Label :
Fisika SMA
1. Sebutir
peluru ditembakkan pada arah horisontal dengan kecepatan awal sebesar 20 m/s.
Jika pistol berada 5 meter di atas tanah, tentukan (a) lama peluru berada di
udara (b) ketinggian maksimum yang dicapai peluru (c) jarak horisontal yang
dicapai peluru (d) kecepatan peluru ketika mengenai permukaan tanah. Andaikan
permukaan tanah datar
Panduan
jawaban :
Gerak pada
arah horisontal alias arah mendatar dianalisis seperti gerak lurus beraturan,
gerak pada arah vertikal dianalisis seperti gerak jatuh bebas.
Diketahui :
vox =
20 m/s, voy = 0 m/s, h = 5 m, g = 9,8 m/s2
a) lama
peluru berada di udara
Penyelesaiannya
seperti menentukan selang waktu (t) pada pembahasan gerak jatuh bebas.
Diketahui :
voy = 0 m/s, h = 5 m, g = 9,8 m/s2
Ditanyakan :
t
b)
ketinggian maksimum yang dicapai peluru
Ketinggian
maksimum = h = 5 meter. Untuk soal seperti ini sebenarnya tidak perlu
ditanyakan ketinggian maksimum
c) jarak
horisontal yang dicapai peluru (s)
Penyelesaiannya
seperti menentukan jarak tempuh pada gerak lurus beraturan
Diketahui :
vox = 20 m/s, t = 1 sekon
Ditanyakan :
s
d) kecepatan
peluru ketika mengenai permukaan tanah
Yang
ditanyakan adalah kecepatan (besar kecepatan alias kelajuan dan arah kecepatan
alias arah gerakan peluru).
vtx =
vox = 20 m/s
vty =
?
Terlebih
dahulu kita hitung kelajuan akhir pada arah vertikal (vty).
Penyelesaiannya seperti menentukan kelajuan akhir pada pembahasan gerak
jatuh bebas.
Diketahui :
voy = 0, g = 9,8 m/s2, t = 1 s
Arah
kecepatan peluru :
Karena
vtx searah sumbu x positif (ke kanan) dan vty searah
sumbu y negatif (ke bawah) maka arah kecepatan peluru ketika mengenai permukaan
tanah adalah -26,1o terhadap sumbu x positif (lihat gambar di
bawah).
2. Sebuah
meriam dimiringkan pada sudut 30o terhadap horisontal. Meriam
tersebut menembakkan sebutir peluru dengan kecepatan sebesar 60 m/s. Tentukan
(a) ketinggian maksimum yang dapat dicapai peluru (b) kecepatan peluru pada
ketinggian maksimum (c) lama peluru berada di udara (d) jarak horisontal yang
dapat dicapai peluru (e) kecepatan peluru ketika mengenai permukaan tanah.
Andaikan permukaan tanah datar
Panduan
jawaban :
Gerak pada
arah horisontal alias arah mendatar dianalisis seperti gerak lurus beraturan,
gerak pada arah vertikal dianalisis seperti gerak vertikal ke atas.
Diketahui :
vo = 60 m/s, teta = 30o.
Berdasarkan
data yang diketahui, terlebih dahulu kita hitung komponen vertikal (voy)
dan horisontal (vox) dari kecepatan awal peluru (vo).
a)
ketinggian maksimum yang dapat dicapai peluru (h)
Penyelesaiannya
seperti menentukan ketinggian maksimum pada pembahasan gerak vertikal ke atas.
