Menguasai Fisika Kelas 10 Semester 2 K13: Panduan Lengkap dengan Contoh Soal dan Pembahasan Mendalam

Fisika, sebagai ilmu yang mempelajari segala aspek alam semesta mulai dari partikel terkecil hingga pergerakan planet, seringkali dianggap menantang. Namun, dengan pemahaman konsep yang kuat dan latihan soal yang terarah, mata pelajaran ini bisa menjadi menarik dan mudah dikuasai. Terutama bagi siswa kelas 10 yang sedang menapaki jenjang SMA, semester 2 Kurikulum 2013 menghadirkan materi-materi fundamental yang menjadi dasar untuk pemahaman fisika di tingkat selanjutnya.

Artikel ini akan menjadi panduan komprehensif bagi siswa kelas 10 yang ingin menguasai materi fisika semester 2 Kurikulum 2013. Kita akan membahas beberapa topik kunci beserta contoh soal yang relevan, lengkap dengan pembahasan mendalam. Tujuannya adalah agar siswa tidak hanya menghafal rumus, tetapi benar-benar memahami logika di balik setiap penyelesaian soal.

Topik-Topik Kunci Fisika Kelas 10 Semester 2 K13

Kurikulum 2013 untuk fisika kelas 10 semester 2 umumnya mencakup beberapa bab penting, di antaranya:

1. Dinamika Gerak Lurus: Membahas tentang penyebab gerak, yaitu gaya. Konsep seperti Hukum Newton tentang Gerak, gaya gesek, dan gaya sentuh menjadi fokus utama.
2. Usaha dan Energi: Mempelajari bagaimana gaya dapat melakukan usaha, dan bagaimana usaha berhubungan dengan perubahan energi. Konsep energi kinetik, energi potensial, dan hukum kekekalan energi mekanik akan dibahas.
3. Dinamika Rotasi: Memperluas konsep gerak ke benda yang berputar. Konsep seperti torsi, momen inersia, dan energi kinetik rotasi akan diperkenalkan.
4. Penerapan Hukum Newton dalam Kehidupan Sehari-hari: Mengaitkan prinsip-prinsip dinamika gerak lurus dan rotasi dengan fenomena yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari.

Mari kita selami masing-masing topik ini dengan contoh soal yang mendalam.

Bab 1: Dinamika Gerak Lurus

Dinamika gerak lurus berfokus pada hukum-hukum Newton yang menjelaskan hubungan antara gaya, massa, dan percepatan.

Konsep Kunci:

• Hukum I Newton (Hukum Kelembaman): Benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan jika tidak ada resultan gaya yang bekerja padanya.
• Hukum II Newton: Percepatan yang dialami benda berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya ($Sigma F = m cdot a$).
• Hukum III Newton: Jika benda A memberikan gaya pada benda B, maka benda B akan memberikan gaya pada benda A yang besarnya sama dan arahnya berlawanan ($vecFAB = -vecFBA$).
• Gaya Gesek: Gaya yang melawan gerakan relatif antara dua permukaan yang bersentuhan. Ada gaya gesek statis (saat benda diam) dan gaya gesek kinetis (saat benda bergerak).

Contoh Soal 1:

Sebuah balok bermassa 5 kg ditarik di atas permukaan horizontal licin oleh gaya horizontal sebesar 20 N. Tentukan percepatan yang dialami balok tersebut!

Pembahasan Soal 1:

Dalam soal ini, permukaan dianggap licin, yang berarti gaya gesek diabaikan. Gaya yang bekerja pada balok hanya gaya tarik horizontal.

Diketahui:

• Massa balok ($m$) = 5 kg
• Gaya tarik horizontal ($F$) = 20 N

Ditanya: Percepatan balok ($a$)

Untuk menyelesaikan soal ini, kita menggunakan Hukum II Newton: $Sigma F = m cdot a$.

