Cookie Consent by Official Cookie Consent Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10) | FISIKA
Kamis, 19 November 2020

Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)

Gerak melingkar merupakan salah satu materi fisika yang dipelajari di kelas 10 semester 1, oleh karena itu disini saya mencoba untuk membuat latihan soal materi gerak melingkar lengkap dengan pembahasannya secara terperinci, bisa dijadikan latihan untuk para siswa agar lebih memahami materi gerak melingkar atau referensi oleh guru dalam membuat soal ulangan. Soal yang disajikan memiliki banyak tipe soal yang diambil dari soal-soal ujian masuk atau UN sehingga cocok untuk dibuat belajar menjelang ulangan harian atau akan mengikuti tes. Selamat menikmati

Pilihan Ganda
Soal nomor 1

Sebuah CD-ROM berputar dengan kelajuan 200 rpm. Frekuensi dan periodenya adalah ....
A. 3,33 Hz dan 3 s
B. 3,33 Hz dan 0,3 s
C. 3 Hz dan 3,33 s
D. 0,3 Hz dan 3,33 s
E. 0,3 Hz dan 0,33 s
Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 1:
Berdasarkan soal dapat diketahui
ω = 200 rpm (rotation per minute)
ubah dulu satuan kecepatan sudut di atas menjadi rad/s, dengan cara

1 rotasi (putaran) = 2π rad
1 menit = 60 s
1 rpm = 2π/60 rad/s

ω = 200 (2π / 60) rad/s
ω = 20π/3 rad/s

frekuensi (f)
ω = 2πf
20π/3 = 2π f
10/3 = f
f = 3,33 Hz (perhatikan jawaban A dan B)

periode (T)
T = 1/f
T = 1/3,33
T = 0,33 s

Soal nomor 2

Sebuah kipas angin berputar dengan kecepatan 600 rpm. Jika panjang baling-baling 20 cm, besar kecepatan sudut dan kecepatan linier baling-baling tersebut berturut-turut adalah ....
A. 30π rad/s dan 4 m/s
B. 30π rad/s dan 4π m/s
C. 20π rad/s dan 4π m/s
D. 20π rad/s dan 3 m/s
E. 20π rad/s dan 3π m/s
Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 2:
Berdasarkan soal dapat diketahui
ω = 600 rpm
ω = 600 (2π/60) rad/s
ω = 20π rad/s (perhatikan jawaban C, D, dan E)
R = 20 cm
R = 0,2 m

v = ω R
v = 20π . 0,2
v = 4π m/s

Soal nomor 3

Sebuah benda yang massanya 5 kg bergerak secara beraturan dalam lintasan yang melingkar dengan kecepatan 2 m/s. bila jari-jari lingkaran itu 0,5 meter, maka:
(1) periodenya 0,5 π rad/s
(2) besar percepatan sentripetalnya 8 m/s2
(3) gaya sentripetalnya 40 N
(4) vektor kecepatan tidak tetap
Dari pernyataan di atas, yang benar adalah pernyataan ....
A. (1), (2), dan (3)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (4)
D. (4) saja
E. (1), (2), (3), dan (4)
Kunci jawaban: "E"
pembahasan soal nomor 3:
Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 5 kg
v = 2 m/s
R = 0,5 m
Tips :
Untuk mengerjakan soal tipe pernyataan seperti di atas, kita tidak harus membuktikan pernyataannya satu persatu dari atas, akan tetapi kita dapat membuktikan terlebih dahulu pernyataan yang dianggap paling mudah untuk dibuktikan (bisa dibuktikan benar atau salah) atau dengan memperhatikan pilihan jawabannya.

