SERI OSN : 32

Dalam kesempatan kali ini, saya akan berbagi pengalaman mementori anak private les. 

Menyiapkan diri untuk mengikuti olimpiade Fisika tingkatan SMA.

 

Daftar isi :

·        Contoh soal dan pembahasan

·        Soal latihan

 

Contoh : 1

Sebuah bola berongga dengan jari – jari R = 0,5 m berputar pada sumbu tegaknya dengan dengan kecepatan sudut ω = 5 rad/s. Sebuah bola kecil berputar bersama – sama dengan bola pada ketinggian R/2 (g = 10 m/s²).

(a)       Berapa nilai terkecil koefisien gesekan agar bola tidak jatuh.

(b)      Hitunglah μ untuk ω = 8 rad/s.

 

Pembahasan :

 

Bagian a)

Agar bola kecil tidak terjatuh ke bawah, maka arah gaya gesek f harus ke atas. Dan arah gaya normal N menuju titik pusat bola besar

 

Tentukan nilai sudut α :

Sehingga jarak AP dapat kita tentukan melalui rumusan AP = r = R sin α. Kemudian tinjau gaya Normal dan gaya gesek yang bekerja pada bola kecil dan bola besar.

 

 

Bola bergerak dalam lintasan (orbit) yang stabil, ΣF_x = 0.

Balok tidak bergerak sepanjang sumbu y, ΣF_y = 0

Kedua persamaan yaitu, persamaan (1) dan persamaan (2) kita eliminasi.

Substitusikan persamaan (3) ke dalam persamaan (2).

Bola tetap bergerak dan tidak jatuh, sehingga :

Kemudian kita substitusikan nilai sin α = ½ √3 ; cos α = ½  ; g = 10 m/s² ; ω = 5 rad/s ; 

R = 0,5 m kedalam persamaan (5).

Bagian b)

Jika ω = 8 rad/s, maka koefisien gesekan μ.

Karena koefisien gesekan bernilai negatif, bola hampir bergerak ke atas.

Contoh : 2

Balok bermassa 1 kg ikut bergerak melingkar pada dinding sebelah dalam sebuah tong yang berpusing dengan koefisien gesek statis 0,4. Jika jari – jari tong 1,0 meter. Kelajuan minimum balok bersama tong agar tidak terjatuh.

 

Pembahasan :

Diagram balok bebas yang menempel pada dinding sebelah dalam tong yang ikut bergerak melingkar bersama dinding tong ditunjukkan pada gambar berikut.

Jadi ada tiga buah gaya yang bekerja pada balok seperti,

·        gaya berat (w), arahnya ke bawah.

·        gaya gesek (f), arahnay ke atas.

·        Gaya normal (N), arahnya ke kiri

Tinjau sumbu y,

Tinjau sumbu x,

Substitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1).

Soal : 1

Seorang berjalan menuruni sebuah tangga eskalator yang sedang bergerak turun memerlukan waktu satu menit. Jika kecepatan berjalannya dibuat dua kali, maka ia akan memerlukan waktu 40 detik. Berapa waktu yang diperlukan jika orang tersebut berjalan rileks.

 

Soal : 2

Sebuah bola kecil dengan massa m dipasang pada silinder pejal bermassa M dan berjari – jari R menggunakan batang tak bermassa. Lihat gambar di bawah ini.

Bola kecil tersebut berada pada jarak H di atas pusat silinder. Sistem bola – silinder tersebut kemudian diberikan gangguan kecil dari posisi kesetimbangan tak stabil tersebut. Silinder menggelinding tanpa tergelincir/slip. Pada saat bola m menyentuh lantai. Tentukan :

(a)       Kecepatan pusat massa silinder

(b)      Kecepatan bola

 

Soal : 3

Sebuah bandul sederhana panjang tali L berotasi pada bidang horizontal (ayunan konis). 

Jika periode rotasinya T, tentukan besar sudut θ. (nyatakan dalam L, T, dan g).

Soal : 4

Tentukan percepatan masing – masing benda yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Soal : 5

Sebuah sistem ditunjukkan seperti diagram berikut.

Dimana kedua balok bebas bergerak dari keadaan diam tanpa gesekan. Mana yang pertama kali terjadi, balok A akan menyentuh katrol atau balok B akan menumbuk dinding. Abaikan gesekan pada soal.