Karena hanya ada satu gaya horizontal yang bekerja, maka resultan gaya ($Sigma F$) sama dengan gaya tarik tersebut.

$20 , textN = 5 , textkg cdot a$

Untuk mencari $a$, kita pindahkan massa ke ruas kiri:

$a = frac20 , textN5 , textkg$

$a = 4 , textm/s^2$

Jadi, percepatan yang dialami balok tersebut adalah 4 m/s².

Contoh Soal 2:

Sebuah balok bermassa 10 kg berada di atas lantai mendatar. Koefisien gesek statis antara balok dan lantai adalah 0,4, dan koefisien gesek kinetisnya adalah 0,3. Jika balok ditarik dengan gaya horizontal 30 N, berapakah percepatan balok tersebut? (Gunakan $g = 10 , textm/s^2$)

Pembahasan Soal 2:

Soal ini melibatkan gaya gesek. Langkah pertama adalah menentukan apakah balok akan bergerak atau tetap diam. Ini tergantung pada gaya gesek statis maksimum.

Diketahui:

• Massa balok ($m$) = 10 kg
• Koefisien gesek statis ($mu_s$) = 0,4
• Koefisien gesek kinetis ($mu_k$) = 0,3
• Gaya tarik horizontal ($F_tarik$) = 30 N
• Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²

Ditanya: Percepatan balok ($a$)

Langkah 1: Hitung gaya normal ($N$).
Pada permukaan horizontal, gaya normal sama dengan gaya berat.
$N = w = m cdot g$
$N = 10 , textkg cdot 10 , textm/s^2$
$N = 100 , textN$

Langkah 2: Hitung gaya gesek statis maksimum ($fs,maks$).
$fs,maks = mus cdot N$
$fs,maks = 0,4 cdot 100 , textN$
$f_s,maks = 40 , textN$

Langkah 3: Bandingkan gaya tarik dengan gaya gesek statis maksimum.
Gaya tarik ($Ftarik$) = 30 N.
Gaya gesek statis maksimum ($fs,maks$) = 40 N.
Karena $Ftarik < fs,maks$ (30 N < 40 N), maka balok tidak bergerak. Gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis yang besarnya sama dengan gaya tarik agar balok tetap diam.

Jika balok tidak bergerak, maka percepatannya adalah 0 m/s².

Analisis Tambahan:
Jika gaya tarik lebih besar dari atau sama dengan gaya gesek statis maksimum, maka balok akan bergerak. Dalam kasus tersebut, kita akan menggunakan gaya gesek kinetis.
Misalkan gaya tarik adalah 50 N.
Maka, $Ftarik > fs,maks$ (50 N > 40 N), balok bergerak.
Hitung gaya gesek kinetis ($f_k$):
$f_k = mu_k cdot N$
$f_k = 0,3 cdot 100 , textN$
$f_k = 30 , textN$

Gunakan Hukum II Newton: $Sigma F = m cdot a$
Resultan gaya horizontal adalah gaya tarik dikurangi gaya gesek kinetis (karena gaya gesek kinetis selalu melawan arah gerak).
$Sigma F = F_tarik – f_k$
$50 , textN – 30 , textN = 10 , textkg cdot a$
$20 , textN = 10 , textkg cdot a$
$a = frac20 , textN10 , textkg$
$a = 2 , textm/s^2$

Ini menunjukkan pentingnya memeriksa kondisi awal (apakah benda bergerak atau diam) sebelum menerapkan Hukum II Newton untuk menghitung percepatan.

Bab 2: Usaha dan Energi

Bab ini memperkenalkan konsep usaha yang dilakukan oleh gaya dan bagaimana usaha tersebut mengubah energi suatu benda.