Pernyataan 4
Benar, karena pada gerak melingkar arah kecepatan selalu berubah sesuai dengan lintasan (menyinggung lintasan). (perhatikan pilihan B, C, D)

Pernyataan 3
FS = m aS
FS = m v2 / R
FS = 5 (2)2 / 0,5
FS = 40 N (pernyataan 3 benar)
Dengan membuktikan pernyataan 3 dan 4 di atas, maka kita dapat mengetahui jawabannya adalah E

Soal nomor 4

Seseorang mengendarai sepeda sedang bergerak di jalan menikung yang berjari-jari 30 m. jika percepatan sentripetal sepeda yang dikendarai 1,2 m/s2 dan gerak sepeda dianggap gerak melingkar beraturan, maka kecepatan linier sepeda adalah ....
A. 3,6 m/s
B. 6 m/s
C. 12,5 m/s
D. 25 m/s
E. 36 m/s
Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 4:
Berdasarkan soal dapat diketahui
R = 30 m aS = 1,2 m/s2

aS = v2 / R
aS . R = v2
1,2 . 30 = v2
36 = v2
v = 6 m/s

Soal nomor 5

Sebuah mobil balap menempuh suatu lintasan melingkar dan menjaga kelajuannya tetap pada 180 km/jam. jika jari-jari lintasan adalah 25 m, percepatan yang dialami pusat mobil adalah ...
A. 25 m/s2
B. 50 m/s2
C. 75 m/s2
D. 100 m/s2
E. 125 m/s2
Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 5:
Berdasarkan soal dapat diketahui
v = 180 km/jam
v = 180 . 1000/3600 m/s
v = 50 m/s
R = 25 m

aS = v2 / R
aS = 502 / 25
aS = 2500 / 25
aS = 100 m/s2

Soal nomor 6

Sebuah mesin cuci memiliki dua jenis putaran, yaitu 325 rpm dan 520 rpm. Jika diameter drum (pemutar) 0,40 m, nilai perbandingan antara percepatan sentripetal siklus putaran cepat terhadap siklus putaran lambat adalah ....
A. 0,390
B. 0,625
C. 1,44
D. 1,60
E. 2,56
Kunci jawaban: "E"
pembahasan soal nomor 6:
Berdasarkan soal dapat dapat diketahui
ωL = 325 rpm
ωC = 520 rpm
R = 0,40 m
Jurus Jitu
Soal merupakan tipe perbandingan, jadi bisa dikerjakan dengan memanfaatkan cara perbandingan sebagai berikut (satuan tidak harus dijadikan SI, tapi harus sama)
aS = ω2 R
berdasarkan persamaan percepatan sentripetal di atas, kita dapat mengetahui bahwa
aS sebanding dengan ω2
sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut
Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)

Jadi perbandingan percepatan sentripetal siklus putaran cepat dan lambar adalah 2,56

Soal nomor 7

Roda A dan B bersinggungan luar. Jari-jari roda A adalah 2 cm dan tiap menit roda A berputar 20 kali, sedangkan roda B tiap menit berputar 10 kali. Jari-jari roda B adalah....
A. 1,5 cm
B. 2,5 cm
C. 3,0 cm
D. 3,5 cm
E. 4,0 cm
Kunci jawaban: "E"
pembahasan soal nomor 7:
Berdasarkan soal dapat diketahui
RA = 2 cm
nA = 20 kali
tA = 1 menit
nB = 10 kali
tA = 1 menit
RB ... ?
Tips Soal merupakan tipe perbandingan sehingga dapat diselesaikan dengan konsep perbandingan, untuk itu Perhatikan variabel – variabel yang diketahui, variabel yang dibandingkan adalah jari-jari (R) dan jumlah putaran (n)
Untuk hubungan roda yang bersinggungan, maka besaran yang sama adalah kecepatan linier (v). sehingga berlaku
ωA RA = ωB RB ⇒ ω = 2πf
2πfA RA = 2πfB RB ⇒ f = n/t
2πnA RA / t = 2πnB RB / t ⇒ f = n/t
nA RA = nB RB
20 . 2 = 10 RB
20 . 2 = 10 RB
RB = 4 cm

Soal nomor 8

Dua benda identik A dan B bergerak mengitari lingkaran-lingkaran terpisah dengan diameter sama. periode A dua kali periode B. Nilai perbandingan percepatan sentripetal pada A dan percepatan sentripetal pada B adalah ....
A. ¼
B. ½
C. 1
D. 2
E. 4
Kunci jawaban: "A"
pembahasan soal nomor 8:
Berdasarkan soal dapat diketahui
TA = 2TB
dA = dB
(soal tipe perbandingan)
persamaan percepatan sentripetal adalah
aS = ω2R (ω = 2π/T)
aS = (2π/T)2 R
aS = 4π2 R / T2

dari persamaan di atas, kita dapat mengetahui bahwa
aS berbanding terbalik dengan T2
sehingga persamaan perbandingannya dapat ditulis
Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)