Diketahui :
voy
= 30 m/s (ini adalah laju awal peluru)
vty
= 0 m/s (Pada ketinggian maksimum, laju peluru pada arah vertikal = 0 m/s. Ini
adalah laju akhir peluru)
g = – 9,8
m/s2
Ditanyakan :
h
Ketinggian
maksimum yang dicapai peluru = 45,9 meter.
b) kecepatan
peluru pada ketinggian maksimum
Yang
ditanyakan adalah kecepatan, yang meliputi besar kecepatan alias kelajuan dan
arah kecepatan alias arah gerakan peluru. Pada ketinggian maksimum, besar
kecepatan pada arah vertikal = 0 m/s. Pada ketinggian maksimum hanya terdapat
kecepatan pada arah horisontal. Besar kecepatan pada arah horisontal di
ketinggian maksimum sama dengan besar kecepatan awal pada arah horisontal,
yakni 52,2 m/s. Arah kecepatan pada arah horisontal selalu konstan, yakni
searah sumbu x positif (Jika gerakan benda digambarkan seperti diagram di atas)
c) lama
peluru berada di udara
Penyelesaiannya
seperti menentukan selang waktu (t) pada pembahasan gerak vertikal ke atas.
Diketahui :
voy
= 30 m/s (ini adalah laju awal peluru pada arah vertikal)
g = – 9,8
m/s2
h = 0 m
(ketika peluru kembali ke tanah, perpindahan peluru pada arah vertikal = 0 m)
Ditanyakan :
t
Lama peluru
berada di udara = 6,12 sekon
d) jarak
horisontal yang dapat dicapai peluru (s)
Penyelesaiannnya
seperti menentukan jarak tempuh (s) pada gerak lurus beraturan.
Diketahui :
vox
= 52,2 m/s
t = 6,12
sekon
Ditanyakan :
s
s = vt =
(52,2 m/s)(6,12 sekon) = 319,5 m
e) kecepatan
peluru ketika mengenai permukaan tanah
Yang
ditanyakan adalah kecepatan (besar kecepatan alias kelajuan dan arah kecepatan
alias arah gerakan peluru).
vtx =
vox = 52,2 m/s
vty =
?
Terlebih
dahulu kita hitung kelajuan akhir pada arah vertikal (vty).
Penyelesaiannya seperti menentukan kelajuan akhir pada pembahasan gerak
vertikal ke atas.
Diketahui :
voy = 30 m/s, g = -9,8 m/s2, t = 6,12 sekon
Ditanyakan :
vty
Tanda
negatif menunjukkan bahwa arah kecepatan akhir ke bawah. Perhatikan bahwa besar
kecepatan awal pada arah vertikal sama dengan besar kecepatan akhir pada arah
vertikal.
Kelajuan
peluru ketika mengenai permukaan tanah :
Karena vtx
searah sumbu x positif (ke kanan) dan vty searah sumbu y negatif (ke
bawah) maka arah kecepatan peluru ketika mengenai permukaan tanah adalah -30o
terhadap sumbu x positif (lihat gambar di bawah).
3. Sebuah
bola dilempar dari tepi sebuah bangunan setinggi 50 meter dengan laju awal 10
m/s. Jika bola dilempar pada 30o terhadap horisontal, tentukan (a)
selang waktu bola mencapai tanah (b) kecepatan bola ketika menyentuh permukaan
tanah (c) jarak horisontal yang dapat dicapai bola diukur dari tepi bangunan
(d) ketinggian maksimum yang dicapai bola.
Panduan
jawaban :
Terlebih
dahulu kita hitung komponen vertikal (voy) dan komponen horisontal
(vox) dari besar kecepatan awal (vo).
a) selang
waktu bola mencapai tanah
Penyelesaiannya
seperti menentukan selang waktu (t) pada gerak vertikal ke atas. Besaran
vektor yang arahnya ke atas dipilih bernilai positif, besaran vektor yang
arahnya ke bawah dipilih bernilai negatif. Posisi bola dilempar dipilih sebagai
titik acuan. h bernilai negatif karena permukaan tanah berada di bawah titik
acuan, g bernilai negatif karena arah percepatan gravitasi ke bawah.
