Tag: Olimpiade

  • Soal HOT Fisika – Menentukan Kedalaman Laut dengan Sistem Sonar

    Soal HOT Fisika – Menentukan Kedalaman Laut dengan Sistem Sonar

    AhmadDahlan.NET – Proses pengukuran kedalaman laut dapat dilakukan dengan memanfaatkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik (suara). Suara adalah gelombang mekanik yang daoat dipantulkan ketika menerpa sebuah bidang kasar. Karena bergerak dengan kecepatan v, maka jika kita bisa mengukur selang waktu t, jarak tempuh dari suara tersebut dapat dihitung dengan 

    s = vt

    Perangkat ini disebut sebagai SONAR atau Sound Navigation and Rangging. Peralatan ini bisa ditemukan di kapal, radar, USG ibu hamil dan alat bantuk parkir mobil.

    Soal Fisika C3 Terkait Sonar

    Sistem sonar seringkali dijadikan contoh soal fisika untuk materi gelombang suara. Pada umumnya soal dibuat pada level C3, Aplikasi yang menceritakan sebuah kapal yang menaksir kedalaman laut dengan mengukur interval waktu antara sinyal dikirim dan sinyal pantulan diterima.

    Contoh soalnya sebagai berikut :

    Sebuah kapal sedang mengukur kedalaman laut dengan menggunakan sinyal Ultrasonik. Jika sinyal pantulan diterima setelah 5 detik, berapakah kedalaman laut tersebut? (Asumsikan vs = 1.500 m/s)

    Penyelesaian :

    Ketika sinyal dikirim dari sebuah kapal dalam keadaan diam, sinyal pantulan didapatkan setelah 5 detik kemudian. Dengan demikian sinyal ini telah bergerak dari permukaan kapal ke dasar dipantulkan ke atas dan ditangkap reciever.

    Ilutrasi kejadiannya sebagai berikut :

    Cara menghitung kedalaman laur dengan sistem sonar

    h adalah kedalaman laut dan jarak tempuh sinya adalah 

    s =v_st

    karena s = 2h, maka

    2h = v_st

    sehingga 

    h=\frac{v_2t}{2}
    h =\frac{(1500\ ms^{-1})(5s)}{2}=3750 \ m

    Berdasarkan kondisi ini maka kedalaman laut yang ditaksir adalah 3.750 m.

    Menyusun Soal HOT Materi Gelombang Suara

    Soal tersebut bisa dikembangkan menjadi soal berlevel (Higher Order Thinking) HOT dengan sedikit modifikasi namun tetap mempertimbangkan aspek kontekstual. Seperti kondisi kapa sangat jarang mengukur kedalaman laut dalam keadaan diam, sehingga kapal mengukur kedalaman laut sambil begerak.

    Contoh Soal HOT

    Sebuah kapal bergerak dengan kecepatan 30 m/s menembakan sinyal ultrasonik ke dalam laut. Jika sinyal pantual ditangkap kembali setelah 5 detik, maka kedalaman laut tersebut adalah …
    (asumsikan kecepatan suara di dalam laut adalah 1.500 m/s)

    Solusi Soal

    Dalam kasus ini berbeda dengan kondisi pertama dimana posisi kapal berubah setelah 5 detik karena kapal bergerak dengan kecepatan 32 m/s. Oleh karena itu sinyal yang diterima tidak lurus dengan laut melainkan membentuk kemiringan seperti pada ilustrasi di bawah ini!

    Cara menghitung kedalaman laut dengan sistem sonar

    Karena kapal dan suara dianggap bergerak dengan kecepatan konstan (GLB) maka kedalaman akan terbentuk segitiga sama kaki dimana tinggi segitiga tersebut adalah kedalaman laut (h). Kedalaman laut ini dapat diselesaikan dengan soal Phytagoras

    Sisi miring (R) 

    R = \frac{(V_{sinyal})(t)}{2}
    R=\frac{(1.500)(5)}{2}=3750 \  m

    Perhatikan s adalah setengah jarak jarak yang ditempuh kapal setelah bergerak 5 detik. 

    s =\frac{(v_{kapal})(t)}{2}
    s=\frac{(32)(5)}{2}=80 \ m

    Dengan kedalaman laut sama h adalah :

    h=\sqrt{R^2-s^2}
    h=\sqrt{3750^2-80^2}= 3749.17 \ m

    Jadi kedalaman laut tersebut adalah 3749.17 m.