Jadi perbandingan percepatan sentripetalnya adalah 1 : 4

Soal nomor 9

Dua roda masing-masing dengan jari-jari 5 cm dan 20 cm dihubungkan dengan tali seperti terlihat pada gambar di samping,

Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)
jika roda pertama (I) melakukan 17 putaran per menit, roda kedua (II) akan melakukan .... putaran per menit
A. 34
B. 51
C. 68
D. 85
E. 102
Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 9:
Berdasarkan soal dapat diketahui
RI = 20 cm
RII = 5 cm
ωI = 17 put/menit
ωII = ... ?
roda yang dihubungkan dengan tali (seperti rantai sepeda) memiliki ciri kecepatan liniernya sama sehingga persamaannya adalah
ωI RI = ωII RII
17 . 20 = ωII 5
17 . 4 = ωII
ωII = 68 put/menit
jadi roda kedua akan berputar sebanyak 68 kali dalam satu menit

Soal nomor 10

perhatikan gambar!

Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)
Jari-jari roda A = 30 cm, roda B = 40 cm, roda C = 25 cm, dan roda D = 50 cm. roda B berputar dengan kecepatan anguler 50 rad.s-1, kecepatan anguler roda D adalah ....
A. 80 rad.s-1
B. 60 rad.s-1
C. 50 rad.s-1
D. 40 rad.s-1
E. 30 rad.s-1
Kunci jawaban: "E"
pembahasan soal nomor 10:
Roda D dan C bersinggungan ( vC = vD)
Roda C dihubungkan tali dengan roda A ( vC = vA )
Sehingga
vA = vD
ωA RA = ωD RD → Roda A sepusat dengan roda B ( ωA = ωB )
Sehingga ωB RA = ωD RD
50 . 30 = ωD 50
30 rad/s = ωD

Soal nomor 11

Empat buah roda A, B, C, dan D yang masing-masing berjari-jari RA = 9 cm, RB = 3 cm, RC = 50/π cm, RD = 5 cm dihubungkan satu sama lain seperti pada gambar.
Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)
jika periode roda A sama dengan 2 sekon, kecepatan sudut roda D adalah....
A. 10 rad/s
B. 15 rad/s
C. 20 rad/s
D. 25 rad/s
E. 30 rad/s
Kunci jawaban: "E"
pembahasan soal nomor 11:
Untuk mengerjakan soal di atas, perhatikan alur hubungan antar roda-roda yang terbentuk, pada soal diketahui periode roda A dan ditanyakan kecepatan sudut roda D sehingga alur yang terbentuk adalah
Roda A dan roda B dihubungkan dengan tali
vA = vB
ωA RA = ωB RB ... (1)

roda B dan roda C sepusat
ωB = ωC ... (2)

roda C dan D dihubungkan dengan tali
vC = vD
ωC RC = ωD R ... (3)

perhatikan ketiga persamaan di atas, kita dapat menghubungkan ketiganya untuk menentukan hubungan antara roda A dan roda D. substitusikan persamaan (2) ke (3) sehingga menjadi
ωB RC = ωD RD ... (5)
dengan mengubah bentuk persamaan (1) menjadi ωB = (RA / RB) ωA dan disubstitusikan ke persamaan (5) maka kita akan mendapatkan
(RA / RB) ωA RC = ωD RD
(RA / RB) (RC / RD) ωA = ωD
Persamaan di atas merupakan persamaan yang menghubungkan antara roda A A) dan roda D D) sehingga kita dapat langsung memasukkan besaran-besarannya seperti berikut ini
(RA / RB) (RC / RD) ωA = ωD
(RA / RB) (RC / RD) (2π / TA) = ωD
(9 / 3) (50 / 5π) (2π / 2) = ωD
(3) (10 / π) (π) = ωD
ωD = 30 rad/s

Soal nomor 12

Roda gerigi A dan roda gerigi B dihubungkan seperti pada gambar berikut.

