Soal PAT Fisika Kelas 10 Semester 2

SOAL PENILAIAN AKHIR TAHUN (PAT)
FISIKA KELAS 10
A1-22

Dinamika Rotasi

Benda di dalam lift beratnya lebih besar dibanding berat benda ketika diam. Hal ini terjadi jika...
a. gerak lift ke atas dipercepat
b. gerak lift ke bawah diperlambat
c. gerak lift ke bawah dipercepat
d. gerak lift ke atas dengan kecepatan tetap
e. gerak lift ke bawah dengan kecepatan tetap

Jawaban : c. gerak lift ke bawah dipercepat

Pembahasan :

Saat lift diam
$$\begin{aligned} \Sigma F &= 0 \\ w- N &= 0 \\ w &= N \\ \end{aligned}$$

Saat Lift bergerak dipercepat ke bawah
$$\begin{aligned} \Sigma F&= m \cdot a \\ w -N &= m \cdot a \\ w &= N + (m \cdot a) \\ \end{aligned}$$

Saat lift bergerak dipercepat ke atas
$$\begin{aligned} N- w &= m \cdot a \\ -w &= (m \cdot a) - N \\  w &= N - (m \cdot a) \end{aligned}$$

Karena gaya rem sebesar 500 Newton,  benda  yang massanya 50 kg berhenti setelah menempuh jarak 20 meter. Kecepatan benda sesaat sebelum di rem adalah...
a. 30 m/s
b. 10 m/s
c. 20 m/s
d. 40 m/s
e. 50 m/s

Jawaban : c. 20 m/s

Pembahasan :
Diketahui :
$F = 500 \ N$
$m = 50 \ kg$
$v_t = 0$ (berhenti)
$s = 20 \ m$

Ditanya :
$v_0$ = ..?

Jawab :
$$\begin{aligned} F &= m \cdot a \\ 500 &= 50 \cdot a \\ a &= \frac{500}{50} \\ &= 10 \ m/s^2 \\ \\ {v_t}^2 &= {v_0}^2 - 2 \cdot a \cdot s \\ 0 &= {v_0}^2 - (2 \cdot 10 \cdot 20) \\ {v_0}^2 &= 400 \\ v_0 &= \sqrt{400} \\ &= 20 \ m/s  \end{aligned}$$

Perhatikan gambar berikut ini!

Balok  bermassa  4  kg  bekerja  tiga  buah gaya  seperti  gambar  di  atas.  Jika  lantai  licin, maka balok dalam keadaan….
a. Diam (tidak bergerak)
b. Bergerak lurus beraturan arah ke kiri
c. Bergerak lurus berubah beraturan arah ke kiri
d. Bergerak lurus berubah beraturan arah ke kanan
e. Bergerak lurus beraturan arah ke kanan

Jawaban : d. Bergerak lurus berubah beraturan arah ke kanan

Pembahasan :
Diketahui :
$m = 4 \ kg$
$F_1 = 24 \ N$
$F_2 = -32 \ N$
$F_3 = 20 \ N$

Ditanya :
Keadaan balok

Jawab :

$$\begin{aligned} \Sigma F_x &= F_{1x} + F_2 + F_3 \\ &= 24 \ cos \ 45^{\circ} + (-32) + 20 \\ &= 24 \cdot \frac{1}{2} \sqrt{2} -12 \\ &= 17 - 12 \\ &= 5 \ N  \end{aligned}$$

• Hasil resultan gaya pada sumbu x tidak sama dengan nol, artinya balok dalam keadaan bergerak lurus berubah beraturan (GLBB).
• Resultan gaya berharga positif, artinya balok bergerak ke arah kanan.
• Jika resultan gaya bernilai nol, maka balok dalam keadaan diam atau sedang bergerak lurus beraturan (GLB)

Sebuah roket melepaskan bahan bakar yang telah terbakar sebanyak 2000 kg selama 10  sekon.  Kecepatan  roket  pada saat  akhir  pembakaran  adalah  300  m/s.  Besar gaya rata-rata yang bekerja pada roket adalah...
a. 30.000 Newton
b. 60.000 Newton
c. 40.000 Newton
d. 50.000 Newton
e. 20.000 Newton

Jawaban : b. 60.000  Newton

Pembahasan :
Diketahui :
$m = 2000 \ kg$
$t = 10 \ sekon$
$v_t = 300 \ m/s$

Ditanya :
$F$ = ..?