Diketahui :
voy
= 5 m/s, h = – 5 m, g = – 9,8 m/s2
Ditanyakan :
t
Gunakan
rumus ABC
Selang
waktu bola di udara = selang waktu sejak bola dilempar hingga mencapai tanah =
1,64 sekon.
b) kecepatan
bola ketika menyentuh permukaan tanah
Yang
ditanyakan adalah kecepatan, yang meliputi besar kecepatan alias kelajuan dan
arah kecepatan alias arah gerakan bola.
vtx =
vox = vx = 8,7 m/s
vty =
?
Terlebih
dahulu kita hitung kelajuan akhir pada arah vertikal (vty).
Penyelesaiannya seperti menentukan kelajuan akhir pada pembahasan gerak
vertikal ke atas.
Diketahui :
voy = 5 m/s, g = -9,8 m/s2, t = 1,64 sekon
Ditanyakan :
vty
Tanda
negatif menunjukkan bahwa arah kecepatan akhir ke bawah.
Karena
vtx searah sumbu x positif (ke kanan) dan vty searah
sumbu y negatif (ke bawah) maka arah kecepatan peluru ketika mengenai permukaan
tanah adalah -52o terhadap sumbu x positif (lihat gambar di bawah).
c) jarak
horisontal yang dapat dicapai bola diukur dari tepi bangunan
Penyelesaiannya
seperti menentukan jarak tempuh (s) pada gerak lurus beraturan.
Diketahui :
t = 1,64 sekon, vx = 8,7 m/s
Ditanyakan :
s
s = vt =
(8,7 m/s)(1,64 s) = 14,3 m
d)
ketinggian maksimum yang dicapai bola
Diketahui :
voy = 5 m/s, vty = 0 m/s (komponen vertikal dari besar
kecepatan pada ketinggian maksimum = 0 m/s), g = -9,8 m/s2.
Ditanyakan :
h
vty2
= voy2 + 2gh
0 m/s = (5
m/s)2 + 2(-9,8 m/s2)(h)
0 m/s = 25
(m/s)2 + (-19,6 m/s2)(h)
25 (m/s)2
= -19,6 m/s2(h)
h = 25 (m/s)2
: -19,6 m/s2 = 1,3 meter
ketinggian
maksimum yang dicapai bola = 1,3 meter di atas puncak bangunan = 1,3 m + 50 m =
51,3 meter di atas permukaan tanah.
4. Beckham
menendang bola dari permukaan lapangan. Jika komponen vertikal dari kecepatan
awal bola = 8 m/s dan komponen horisontal dari kecepatan awal bola = 12 m/s, tentukan
besar kecepatan awal (vo) dan arah kecepatan awal bola
Panduan
jawaban :
Diketahui :
vox
= 12 m/s, voy = 8 m/s
Arah
kecepatan awal = 33,7o terhadap horisontal atau terhadap x positif
6. Sebuah
bola dilempar ke bawah dari tepi pucak bangunan dengan sudut -60o
terhadap horisontal. Jika kecepatan awal bola 20 m/s dan bola mencapai tanah
setelah 20 detik, hitung ketinggian bangunan dan kecepatan bola ketika mencapai
permukaan tanah !
Panduan
jawaban :
Gerak pada
arah horisontal dianalisis seperti gerak lurus beraturan dan gerak pada
arah vertikal di analisis seperti gerak vertikal ke bawah
Terlebih
dahulu kita hitung komponen vertikal (voy) dan komponen horisontal
(vox) dari kecepatan awal (vo)
vox =
vo cos 60o = (20 m/s)(0,5) = 10 m/s
voy
= vo sin 60o = (20 m/s)(0,87) = 17,4 m/s
a)
Ketinggian bangunan
Diketahui :
voy
= 17,4 m/s, t = 20 s, g = 9,8 m/s2
Ditanyakan :
h
h = voy
t + ½ gt2 = (17,4 m/s)(20 s) + ½ (9,8 m/s2)(20 s)2
h = 348 m +
(4,9 m/s2)(400 s2) = 348 m + 1960 m = 2308 meter
b) Kecepatan
bola ketika mengenai permukaan tanah
vtx
= vox = 10 m/s
vty
= ?