Konsep Kunci:

• Usaha ($W$): Hasil kali antara gaya dan perpindahan pada arah yang sama. Jika gaya dan perpindahan membentuk sudut, maka $W = F cdot s cdot cos theta$. Satuan usaha adalah Joule (J).
• Energi Kinetik ($EK$): Energi yang dimiliki benda karena geraknya. $EK = frac12 m v^2$.
• Energi Potensial Gravitasi ($EP_g$): Energi yang dimiliki benda karena posisinya terhadap suatu acuan. $EP_g = m cdot g cdot h$.
• Hukum Kekekalan Energi Mekanik: Jika hanya gaya konservatif (seperti gravitasi dan gaya pegas) yang melakukan usaha, maka jumlah energi kinetik dan energi potensial suatu sistem selalu konstan. $EK1 + EPg1 = EK2 + EPg2$.

Contoh Soal 3:

Sebuah bola bermassa 2 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Tentukan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi saat bola mencapai ketinggian maksimum! (Gunakan $g = 10 , textm/s^2$)

Pembahasan Soal 3:

Saat bola mencapai ketinggian maksimum, kecepatannya adalah 0 m/s. Kita bisa menggunakan teorema usaha-energi kinetik atau menghitung perubahan energi potensial.

Diketahui:

• Massa bola ($m$) = 2 kg
• Kecepatan awal ($v_1$) = 10 m/s
• Kecepatan akhir ($v_2$) = 0 m/s (di ketinggian maksimum)
• Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²

Ditanya: Usaha oleh gaya gravitasi ($W_g$)

Metode 1: Menggunakan Teorema Usaha-Energi Kinetik
Usaha total yang dilakukan pada benda sama dengan perubahan energi kinetiknya.
$W_total = Delta EK = EK_2 – EK1$
$Wtotal = frac12 m v_2^2 – frac12 m v1^2$
$Wtotal = frac12 (2 , textkg) (0 , textm/s)^2 – frac12 (2 , textkg) (10 , textm/s)^2$
$Wtotal = 0 – frac12 (2 , textkg) (100 , textm^2/texts^2)$
$Wtotal = -100 , textJ$

Gaya yang bekerja pada bola selama pergerakan vertikal ke atas hanyalah gaya gravitasi (mengabaikan hambatan udara). Jadi, usaha total sama dengan usaha oleh gaya gravitasi.
$W_g = -100 , textJ$

Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya gravitasi berlawanan arah dengan perpindahan bola (yang menuju ke atas).

Metode 2: Menghitung Perubahan Energi Potensial
Pertama, kita perlu mencari ketinggian maksimum yang dicapai bola. Kita bisa menggunakan persamaan gerak lurus berubah beraturan:
$v_2^2 = v_1^2 + 2 a Delta y$
Di sini, $a = -g = -10 , textm/s^2$ (karena gaya gravitasi berlawanan arah dengan gerakan ke atas).
$0^2 = (10 , textm/s)^2 + 2 (-10 , textm/s^2) Delta y$
$0 = 100 , textm^2/texts^2 – 20 , textm/s^2 cdot Delta y$
$20 , textm/s^2 cdot Delta y = 100 , textm^2/texts^2$
$Delta y = frac100 , textm^2/texts^220 , textm/s^2$
$Delta y = 5 , textm$

Jadi, ketinggian maksimum yang dicapai bola adalah 5 meter.
Usaha oleh gaya gravitasi adalah perubahan energi potensial gravitasinya (dengan tanda berlawanan karena gaya gravitasi ke bawah, sedangkan perpindahan ke atas).
$W_g = – Delta EPg = – (EPg,akhir – EPg,awal)$
Misalkan ketinggian awal bola adalah 0 m.
$EPg,awal = m cdot g cdot hawal = 2 , textkg cdot 10 , textm/s^2 cdot 0 , textm = 0 , textJ$
$EPg,akhir = m cdot g cdot h_akhir = 2 , textkg cdot 10 , textm/s^2 cdot 5 , textm = 100 , textJ$
$W_g = – (100 , textJ – 0 , textJ)$
$W_g = -100 , textJ$

Kedua metode memberikan hasil yang sama. Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi saat bola mencapai ketinggian maksimum adalah -100 Joule.

