+Q
2d
sesaat sebelum dilepas?
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.
Diponegoro Physisc Competition | Tahap I Penyisihan
√
D.
√
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 EP = x2–x4, 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
D. 2 cotan
C. ½
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.
Diponegoro Physisc Competition | Tahap I Penyisihan
D.
9