Terlebih
dahulu kita hitung vty :
Diketahui :
voy = 17,4 m/s, g = 9,8 m/s2, t = 20 s
Ditanyakan :
vty
vty =
voy + gt = 17,4 m/s + (9,8 m/s2)(20 s) = 17,4 m/s + 196
m/s = 213,4 m/s
Karena
vtx searah sumbu x positif (ke kanan) dan vty searah
sumbu y negatif (ke bawah) maka arah kecepatan peluru ketika mengenai permukaan
tanah adalah -87,3o terhadap sumbu x positif (lihat gambar di
bawah).
7.
Sebuah bola dilempar horisontal dari ketinggian 10 m dan mendarat 30 m dari
dasar bangunan. Berapa laju awal bola tersebut ? Tentukan juga kelajuan bola
ketika mengenai permukaan tanah.
Gerak para
arah vertikal di analisis seperti gerak jatuh bebas, gerak pada arah
horisontal dianalisis seperti gerak lurus beraturan.
Panduan
jawaban :
a) laju awal
bola tersebut (vo = vox)
laju awal
bola dihitung seperti menghitung laju pada gerak lurus beraturan.
Diketahui :
s = 30 m, t = … ?
Terlebih
dahulu kita hitung selang waktu bola di udara (t). Perhitungannya seperti
menghitung selang waktu pada gerak jatuh bebas.
Diketahui :
h = 10 m, voy = 0 m/s, g = 9,8 m/s2
h = vo
t + ½ gt2 — voy = 0 m/s
10 m = ½
(9,8 m/s2)t2
10 m = (4,9
m/s2) t2
t2 =
10 m : 4,9 m/s2 = 2,04 s2
t =
1,43 sekon
Sekarang
kita hitung laju awal bola. Laju awal bola = laju awal bola pada arah
horisontal.
vox
= s / t = 30 m / 1,43 s = 21 m/s
b) laju bola
ketika mengenai permukaan tanah
vtx
= vox = 21 m/s
vty
= ?
Terlebih
dahulu kita hitung vty :
Diketahui :
voy = 0 m/s, g = 9,8 m/s2, t = 1,43 s
Ditanyakan :
vty
vty =
voy + gt = 0 m/s + (9,8 m/s2)(1,43 s) = 14 m/s
Kelajuan
bola ketika mengenai permukaan tanah (vt) :
9. Pilot
sebuah pesawat yang terbang horisontal dengan laju 160 km/jam akan menjatuhkan
bantuan makanan untuk korban gempa yang berada 100 m di bawahnya. Berapa meter
sebelum pesawat tersebut persis berada di atas korban gempa bumi, makanan
tersebut harus dijatuhkan ?
Panduan
jawaban :
Gerak pada
arah horisontal dianalisis seperti gerak lurus beraturan.
Diketahui :
vo
= vox = vx = 160 km/jam = 160 (1000 m) / 3600 s = 44,4
m/s
t = .. ?
Terlebih
dahulu kita hitung selang waktu (t). Gerak pada arah vertikal dianalisis
seperti gerak jatuh bebas.
Diketahui :
voy
= 0 m/s (besar kecepatan pada arah vertikal = 0 m/s), h = 100 m, g = 9,8 m/s2
Ditanyakan :
t
h = voy
t + ½ gt2 — voy = 0 m/s
100 m = ½
(9,8 m/s2)t2
100 m = (4,9
m/s2)t2
t2 =
100 m : 4,9 m/s2 = 20,4 s2
t = 4,5
sekon.
Sekarang kita
hitung jarak horisontal di mana pesawat harus menjatuhkan makanan untuk korban
gempa, sebelum pesawat tepat berada di atas korban gempa. Perhitungannya
seperti menghitung jarak tempuh (s) pada gerak lurus beraturan.
