Soal Olimpiade Sains Nasional

Waktu : 3 jam

Seleksi Kabupaten OSN 2009

1. (15 poin) Perhatikan sistem di samping. Sebuah massa m diikat dengan dua

tali ke sebuah tongkat vertikal. Panjang tali yang miring adalah l. Tali kedua

dalam keadaan horizontal (mendatar). Sistem diputar dengan suatu kecepatan

sudut ω terhadap sumbu putar/tongkat vertikal sedemikian sehingga kedua

tali mempunyai tegangan yang sama besarnya. Sudut antara kedua tali adalah

θ (ambil sin θ = 0,8).

a) Gambar diagram gaya pada benda m.

b) Berapakah besar tegangan tali (dalam mg) ?

c) Berapakah kecepatan sudut (ω) yang memyebabkan keadaan di atas

terjadi?

2. (15 poin) Sebuah helikopter memiliki daya angkat P yang hanya bergantung pada berat beban total

W (yaitu berat helikopter ditambah berat beban) yang diangkat, massa jenis udara (ρ) dan panjang baling-baling helikopter (l).

a) Gunakan analisa dimensi untuk menentukan ketergantungan P pada W, ρ dan l.

b) Jika daya yang dibutuhkan untuk mengangkat beban total W adalah P0, berapakah daya yang

dibutuhkan untuk mengangkat beban total sebesar 2W?

3. (12 poin) Sebuah keran yang bocor mempunyai air yang menetes turun secara teratur (tetes air jatuh tiap suatu selang waktu yang sama, T) dalam sebuah medan gravitasi konstan. Pada suatu saat, sebuah tetes air (namakan tetes 1) sudah berada pada jarak 16a dari keran (dengan a merupakan sebuah konstanta). Di atasnya ada 3 tetes air (namakan tetes 2, tetes 3 dan tetes 4) yang jatuh terturut-turut setelah tetes 1 dan ada satu tetes (namakan tetes 5) yang baru persis akan terlepas dari keran.

Tentukan posisi tetes air 2, 3 dan 4 dalam konstanta a (dihitung relatif terhadap keran) !

4. (15 poin) Pada sistem di bawah terdapat gesekan antara massa m1 dan massa m2, juga massa m2 dan lantai.

Besar koefisien gesek (statis dianggap sama dengan kinetis) kedua permukaan ini sama

yaitu μ. Katrol tidak bermassa dan tali tidak dapat mulur.

a) Gambar diagram gaya pada m1 dan m2

b) Tulis persamaan gerak m1 dan m2

c) Berapakah besarnya gaya luar F agar sistem bisa bergerak dengan kecepatan konstan?

5. (14 poin) Seorang pemain basket berlari dengan laju 3 m/s. Di suatu titik, dia melemparkan bola secara horizontal dengan suatu laju v0 relatif terhadap dirinya. Dia ingin agar bola mengenai target di B yang jaraknya s = 6,5 m dari posisi dia melemparkan bola (titik A), tetapi dia ingin membuat bola memantul sekali lagi dari lantai (lihat gambar). Tumbukan antara bola dengan lantai tidak lenting sempurna dengan koefisien restitusi 0,8. Ketinggian bola dari tanah saat dilempar (h) = 1,25 m dan percepatan gravitasi bumi (g) = 10 m/s2.

a) Tentukan lamanya proses dari semenjak bola dilepas sampai tumbukan pertama (t1).

b) Tentukan lamanya proses dari semenjak tumbukan pertama sampai tumbukan kedua                                                      (t2).

c) Tentukan besarnya kecepatan lemparan bola (v0) yang dibutuhkan.

6. (15 poin) Sebuah massa m1 = 1 kg diam di permukaan kasar dengan koefisien gesek antara massa ini dengan lantai adalah μ1. Sebuah massa lainnya m2 = 5 kg bergerak mendekati m1 dari jarak s0 = 8 m dengan kecepatan vi = 5 m/s. Tumbukan terjadi secara lenting sempurna. Koefisien gesek antara massa m2 dengan lantai adalah μ2 = 0,1. Dalam soal ini, anggap besar koefisien gesek statis dan koefisien gesek kinetis adalah sama, percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2.

a) Tentukan kecepatan m2 sebelum tumbukan (v0).

b) Tentukan kecepatan masing-masing massa persis setelah tumbukan (v1 dan v2).

c) Tentukan berapa besar μ1 agar kedua massa berhenti di tempat yang sama.

d) Dimanakah posisi kedua massa akan berhenti, dihitung dari titik posisi tumbukan?

7. (14 poin) Sebuah sistem bandul sederhana mempunyai panjang tali L berada dalam medan gravitasi g. Beban yang digunakan mempunyai massa m dan dapat dianggap berbentuk massa titik. Pada posisi vertikal di bawah titik O terdapat sebuah paku pada jarak L/2 dari O. Akibat paku ini, ayunan bandul berubah arah seperti ditunjukkan pada

gambar. Sudut simpangan mula-mula θ0 dipilih sedemikian rupa sehingga ketinggian maksimum (titik A) massa m relatif terhadap titik terendah (titik B) adalah h1. Anggap simpangan sudut θ0 kecil.

a) Berapakah ketinggian h2 dari titik C (titik C adalah posisi simpangan maksimum)?

b) Hitung periode osilasi sistem (yaitu gerak dari A – B – C – B – A).