Contoh Soal 4:

Sebuah balok bermassa 4 kg meluncur dari keadaan diam menuruni sebuah bidang miring dengan ketinggian 10 meter. Koefisien gesek kinetis antara balok dan bidang miring adalah 0,2. Tentukan kecepatan balok saat mencapai dasar bidang miring! (Gunakan $g = 10 , textm/s^2$)

Pembahasan Soal 4:

Soal ini melibatkan perubahan energi potensial menjadi energi kinetik, namun juga ada usaha yang dilakukan oleh gaya gesek yang mengurangi energi mekanik. Kita akan menggunakan konsep energi mekanik dan usaha oleh gaya non-konservatif (gaya gesek).

Diketahui:

• Massa balok ($m$) = 4 kg
• Ketinggian awal ($h_1$) = 10 m
• Kecepatan awal ($v_1$) = 0 m/s (diam)
• Koefisien gesek kinetis ($mu_k$) = 0,2
• Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²

Ditanya: Kecepatan akhir balok ($v_2$)

Langkah 1: Hitung gaya normal pada bidang miring.
Sudut kemiringan bidang miring tidak diketahui secara langsung, tapi kita bisa menghubungkannya dengan ketinggian dan panjang lintasan. Mari kita asumsikan sudut kemiringan adalah $theta$.
Gaya berat ($w = mg$) memiliki komponen sejajar bidang miring ($w sin theta$) dan komponen tegak lurus bidang miring ($w cos theta$).
Gaya normal ($N$) berlawanan arah dengan komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring.
$N = w cos theta = m g cos theta$

Langkah 2: Hitung gaya gesek kinetis.
$f_k = mu_k cdot N = mu_k cdot m g cos theta$

Langkah 3: Hitung usaha yang dilakukan oleh gaya gesek.
Usaha oleh gaya gesek adalah $W_f = -f_k cdot s$, di mana $s$ adalah panjang lintasan bidang miring. Tanda negatif karena gaya gesek melawan arah gerak.
$W_f = – (mu_k cdot m g cos theta) cdot s$

Dari geometri bidang miring, kita tahu bahwa $sin theta = fractexttinggitextpanjang lintasan = frach_1s$ dan $cos theta = fractextalastextpanjang lintasan$.
Namun, kita bisa juga menghubungkan usaha gesek dengan ketinggian dan koefisien gesek.
Perhatikan bahwa $f_k cdot s cdot cos theta = mu_k cdot N cdot s cdot cos theta = mu_k cdot (m g cos theta) cdot s cdot cos theta$. Ini tidak langsung membantu.

Mari kita gunakan hubungan yang lebih langsung. Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek di sepanjang lintasan $s$ adalah $f_k cdot s$.
$f_k = mu_k cdot N$. Pada bidang miring, $N = mg cos theta$.
Panjang lintasan $s$.
Usaha gesek $W_f = -f_k cdot s = – mu_k cdot mg cos theta cdot s$.
Kita tahu bahwa $cos theta cdot s$ adalah panjang alas dari segitiga siku-siku bidang miring. Ini tidak secara langsung $h_1$.

Mari kita kembali ke konsep energi mekanik.
Energi Mekanik Awal ($EM_1$) = Energi Mekanik Akhir ($EM2$) + Usaha oleh Gaya Non-Konservatif ($Wnc$)
$EK1 + EPg1 = EK2 + EPg2 + W_f$

Kita tahu:
$EK_1 = frac12 m v1^2 = frac12 (4 , textkg) (0 , textm/s)^2 = 0 , textJ$
$EPg1 = m g h_1 = 4 , textkg cdot 10 , textm/s^2 cdot 10 , textm = 400 , textJ$
$EK_2 = frac12 m v2^2$ (ini yang ingin kita cari)
$EPg2 = m g h_2$. Di dasar bidang miring, kita bisa anggap $h2 = 0$, jadi $EPg2 = 0 , textJ$.