Diketahui :
vx = 44,4 m/s, t = 4,5 sekon
Ditanyakan :
s
s = vxt
= (44,4 m/s)(4,5 s) = 199,8 meter
Pesawat
harus menjatuhkan makanan pada jarak 199,8 meter, sebelum pesawat tepat berada
di atas korban gempa.
10. Pada
saat servis, seorang pemain tenis berusaha agar bola terpukul horisontal. Berapa
laju minimum yang dibutuhkan agar bola bisa melewati net setinggi 1 meter dan
berjarak sekitar 2,5 meter dari pemain, jika bola dipukul dari ketinggian 1,5
meter ?
Panduan
jawaban :
Gerak pada
arah horisontal dianalisis seperti gerak lurus beraturan, gerak pada
arah vertikal dianalisis seperti gerak jatuh bebas.
Gerak pada
arah horisontal
Diketahui :
s = 2,5 meter, t = … ?
Ditanyakan :
vox = vx = vo
Terlebih dahulu
kita hitung selang waktu (t). Perhitungannya seperti menghitung selang waktu
(t) pada gerak jatuh bebas.
Gerak pada
arah vertikal
Diketahui :
h = 1,5 m – 1 m = 0,5 meter, g = 9,8 m/s2, voy = 0 m/s
Ditanyakan :
t
h = voy
t + ½ gt2 — voy = 0 m/s
0,5 m = ½
(9,8 m/s2)t2
0,5 m = (4,9
m/s2)t2
t2 =
0,5 m : 4,9 m/s2 = 0,1 s2
t = 0,31
sekon
Sekarang
kita hitung laju awal (vo = vox = vx)
vx =
s / t = 2,5 m / 0,31 s = 8 m/s
Laju awal
bola harus lebih besar dari 8 m/s agar bola bisa melewati net.
11. Sebuah
slang air yang bocor menyemprotkan air pada sudut 30o dengan
kecepatan awal sebesar 15 m/s. Air mengenai sebuah benda sejauh 5 meter pada
ketinggiah h. Berapa h ?
Panduan
jawaban :
Gerak pada
arah vertikal dianalisis seperti gerak vertikal ke atas, gerak pada arah
horisontal dianalisis seperti gerak lurus beraturan.
Kita hitung
komponen vertikal (voy) dan komponen horisontal (vox)
dari besar kecepatan awal (vo)
vox
= vo cos 30o = (15 m/s)(0,87) = 13,05 m/s
voy
= vo sin 30o = (15 m/s)(0,5) = 7,5 m/s
Terlebih
dahulu kita hitung selang waktu (t)
Gerak pada
arah horisontal
Diketahui :
vx = 13,05 m/s, s = 5 m.
Ditanyakan :
t
t = s : v =
(5 m) : (13,05 m/s) = 0,4 sekon
Gerak pada
arah vertikal
Diketahui :
voy = 7,5 m/s, g = -9,8 m/s2, t = 0,4 sekon
Ditanyakan :
h
h = voyt
+ ½ gt2 = (7,5 m/s)(0,4 s) + ½ (-9,8 m/s2)(0,4 s)2
h = 3 m +
(-4,9 m/s2)(0,16 s2) = 3 m – 0,784 m = 2,216 meter
12. Dari
sebuah helikopter yang bergerak vertikal ke atas dengan laju 10 m/s ditembakkan
sebutir peluru pada arah mendatar dengan laju 100 m/s. Peluru tersebut
ditembakkan ketika helikopter berada pada ketinggian 50 meter di atas tanah.
Kapan, di mana dan kecepatan berapa peluru mencapai tanah !
Panduan
jawaban :
Gerak pada
arah vertikal dianalisis seperti gerak vertikal ke atas, gerak pada arah
horisontal dianalisis seperti gerak lurus beraturan.
