Pembahasan Soal OSK IPA bagian Fisika 2025
1. Sebuah mesin listrik digunakan untuk menarik balok bermassa 100 kg yang sedang diam, dengan gaya konstan. Gaya gesek antara lantai dan balok dianggap konstan sebesar 30 N. Jika saat berpindah sejauh 1 m, kecepatan benda 0,20 m/s, usaha yang dilakukan mesin pada balok sebesar ... joule.
b. 50
c. 32
d. 2
Jawaban:
Solusi:
Untuk menjawab soal ini kita perlu menggunakan konsep usaha.
\(W= F_t S\)
total gaya F adalah gaya dorong mesin dikurangi gaya gesek. Total gaya \(F_t\) ini sebanding dengan massa dikalikan percepatan. Dari soal ini kita dapat memahami total perpindahan S adalah 1 m, maka:
\(W=F_t\times 1\)
\( W=F_t\)
Total gaya ini merupakan gaya dorong oleh mesin F dikurangangi gaya gesek f
sehingga
\(W=F-f\)
\(W=F-f\)
\(W= F-30\) ..... (1)
Usaha juga sebanding dengan perubahan energi mekanik dalam hal ini energi kinetik,
\(W=\Delta EK\)
\(W=\ EK_f - EK_i\)
\(W=\ 1/2m{v^2_f}- 1/2m{v^2_i}\)
\(W=\ 1/2(100){0.2}^2- 1/2m{0}^2\)
\(W=2\), dalam hal ini total usahanya adalah 2 Joule
Kita tinjau persamaan satu (1) dimana usaha W juga sebanding dengan F dikali S maka, gaya dorong dapat kita temukan:
\(W= F-30\)
\(2= F-30\)
\(F= 32\), artinya gaya dorong mesin sebesar 32 N.
Dengan mengalikan gaya dorong mesin F dengan perpindahan kita dapat menemukan usaha oleh gaya dorong sebesar W=FS= 32 Joule.
Jawaban C
2. Kawat PQ panjangnya 20 cm digerakan 10 m/s tegak lurus sepanjang kawat dan memotong medan magnet 0,05 Tesla seperti pada gambar ( R = 0,01 ohm).
Besar dan arah kuat arus induksi yang ditimbulkan adalah...
b. 5 ampere dari Q ke P
c. 10 ampere dari P ke Q
d. 10 ampere dari Q ke P
Solusi:
Ringkasan langkah:
1. Mencari nilai ggl induksi; 2. Menentukan nilai arus dengan Hukum Ohm; 3. Menentukan arah arus induksi dengan Hukum Lenz.
Melalui penurunan Hukum Faraday maka kita mendapatkan ggl induksi\(\epsilon\):
\(\epsilon =BLvsin\theta\)
\(sin\theta\) disini nilainya satu karena arah v dan l tegak lurus, maka:
\(\epsilon =(0.05)(0.2)(10)\)
\(\epsilon =0.1\)
Selanjutnya kita mencari dengan Hukum Ohm untuk menentukan nilai arus,
\(V=IR\),\(I=V/R\), karena V adalah tegangan maka nilainya sama dengan ggl induksi, sehingga arus yang mengalir pada rangkaian adalah:
\(I=\frac{0.1}{0.01}=10 \text{ A}\),
yang berarti arus listriknya sebesar 10 A.
Untuk mencari arah arus, kita bisa menggunakan hukum lenz. Disini, sumber medan menuju kedalam bidang. Karena arah konduktor ke kanan pada soal, maka flux magnetik meningkat ditandai dengan luas area yang makin besar. Konsekuensinya ggl induksi akan mengurangi peningkatan flux, yang artinya medan induksinya berlawanan dengan medan sumbernya. Dengan aturan tangan kanan, maka arah arus induksinya akan menjadi berlawanan arah jarum jam, sehingga arus mengalir dari Q-P pada konduktor.
Jawaban D.
3. Sebuah bola konduktor pejal berjari-jari 8 cm dan bermuatan \(q = 8\times10^{-11}\) C. Potensial sebuah titik di dalam bola yang berjarak 5 cm dari pusat bola adalah...volt. Nilai ( \(k =9 8\times10^{9}\) Nm2/C2)
b. 7,5
c. 9,0
d. 14,5
Solusi:
Soal ini cukup tricky dan menarik mengingat yang ditanya adalah potensial listrik. Pada kasus bola kunduktor nilai medan listrik di dalam konduktor adalah 0, tetapi potensialnya nilainya tetap hingga pada jari-jarinya. Hal ini disebabkan konsep potensial listrik adalah usaha untuk memindahkan sebuah muatan listrik dari jauh tak hingga sana menuju titik yang dituju. Sehingga nilai muatannya tetap.
\(V=k\frac{Q}{R}\)
\(V=9\times10^{9} \frac{8\times10^{-11}}{8\times10^{-2}}\)
\(V=9 \times{ V}\)
Jawaban C.
4. Sebuah pipa U berisi air dan minyak dengan jumlah yang sama. Massa jenis air dan minyak berturut-turut adalah 1 g/cc dan 0,9 g/cc. Jika tinggi kolom minyak 20 cm, selisih tinggi kolom minyak dan air sama dengan ... mm.
b. 18
c. 20
d. 27
Solusi:
\(P=\rho g h\)
\(P_minyak = P_air\)
Kita labeli minyak sebagai material satu (1) dan air sebagai material dua (2), maka:
\(\rho_1 g h_1 = \rho_2 g h_2\)
\(\rho_1 h_1 = \rho_2 h_2\)
\(0.9 (20) = 1 h_2\)
\(h_2= 18 \)
\(h_2= 18 \text{ m}\)
Karena yang ditanya selisih maka:
\(h_1 - h_2= 20-18 = 2 \text{ m}\)
dalam mm kita mendapatkan selisihnya menjadi 20 mm.