Jawab :
Menghitung besar percepatan roket
$$\begin{aligned} v_t &= v_0 + a \cdot t \\ 300 &= 0 + a \cdot 10 \\ 10 \ a &= 300 \\ a &= \frac{300}{10} \\ & 30 \ m/s^2  \end{aligned}$$

Menghitung besar gaya rata-rata
$$\begin{aligned} F &= m \cdot a \\ &= 2000 \cdot 30 \\ &= 60.000 \ N  \end{aligned}$$

Download soal PAT Fisika Kelas 10 Semester 2 pdf di sini

Hukum Gravitasi Newton

Besar gaya gravitasi antara 2 benda yang berinteraksi adalah ….
a. berbading terbalik dengan jarak kedua benda
b. sebanding dengan kuadrat jarak kedua benda
c. sebanding dengan kuadrat massa kedua benda
d. berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda
e. berbanding terbalik dengan kuadrat massa kedua benda

Jawaban : d. berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda

Pembahasan :
Besar gaya gravitasi dapat dirumuskan :
$F = G \frac{m \cdot m}{r^2}$
Besar gaya gravitasi :

• sebanding dengan massa kedua benda
• berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda

Dua  planet  A  dan  B  masing-masing  berjarak 2R dan 4R dari  pusat  bumi.  Jika  gaya tarik  menarik  antara  planet  A  dan  B  terhadap  bumi  memiliki  nilai  yang  sama, maka persamaan yang tepat adalah...
a. $m_A = 4 \ m_B$
b. $m_A = m_B$
c. $m_A = \frac{1}{4} m_B$
d. $m_A = 2 \ m_B$
e. $m_A = \frac{1}{2} m_B$

Jawaban : c. $m_A = \frac{1}{4} m_B$

Pembahasan :
Diketahui :
$r_A =  2R$
$r_B = 4R$
$F_A = F_B$

Ditanya :
persamaan massa A dan massa B

Jawab :
$$\begin{aligned} F_A &= F_B \\ G \frac{m_A \cdot m_{bumi}}{{r_A}^2} &= G \frac{m_B \cdot m_{bumi}}{{r_B}^2} \\ \frac{m_A}{(2R)^2} &= \frac{m_B}{(4R)^2} \\ \frac{m_A}{4} &= \frac{m_B}{16} \\ m_A &= \frac{4}{16} \ m_B \\ &= \frac{1}{4} \ m_B \end{aligned}$$

Perbandingan periode planet A dan B adalah 8 : 27. Jika jarak rata-rata planet A terhadap Matahari adalah 4 satuan astronomi (SA), maka jarak rata-rata planet B terhadap Matahari adalah … .
a. 9 SA
b. 8 SA
c. 7 SA
d. 5 SA
e. 4 SA

Jawaban : a. 9 SA

Pembahasan :
Diketahui :
$\frac{T_A}{T_B} = \frac{8}{27}$
$R_A = 4 \ SA$

Ditanya :
$R_B$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} \left(\frac{T_A}{T_B} \right)^2 &= \left( \frac{R_A}{R_B} \right)^3 \\ \left(\frac{8}{27} \right)^2 &= \left( \frac{4}{R_B} \right)^3 \\ {R_B}^3 &= \frac{27^2 \cdot  4^3}{8^2} \\ &= 27^2 \\ R_B &= 9 \ SA \end{aligned}$$

 

Dua partikel A dan B terpisah sejauh 10 meter seperti gambar di atas.  Agar  dititik  C  tidak  ada  merasakan  kuat  medan  yang  bekerja,  maka  titik  C  harus berada...
a. 4 meter dari A
b. 4 meter dari B
c. 6 meter dari A
d. 5 meter dari A
e. 8 meter dari A

Jawaban : a. 4 meter dari A

Pembahasan :
Diketahui :
$r_AB = 10 \ m$
$m_A = 4 \ kg$
$m_B = 9 \ kg$
$r_{CA} = x$
$r_{CB} = (10-x)$
$g_C = 0$