Diketahui :
vox
= vx = 100 m/s
voy
= 10 m/s
h = 50 m
a) kapan
peluru mencapai tanah (t)
Penyelesaiannya
seperti menentukan selang waktu (t) pada gerak vertikal ke atas. Besaran
vektor yang arahnya ke atas dipilih bernilai positif, besaran vektor yang
arahnya ke bawah dipilih bernilai negatif, posisi peluru ditembakkan dipilih
sebagai titik acuan.
Diketahui :
voy = 10 m/s, g = -9,8 m/s2, h = -50 m (negatif karena
tanah berada di bawah titik acuan)
Ditanyakan :
t
h = voy
t + ½ gt2
- 50 m = (10
m/s) t + ½ (-9,8 m/s2)t2
- 50 m = (10
m/s) t – (4,9 m/s2)t2
- (4,9 m/s2)t2
+ (10 m/s) t + 50 m = 0
Gunakan
rumus ABC :
Peluru
mencapai tanah setelah 4,37 sekon.
b) di mana
peluru mencapai tanah (s)
Perhitungannya
seperti menentukan jarak tempuh (s) pada gerak lurus beraturan.
Diketahui :
vx = 100 m/s, t = 4,37 s
Ditanyakan :
s
s = vt =
(100 m/s)(4,37 s) = 437 meter
c) kecepatan
peluru ketika mencapai tanah (vt)
vtx
= vox = 100 m/s
vty
= ?
Terlebih
dahulu kita hitung vty :
Diketahui :
voy = 10 m/s, g = -9,8 m/s2, t = 4,37 s
Ditanyakan :
vty
vty =
voy + gt = 10 m/s + (-9,8 m/s2)(4,37 s) = 20 m/s – 42,8
m/s = -22,8 m/s
Karena vtx
searah sumbu x positif (ke kanan) dan vty searah sumbu y negatif (ke
bawah) maka arah kecepatan peluru atau arah gerakan peluru ketika mengenai
permukaan tanah adalah -12,8o terhadap sumbu x positif (lihat gambar
di bawah).
13. Sebuah
pesawat pembom terbang ke atas dengan kecepatan 40 m/s dan membentuk sudut 30o
terhadap horisontal. Pada ketinggian 600 meter, sebuah bom dilepaskan. Di
mana bom tersebut jatuh ?
Panduan
jawaban :
Gerak pada
arah vertikal dianalisis seperti gerak vertikal ke atas, gerak pada arah
horisontal dianalisis seperti gerak lurus beraturan.
Yang
ditanyakan pada soal ini adalah jarak horisontal (s) di mana bom jatuh.
Diketahui :
vo =
40 m/s, teta = 30o, h = -600 m (negatif karena permukaan tanah
berada di bawah titik acuan).
Terlebih
dahulu kita hitung komponen horisontal (vox) dan komponen vertikal
(voy) dari besar kecepatan awal (vo).
vox
= vo cos 30o = (40 m/s)(0,87) = 34,8 m/s
voy
= vo sin 30o = (40 m/s)(0,5) = 20 m/s
Gerak pada
arah horisontal
Diketahui :
vox = vx = 34,8 m/s, t = .. ?
Ditanyakan :
s
Terlebih
dahulu kita hitung selang waktu (t)
Gerak pada
arah vertikal
Diketahui :
voy = 20 m/s, h = -600 m, g = -9,8 m/s2.
Ditanyakan :
t
h = voy
t + ½ gt2
-600 m = (20
m/s)t + ½ (-9,8 m/s2)t2
-600 m = (20
m/s)t – (4,9 m/s2)t2
- (4,9 m/s2)t2
+ (20 m/s)t + 600 m
Gunakan
rumus ABC :
Sekarang
kita hitung jarak horisontal (s) di mana bom jatuh :
s = vt =
(34,8 m/s)(13 s) = 452,4 meter