Sekarang kita perlu menghitung usaha oleh gaya gesek ($W_f$).
$W_f = -f_k cdot s = -(mu_k cdot N) cdot s$.
Pada bidang miring, komponen gaya berat yang tegak lurus bidang adalah $mg cos theta$. Jadi $N = mg cos theta$.
$W_f = – (mu_k cdot mg cos theta) cdot s$.
Hubungan antara ketinggian ($h_1$), panjang lintasan ($s$), dan sudut ($theta$) adalah: $h_1 = s sin theta$.
Dan $cos theta$ bisa dihitung jika kita tahu $s$.
Namun, kita bisa menyederhanakan ini.
Gaya normal $N$ adalah komponen gaya berat yang tegak lurus bidang. Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek adalah gaya gesek dikali jarak.
$W_f = -mu_k cdot N cdot s$.
Perhatikan bahwa $N cdot s$ ini adalah perkalian gaya normal dengan jarak tempuh.
Jika kita melihat komponen gaya berat, gaya normalnya adalah $mg cos theta$.
Usaha geseknya adalah $W_f = -mu_k cdot (mg cos theta) cdot s$.

Ada cara yang lebih langsung untuk menghitung usaha gesek pada bidang miring jika koefisien gesek dan ketinggian diketahui.
Usaha oleh gaya gesek adalah $W_f = -mu_k cdot N cdot s$.
Pada bidang miring, $N = mg cos theta$.
Maka $W_f = -mu_k cdot mg cos theta cdot s$.
Kita tahu $h_1 = s sin theta$.

Mari kita gunakan hubungan energi.
$EM_1 = mgh_1 + frac12mv_1^2 = 4 cdot 10 cdot 10 + 0 = 400 , textJ$.
Pada bidang miring, gaya normal $N = mg cos theta$.
Usaha gesek $W_f = -mu_k N s = -mu_k (mg cos theta) s$.
Kita tahu $h_1 = s sin theta$.
Mari kita perhatikan hubungan antara $mu_k, cos theta, s,$ dan $h_1$.
$W_f = -mu_k cdot mg cdot (s cos theta)$.
Perhatikan bahwa $s cos theta$ adalah panjang alas dari bidang miring.
Jika kita tidak tahu sudutnya, kita perlu mencari $s$.
Dari $h_1 = s sin theta$, kita perlu $sin theta$.
Namun, ada cara umum untuk menghitung usaha gesek pada bidang miring:
Usaha gesek = $-mu_k cdot (textgaya normal) cdot (textpanjang lintasan)$.
Jika kita tidak tahu sudut, kita tidak bisa langsung menghitung $N$.

Revisi Pendekatan untuk Soal 4:
Kita perlu menemukan panjang lintasan $s$ atau sudut $theta$. Jika tidak diberikan, ada kemungkinan ada informasi yang bisa disimpulkan atau ada cara lain.
Biasanya, soal seperti ini akan memberikan informasi yang cukup. Jika tidak, mari kita asumsikan ada informasi yang hilang atau kita perlu mengasumsikan sesuatu.

Asumsi (jika soal tidak lengkap):
Jika soal ini berasal dari buku teks, biasanya ada gambar yang menyertai atau informasi yang memadai. Jika tidak, mari kita perhatikan bahwa terkadang soal menguji pemahaman konsep, bukan perhitungan yang rumit jika informasi kurang.

Kembali ke Konsep Energi Mekanik:
$EM_1 = EM2 + Wnc$
$mgh_1 + frac12mv_1^2 = mgh_2 + frac12mv_2^2 + W_f$
$400 , textJ + 0 = 0 + frac12(4 , textkg)v_2^2 + W_f$
$400 , textJ = 2 v_2^2 + W_f$

Kita perlu $W_f = -f_k cdot s = -mu_k cdot N cdot s$.
$N = mg cos theta$.
$W_f = -mu_k cdot mg cos theta cdot s$.
Kita tahu $h_1 = s sin theta$.