Jumlah gerigi A = 4 kali jumlah gerigi B. Nilai kecepatan linier roda A adalah 4 m.s-1, maka nilai kecepatan linier pada roda B adalah ....
A. 32 m.s-1
B. 24 m.s-1
C. 6 m.s-1
D. 4 m.s-1
E. 2 m.s-1
Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 12:
Untuk dua roda yang bersinggungan, maka kecepatan linear kedua roda adalah sama.
VB = vA = 4m.s-1
Jurus jitu:
Untuk hubungan roda-roda, dapat dibayangkan jika salah satu roda berputar sebanyak satu putaran, apakah roda yang lain juga berputar sebanyak satu putaran?
• Jika “YA”, maka kecepatan berputarnya (kecepatan sudutnya) sama dan kecepatan liniernya tidak sama
• Jika “TIDAK”, maka kecepatan berputarnya (kecepatan sudutnya) tidak sama dan kecepatan liniernya sama

Soal nomor 13

Berapakah percepatan seorang astronout yang sedang bekerja di sebuah stasiun ruang angkasa yang berada pada ketinggian 520 km dan mengorbit dengan kecepatan 7,6 km/s? (massa astronout 79 kg dan jari-jari Bumi 6,37 x 106 m)
A. 8400 m/s
B. 840 m/s
C. 84 m/s
D. 8,4 m/s
E. 0,84 m/s
Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 13:
Berdasarkan soal dapat diketahui
h = 520 km = 5,2 x 105 m
v = 7,6 km/s = 7,6 x 103 m
r = 6,37 x 106 m = 63,7 x 105 m
m = 79 kg
percepatan astronout dapat ditentukan dengan cara
aS = v2 / R
(R = jarak dari astronout ke pusat bumi)
aS = v22 / (h + r)
aS = (7,6 x 103)2 / (5,2 x 105 + 63,7 x 105)
aS = 57,76 x 106 / 68,9 x 105
aS = 0,84 x 101
aS = 8,4 m/s2

Soal nomor 14

Sebuah piringan berputar dengan kelajuan sudut konstan. perbandingan kelajuan linear antara dua titik A dan B jika jarak A ke pusat piringan sama dengan setengah kali jarak B ke pusat piringan adalah ....
A. ¼
B. ½
C. 1
D. 2
E. 4
Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 14:
Berdasarkan soal dapat diketahui
rA = ½ rB
ωA = ωB
vA / rA = vB / rB
vA / vB = rA / rB
vA / vB = ½ rB / rB
vA / vB = ½

Soal nomor 15

Perhatikan gambar koin uang logam yang diletakkan di atas piringan yang berputar dengan kecepatan sudut tetap 6 rad.s-1 berikut!

Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)
Massa koin = 0,1 kg, koefisien gesek statis = 0,40 dan percepatan gravitasi 10 m.s-2. Jarak maksimum koin dari poros putar agar koin tersebut tetap berputar bersama piringan adalah ....
A. 6 cm
B. 10 cm
C. 11 cm
D. 16 cm
E. 25 cm
Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 15:
Agar koin tetap berputar bersama piringan maka besar gaya sentripetal (FS) sama dengan besar gaya gesek statisnya (f), sehingga
Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)

Soal nomor 16

Roda sebuah kereta api bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 18 rad/s. setelah berputar sebanyak 720 radian, roda tersebut berhenti. Perlambatan yang dialami oleh roda kereta api tersebut adalah ....
A. 4,49 rad/s2
B. 4,43 rad/s2
C. 0,46 rad/s2
D. 0,23 rad/s2
E.0,20 rad/s2
Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 16:
Berdasarkan soal dapat diketahui
ω0 = 18 rad/s
θ = 720 rad
ω = 0
cara analisis terkait dengan gerak melingkar berubah beraturan (GMBB) pada dasarnya sama dengan analisis pada gerak lurus berubah beraturan (GLBB) yang berbeda hanya simbolnya saja, sehingga soal di atas dapat diselesaikan dengan persamaan
ω2 = ω02 - 2αθ (mirip dengan v2 = v02 – 2as, pada GLBB)
(tanda negatif karena benda bergerak diperlambat)
00 = 182 – 2 α 720
2 α 720 = 182
α 1440 = 324
α = 0,225
α = 0,23 rad/s2