    Soal Latihan

    Sebuah kereta api membunyikan terompet pada sebuah jalur lurus dan berhadapan dengan sebuah gunung. Jika gema dari terompet tersebut terdengar setelah 4 detik kemudian dan kereta api bergerak dengan kecepatan 72 km/j. Berapakah jarak gunung tersebut dengan pada saat pertama kali terompet di bunyikan! (asumsikan kecepatan suara di udara 340 m/s)

  • Soal-Soal Seleksi OSN PT Bidang Fisika Materi Mekanika

    Soal-Soal Seleksi OSN PT Bidang Fisika Materi Mekanika

    AhmadDahlan.NET – Contoh kasus dan soal Olimpiade Sains Nasional Perguruan Tinggi Bidang Fisika untuk Materi Mekanika. Soal-soal dikumpulkan berdasarkan tingkat kesulitan dan dimulai dari kasus dengan solusi paling mudah.

    Mudah

    1. Sebuah balok kayu bermassa 30 kg dalam kondisi diam di atas sebuah meja dengan koefisien gesek statis (μs) sebesar 0,2. Jika andi mendorong balok tersebut dengan gaya 3 N, tentukan
      1. keadaan balok
      2. gaya gesek yang dialami oleh balok
    2. Sebuah kereta api melaju di atas lintasan lurus dengan kecepatan konstan 72 km/h. Jika ia membunyikan terompet di depan sebuah gunung dan mendengar suara gema pertama dari terompetnya 5 detik kemudian. Berapakah jarak gunung tersebut dari kereta saat mendengar gema? (vu = 340 m/s).
    3. Sebuah kapal laut bergerak lurus dengan kecepatan 140 m/s menembakkan sinyal suara di ke dasar laut. Jika sinyal tersebut kembali ditangkap oleh kapal 2 detik kemudian, berapakah kedelaman laut tersebut? (va=1700 m/s)
    4. Sebuah batu jatuh bebas dari ketinggian h sebuah gedung. Jelaskan kondisi yang harus dipenuhi agar jika ada batu ke dua yang jatuh 1 detik kemudian akan tiba bersamaan dengan batu pertama di atas tanah!
    5. Sebuah balok dengan massa m tergelincir dari sebuah bidang miring yang licin dengan kemiringan θ dan ketinggian h. Jika pada bidang datar terdapat permukaan kasar dengan koefisien gesek kinetis (μk) balok-bidang adalah 0,2. Seberapa jauhkah balok akan berhenti bergerak?

    Menengah

    1. Sebuah bola pejal dengan jari-jari r berada pada lintasan berbentuk melinkar ke atas dengan jari-jari R+r. Tentukan kecepatan bola minimum di titik terendah agar bola tidak terjatuh ketika berada di puncak lingkaran!

    Advance

    1. Sebongkah batu kecil bermassa 𝑚 = 2,7 kg dilepaskan dari suatu tempat yang sangat tinggi dan jatuh secara vertikal menembus atmosfer. Berdasarkan eksperimen, gaya hambat yang dirasakan oleh batu tersebut diberikan oleh Fv=kv2. dimana 𝑘 adalah suatu konstanta dan 𝑣 adalah kecepatan sesaat batu. Setelah diukur, kecepatan terminal batu ini adalah 𝑣𝑡 = 51 m/s. Batu dijatuhkan dari ketinggian h = 1,5 km dan dia mencapai kecepatan terminalnya ketika sampai di permukaan laut. Kalor jenis batu tersebut adalah 𝑐 = 0,80 kJ/kgK. Gunakan percepatan gravitasi 𝑔 = 9,8 m/s2.
      1. Gambarkan diagram gaya yang bekerja pada batu!
      2. Hitung nilai konstanta 𝑘!
      3. Hitung kerja yang dilakukan gaya berat pada batu ketika dia jatuh sejauh 1,5 km!
      4. Jika seluruh kerja yang diberikan gaya berat diubah menjadi kalor, hitung pertambahan suhu batu setelah menempuh jarak sejauh 1,5 km! Asumsikan tidak ada kalor yang hilang ke udara.
      5. Hitung kalor persatuan waktu yang diubah oleh batu ketika jatuh sejauh 1,5 km!
    2. Sebuah bola dengan massa 𝑀 dan jari-jari 𝑅 digerakkan di dalam gas dengan massa 1 partikel 𝑚 dan jumlah partikel per satuan volume adalah 𝑛. Massa partikel gas jauh lebih kecil dari daripada massa bola dan kecepatan termal partikel juga jauh lebih kecil dari kecepatan bola. Jika diasumsikan partikel gas tidak saling berinteraksi dan tumbukan antara partikel gas dengan bola dianggap lenting sempurna, berapakah gaya hambat dari gas saat kecepatan bola adalah 𝑣? Massa jenis gas adalah 𝜌.