Ditanya :
letak titik C

Jawab :

$$\begin{aligned} g_c &= 0 \\ g_A - g_B &= 0 \\ g_A &= g_B \\ G \frac{m_A}{{r_A}^2} &= G \frac{m_B}{{r_B}^2} \\ \frac{4}{x^2} &= \frac{9}{(10-x)^2} \\ \sqrt{\frac{4}{x^2}} &= \sqrt{\frac{9}{(10-x)^2}} \\  \frac{2}{x} &= \frac{3}{(10-x)} \\ 3x &= 20 - 2x \\ 5x &= 20 \\ x &= \frac{20}{5} \\ &= 4 \ meter  \end{aligned}$$
Jadi letak titik C adalah 4 meter dari A atau 6 meter dari B.

 

Perbandingan  jarak  rata-rata  planet  A  dan  B  ke  matahari  adalah  1  :  4.  Jika  periode  planet A adalah 88 hari maka periode planet B adalah...
a. 225 hari
b. 625 hari
c. 704 hari
d. 910 hari
e. 144 hari

Jawaban : c. 704 hari

Pembahasan :
Diketahui :
$\frac{R_A}{R_B} = \frac{1}{4}$
$T_A = 88 \ hari$

Ditanya :
$T_B$ = ..?

Jawab :
$$\begin{aligned} \left( \frac{T_A}{T_B} \right)^2 &= \left( \frac{R_A}{R_B} \right)^3 \\ \left( \frac{88}{T_B} \right)^2 &= \left( \frac{1}{4} \right)^3 \\ {T_B}^2 &= \frac{4^3 \cdot 88^2}{1^3} \\ &= (2^3)^2 \cdot 88^2 \\ T_B &= \sqrt{(2^3)^2 \cdot 88^2} \\ &=8 \cdot 88 \\ &= 704 \ hari \end{aligned}$$

Usaha dan Energi

Bola (m = 0,2 kg) ditendang dengan kecepatan awal 10,0 m/s, mampu mencapai ketinggian maksimum 8,0 m. Besar energi kinetik mula-mula adalah …
a. 2,5 Joule
b. 8,0 Joule
c. 5,0 Joule
d. 10,0 Joule
e. 4,0 Joule

Jawaban : d. 10,0 Joule

Pembahasan :
Diketahui :
$m = 0,2 \ kg$
$v_0 = 10 \ m/s$
$h_{max} = 8 \ m$

Ditanya :
$E_k \ mula-mula$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} Ek &= \frac{1}{2} \cdot m \cdot {v_0}^2 \\ &= \frac{1}{2} \cdot 0,2 \cdot 10^2 \\ &= 10 \ Joule \end{aligned}$$

 

Perhatikan gaya yang bekerja pada benda berikut ini.

Jika benda bergeser ke kanan sejauh 5 m, maka usaha yang dilakukan adalah ….
a. 80 Joule
b. 16 Joule
c. 100 Joule
d. 60 Joule
e. 24 Joule

Jawaban : b. 16 Joule

Pembahasan :
Diketahui :
$F = 4 \ N$
$\alpha = 37^{\circ}$
$s = 5 \ m$

Ditanya :
$W$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} W &= F \ cos \ \alpha \cdot s \\ &= 4 \ cos \ 37^{\circ} \cdot 5 \\ &= 4 \cdot \frac{4}{5} \cdot 5 \\ &= 16 \ Joule \end{aligned}$$

Benda bermassa 10 kg bergerak diatas permukaan yang datar dan licin tanpa geya gesek, jika benda di dorong dengan gaya 100 N yang membentuk sudut 60° terhadap arah horisontal. Besar usaha jika perpindahan benda sejauh 5 m adalah… .
a. 200 J
b. 250 J
c. 150 J
d. 100 J
e. 500 J

Jawaban : b. 250 J

Pembahasan :
Diketahui :
$m = 10 \ kg$
licin (tanpa gaya gesek)
$F = 100 \ N$
$\alpha = 60^{\circ}$
$s = 5 \ m$

Ditanya :
$W$ = ...?