Soal nomor 17

Sebuah benda mula-mula bergerak melingkar dengan kecepatan anguler 8 rad/s, kemudian mengalami percepatan tetap sebesar 5 rad/s2. Sudut yang ditempuh benda setelah 4 sekon adalah ....
A. 72 rad
B. 60 rad
C. 54 rad
D. 24 rad
E. 12 rad
Kunci jawaban: "A"
pembahasan soal nomor 17:
Berdasarkan soal dapat diketahui
ω0 = 8 rad/s
α = 5 rad/s2
t = 4 s
θ ... ?
θ = ω0 t + ½ α t2
θ = 8 . 4 + ½ . 5 . 42
θ = 32 + 40
θ = 72 rad

Soal nomor 18

Sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan sudut bertambah besar. Pada waktu t, sudut θ yang ditempuh oleh benda dengan kecepatan sudut ω adalah sebagai berikut
Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)
Percepatan sudut benda adalah ...
A. 4,5 rad s-2, saat t = 6 s dan berkurang secara bertahap
B. konstan 4 rad s-2
C. konstan 8 rad s-2
D. 15 rad s-2, saat t = 8 s dan bertambah dengan pertambahan tetap
E. 4,5 rad s-2, saat t = 6 s dan bertambah secara bertahap
Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 18:
Berdasarkan tabel perhatikan pada kolom waktu, selang waktunya sama yakni 2 s. selain itu berdasarkan data kecepatan sudut (ω) kita dapat mengetahui perubahan kecepatan sudut tiap 2 sekon yakni
Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)

Terjadi perubahan kecepatan sudut sebesar 8 rad/s tiap 2 sekon, artinya dalam 1 sekon terjadi perubahan kecepatan sudut sebesar 4 rad/s. perubahan kecepatan sudut dalam 1 sekon disebut dengan percepatan sudut. Jadi percepatan sudut yang dialami oleh benda adalah 4 rad/s2

Soal Uraian
Soal nomor 1

Tubuh manusia hanya mampu menahan percepatan sebesar 9 kali percepatan gravitasi bumi tanpa membahayakan diri. Pesawat menukik dengan kelajuan 756 km/jam dan oleh pilotnya kembali dibelokkan ke atas. berapakah jari-jari minimum lingkaran yang dapat ditempuh tanpa membahayakan pilotnya?
pembahasan soal nomor 1:
Berdasarkan soal dapat diketahui
aS = 9g (g = 10 m/s2)
aS = 90 m/s2
v = 756 km/jam
v = 756 . 1000/3600 m/s
v = 210 m/s
sehingga jari-jari maksimumnya dapat ditentukan dengan cara
aS = v2 / R
R = v2 / aS
R = 2102 / 90
R = 490 m

Soal nomor 2

Sebuah partikel P sedang bergerak pada suatu lintasan melingkar dengan jari-jari 0,6 m pada kelajuan tetap 15 m/s. tentukan waktu yang diperlukan oleh P untuk menempuh 30 putaran!
pembahasan soal nomor 2:
Berdasarkan soal dapat diketahui:
R = 0,6 m
v = 15 m/s
S = 30 putaran ( 1 putaran = keliling lingkaran = 2πr)
S = 30 . 2π . 0,6
S = 36π m
t ... ?
S = v . t
36π = 15 t
t = 2,4π s
Demikian latihan soal beserta pembahasannya tentang materi fisika gerak melingkar untuk kelas 10, sedikit yang bisa saya tuliskan ini semoga bisa memberikan manfaat bagi para pembaca sekalian. Jika berkenan bisa subscribed blog ini, atau memberikan kritik, saran dan pendapat di kolom komentar di bawah. Terima kasih

1 komentar:

Mode Malam