Jawaban C.
5. Sebuah bola plastik dengan volume 100 cc diletakkan di air. Diamati bahwa tiga per empat bagian bola berada di dalam air. Kemudian, bola ditekan ke bawah, sehingga seluruh bagiannya tepat berada di dalam air. Jika massa jenis air 1 g/cc, besar gaya tekan itu sama dengan ... N. Anggaplah percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2.
b. 0,25
c. 0,075
d. 0,025
Solusi:
Secara sederhana kita dapat menentukan gaya dorong yang diperlukan dengan Hukum Archimides, yaitu sebesar berat air yang dipindahkan apabila tenggelam sepenuhnya. Tentunya berat air ini sebanding dengan volumenya. Volume ini, sebanding juga dengan volume tercelup benda tersebut.
Karena volume yang tercelup tanpa gaya dorong sebesar 3/4V, maka volume air yang dipindahkan apabila tercelup sepenuhnya yang menentukan gaya dorong adalah 1/4V. Oleh kerena itu, daya dorong menjadi sama dengan menjadi berat air yang dipindahkan dengan volume 1/4V.
\(F=W_air\)
\(F=\rho_air g V_pindah = \rho_air g \frac{1}{4} V\)
\(F=1\times 1\frac{1}{4}100\)
\(F=25\text{ mN}\)
\(F=0.025\text{ N}\)
Jawaban D
6. Sebuah pegas digantungkan secara vertikal. Setelah diberi beban, panjang pegas itu bertambah sebesar L. Kemudian, beban ditarik sedikit ke bawah dan dilepaskan, sehingga bergerak naik-turun dengan frekuensi (10√5)/π Hz. Jika besar percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, L sama dengan ... cm.
b. 1,0 cm
c. 0,8 cm
d. 0,5 cm
Solusi:
Pada osilasi pegas
\(\omega=\sqrt{\frac{k}{m}}\)
\(\omega^2=\frac{k}{m}\)
\((2\pi f)^2=\frac{k}{m}\) ....(1)
Karena kita ingin mencari besarnya simpangan x, dimana x=L, dimana m tidak diketahui, maka konstanta pegas sebanding dengan m dan simpangan, yaitu:
\(mg=kx\)
\(k=frac{mg}{x}\) .... (2)
kita subtitusikan persamaan (1) dalam (2) didapatkan
\((2\pi f)^2=\frac{mg}{xm}\)
\((2\pi f)^2=\frac{g}{x}\)
subtitusikan nilainya untuk mendapatkan nilai x
\((2\pi (\frac{10\sqrt{5}}{\pi})^2=\frac{10}{x}\)
\((20\sqrt{5})^2=\frac{10}{x}\)
\((400(5)=\frac{10}{x}\)
\(x=\frac{10}{2000}\)
\(x=\frac{1}{200}\text{ m}\)
karena x = L
dalam satuan cm kita akan mendapatkan:
L = 0,5 cm
Jawaban D
7. Pada sebuah lampu tertulis 60W/220 V. Jika lampu tersebut dipasang pada tegangan 110V, maka daya listriknya menjadi... watt
b. 30
c. 20
d. 15
Solusi:
Pada kasus ini kita perlu mencari hambatan listrik, kemudian mencari daya output listrik ketika diaplikasikan di voltase 110 V.
Kita bisa menggunakan
\(P=\frac{V^2}{R}\)
\(R=\frac{V^2}{P}\)
\(R=\frac{220^2}{60}\)
Eits, kita tidak perlu terburu-buru menghitung nilainya. Kita aplikasikan dulu daya output saat voltase 110 V maka:
\(P_out=\frac{110^2}{R}\) ... (2)
Kita sesuaikan R pada persamaan (2) dengan nilai pada persamaan (1), maka:
\(P_out=\frac{110^2\times 60}{220^2}\)
\(P_out=(\frac{110}{220})^2(60)\)
\(P_out=(\frac{1}{2})^2(60)\)
\(P_out=15 \text{ V}\)
Jadi daya outputnya apabila diaplikasikan akan menjadi 15 V.
Jawaban: D
8. Pada gambar ditunjukkan grafik kecepatan setiap saat dari suatu benda yang bergerak dari titik O sampai titik U.
Benda bergerak diperlambat pada saat menempuh lintasan ....
b. QR dan TU
c. OP, QS dan TU
d. QS
Solusi:
Benda diperlambat manakala kemiringan grafik kecepatan bernilai negatif. Akan tetapi, disini cukup tricky karena sajiannya berupa kecepatan. Kecepatan adalah besaran vektor nilai negatif pada kecepatan berarti arahnya berlawanan. Misalnya pada grafik R-S kecepatan benda berubah dari 0 ke +4 m/s ke kanan (arah geraknya ke kanan), maka pada Grafik O-P benda bergerak dengan kecepatan 0 ke -4 m/s ke kiri (arah geraknya ke kiri). So, dari grafik ini benda akan diperlambat saat QR dan TU.
Jawaban: B