Jawab :

$$\begin{aligned} W &= F \ cos \ \alpha \cdot s \\ &= 100 \ cos \ 60^{\circ} \cdot 5 \\ &= 100 \cdot \frac{1}{2} \cdot 5 \\ &= 250 \ Joule  \end{aligned}$$

 

Massa benda A tiga kali massa B dan kelajuan benda A setengah kali B. nilai Perbandingan energi kinetik benda A dengan B adalah …
a. 1 : 1
b. 3 : 2
c. 3 : 4
d. 2 : 1
e. 2 : 3

Jawaban : c. 3 : 4

Pembahasan :
Diketahui :
$m_A = 3 \ m_B$
$v_A = \frac{1}{2} \ v_B$

Ditanya :
$Ek_A : Ek_B$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} \frac{Ek_A}{Ek_B} &= \frac{\frac{1}{2} \cdot m_A \cdot (v_A)^2}{\frac{1}{2} \cdot m_B \cdot (v_B)^2} \\ &= \frac{3 \ m_B \cdot \frac{1}{4} {v_B}^2}{m_B \cdot {v_B}^2} \\ &= \frac{\frac{3}{4}}{1} \\ &= \frac{3}{4}  \end{aligned}$$

 

Pada benda yang mengalami jatuh bebas berlaku … .
a. Energi mekanik tetap
b. Energi potensial terus bertambah
c. Energi kinetik terus  berkurang
d. Energi mekanik betambah
e. Energi kinetik tetap

Jawaban : a. Energi mekanik tetap

Pembahasan :
Pada benda yang mengalami jatuh bebas :

• Kecepatan benda semakin bertambah, sehingga energi kinetiknya semakin bertambah
• Ketinggian benda terhadap dasar semakin berkurang, sehingga energi potensialnya semakin berkurang
• Pada gerak jatuh bebas, berlaku hukum kekekalan energi mekanik, yaitu energi mekanik pada setiap titik bernilai tetap.

Sebuah benda 1 kg dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s. Besar energi kinetik benda pada saat mencapai ketinggian 20 m dari tanah sebesar …
a. 100 J
b. 400 J
c. 600 J
d. 800 J
e. 200 J

Jawaban : c. 600 J

Pembahasan :

Diketahui :
$m = 1 \ kg$
$v_1 = 40 \ m/s$
$h_2 = 20 m$ dari tanah

Ditanya :
$Ek_2$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} EM_2 &= EM_1 \\ Ep_2 + Ek_2 &= Ep_1 + Ek_1 \\ m \cdot g \cdot h_2 + Ek_2 &= m \cdot g \cdot h_1 + \frac{1}{2} \cdot m \cdot (v_1)^2 \\ 1 \cdot 10 \cdot 20 + Ek_2 &= 1 \cdot 10 \cdot 0 + \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot (40)^2 \\ 200 + Ek_2 &= 0 + 800 \\ Ek_2 &= 800 - 200 \\ &= 600 \ Joule \end{aligned}$$

Momentum, Impuls dan Tumbukan

Sebuah  bola  bermassa  600  gram  menumbuk  dinding  secara  tegak  lurus  dengan kecepatan  40  m/s.  Jika  bola  dipantulkan  kembali  dengan  kecepatan  30  m/s,  maka perubahan momentum yang terjadi adalah...
a. 28  kg.m/s
b. 42  kg.m/s
c. 18  kg.m/s
d. 14  kg.m/s
e. 20  kg.m/s

Jawaban : b. 42  kg.m/s

Pembahasan :
Diketahui :
$m = 600 \ gram = 0,6 \ kg$
$v_1 = - 40 \ m/s$
$v_2 = 30 \ m/s$

Ditanya :
$\Delta p$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} \Delta p &= m(v_2 - v_1) \\ &= 0,6 (30 - [-40]) \\ &= 0,6 \cdot 70 \\ &= 42 \ kg \ m/s \end{aligned}$$

Benda bermassa 1 kg bergerak dengan energi kinetik 8 Joule, maka besar momentum benda tersebut adalah...
a. 2,0 kg m/s
b. 4,0 kg m/s
c. 0,2 kg m/s
d. 8,0 kg m/s
e. 0,5 kg m/s

Jawaban : b. 4,0 kg m/s

Pembahasan :
Diketahui :
$m = 1 \ kg$
$Ek = 8 \ Joule$

Ditanya :
$p$ = ...?

Jawab :
Menghitung besar kecepatan
$$\begin{aligned} Ek &= \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^2 \\ 8 &= \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot v^2 \\ v^2 &= 8 \cdot 2 \\ v &= \sqrt{16} \\ &= 4 \ m/s \end{aligned}$$

Menghitung besar momentum
$$\begin{aligned} p &= m \cdot v \\ &= 1 \cdot 4 \\ &= 4 \ kg \ m/s \end{aligned}$$

Gerak Harmonis Sederhana

Dua buah benda bergerak harmonis sederhana dengan periode masing-masing 0,2  s  dan  0,3  s.  Jika amplitudo  getaran  kedua  benda  sama,  maka  perbandingan percepatanya adalah ...
a. 3 : 2
b. 9 : 4
c. 4 : 9
d. 3 : 4
e. 2 : 3

Jawaban : b. 9 : 4

Pembahasan :
Diketahui :
$T_1 = 0,2 \ s$
$T_2 = 0,3 \ s$
$A_1 = A_2$

Ditanya :
$a_1 : a_2$ = ...?

Jawab :
Persamaan percepatan pada gerak harmonis sederhana
$$\begin{aligned} a &= -{\omega}^2 \cdot y \\ \\ a_{max} &= -{\omega}^2 \cdot A \\ &=\left(\frac{2 \ \pi}{T} \right)^2 \cdot A \end{aligned}$$

Menghitung perbandingan percepatan
$$\begin{aligned} \frac{a_1}{a_2} &= \frac{\left(\frac{2 \ \pi}{T_1} \right)^2 \cdot A}{\left(\frac{2 \ \pi}{T_2} \right)^2 \cdot A} \\ &= \frac{\frac{1}{(T_1)^2}}{\frac{1}{(T_2)^2}} \\ &= \frac{(T_2)^2}{(T_1)^2} \\ &= \frac{0,3^2}{0,2^2} \\ &= \frac{9}{4} \end{aligned}$$

Sebuah bandul diberi simpangan $\theta$ diulang dua kali dengan Panjang tali yang berbeda. Perbandingan periode bandul dengan panjang tali 20 cm dan 5 cm adalah…
a. 4 : 1
b. 1 : 2
c. 1 : 3
d. 1 ; 1
e. 2 : 1

Jawaban : e. 2 : 1

Pembahasan :
Diketahui :
$L_1 = 20 \ cm$
$L_2 = 5 \ vm$

Ditanya :
$T_1 : T_2$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} \frac{T_1}{T_2} &= \frac{2 \pi \sqrt{\frac{L_1}{g}}}{2 \pi \sqrt{\frac{L_2}{g}}} \\ &= \frac{\sqrt{L_1}}{\sqrt{L_2}} \\ &= \frac{\sqrt{20}}{\sqrt{5}} \\ &= \frac{\sqrt{4}}{1} \\ &= \frac{2}{1} \end{aligned}$$

 

Sebuah bandul bermassa m kg digantung pada seutas tali yang pangjangnya L cm bergetar selaras dengan amplitude A cm dan frekuensi 8 Hz. Pada saat simpangan bandul  $\frac{1}{3}$  Amplitudonya,  perbandingan  antara  energi  potensial  dan  energi kinetiknya adalah …
a. 8 : 1
b. 1 : 9
c. 3 : 1
d. 1 : 3
e. 1 : 8

Jawaban : e. 1 : 8

Pembahasan :
Diketahui :
$m = m$
$L = L \ cm$
$A = A \ cm$
$f = 8 \ Hz$
$y = \frac{1}{3} \ A$

Ditanya :
$Ep : Ek$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} \frac{Ep}{Ek} &= \frac{\frac{1}{2} \cdot k \cdot y^2}{\frac{1}{2} \cdot k \cdot (A^2 - y^2)} \\ &= \frac{y^2}{A^2-y^2} \\ &= \frac{\frac{1}{9} \cdot A^2}{A^2 - \frac{1}{9} \cdot A^2} \\ &= \frac{\frac{1}{9} \cdot A^2}{\frac{8}{9} \cdot A^2} \\ &= \frac{\frac{1}{9}}{\frac{8}{9}} \\ &= \frac{1}{9} \times \frac{9}{8} \\ &= \frac{1}{8} \end{aligned}$$