Jika kita tidak memiliki sudut, kita tidak bisa menghitung $N$ atau $s$ secara terpisah.
Perlu Dicatat: Soal fisika yang baik biasanya menyediakan semua informasi yang diperlukan. Jika soal ini benar-benar seperti ini, mungkin ada konsep yang terlewatkan atau ada nilai yang bisa diasumsikan (meskipun ini kurang ideal).

Alternatif jika sudut tidak diketahui:
Beberapa soal mungkin menyederhanakan dengan memberikan gaya gesek langsung, atau memberikan panjang lintasan.
Jika kita mengasumsikan bidang miring memiliki sudut tertentu, misalnya 30 derajat, maka:
$cos 30^circ = fracsqrt32 approx 0.866$.
$N = 4 cdot 10 cdot cos 30^circ = 40 cdot 0.866 = 34.64 , textN$.
$f_k = 0.2 cdot 34.64 = 6.928 , textN$.
$sin 30^circ = 0.5$.
$s = frach_1sin theta = frac10 , textm0.5 = 20 , textm$.
$W_f = -f_k cdot s = -6.928 , textN cdot 20 , textm = -138.56 , textJ$.

Maka, $400 , textJ = 2 v_2^2 – 138.56 , textJ$.
$2 v_2^2 = 400 + 138.56 = 538.56 , textJ$.
$v_2^2 = frac538.562 = 269.28 , textm^2/texts^2$.
$v_2 = sqrt269.28 approx 16.41 , textm/s$.

Pentingnya Informasi Lengkap:
Soal ini menunjukkan bahwa informasi sudut kemiringan atau panjang lintasan bidang miring sangat penting untuk menyelesaikan soal ini secara akurat jika gaya gesek terlibat. Tanpa informasi tersebut, kita hanya bisa memberikan solusi parsial atau dengan asumsi.

Jika kita harus menjawab tanpa informasi tambahan:
Kita bisa menyajikan jawaban dalam bentuk persamaan:
$v_2 = sqrtfrac2m (mgh_1 – mu_k m g s cos theta)$
Atau, $v_2 = sqrt2gh_1 – 2 mu_k g s cos theta$.

Namun, dalam konteks soal ujian, informasi yang hilang kemungkinan adalah kesalahan penulisan soal.
Mari kita ubah soal ini agar lebih lengkap untuk demonstrasi.

Soal 4 (Revisi dengan informasi lengkap):
Sebuah balok bermassa 4 kg meluncur dari keadaan diam menuruni sebuah bidang miring yang panjangnya 20 meter. Ketinggian vertikal bidang miring tersebut adalah 10 meter. Koefisien gesek kinetis antara balok dan bidang miring adalah 0,2. Tentukan kecepatan balok saat mencapai dasar bidang miring! (Gunakan $g = 10 , textm/s^2$)

Pembahasan Soal 4 (Revisi):
Sekarang kita punya panjang lintasan ($s$) dan ketinggian ($h_1$).

Diketahui:

• Massa balok ($m$) = 4 kg
• Panjang lintasan ($s$) = 20 m
• Ketinggian awal ($h_1$) = 10 m
• Kecepatan awal ($v_1$) = 0 m/s
• Koefisien gesek kinetis ($mu_k$) = 0,2
• Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²

Ditanya: Kecepatan akhir balok ($v_2$)

Langkah 1: Cari sudut kemiringan ($theta$).
$sin theta = frach_1s = frac10 , textm20 , textm = 0.5$.
Dari $sin theta = 0.5$, maka $theta = 30^circ$.
$cos theta = cos 30^circ = fracsqrt32 approx 0.866$.

Langkah 2: Hitung gaya normal ($N$).
$N = m g cos theta$
$N = 4 , textkg cdot 10 , textm/s^2 cdot cos 30^circ$
$N = 40 , textN cdot fracsqrt32 = 20sqrt3 , textN approx 34.64 , textN$.

Langkah 3: Hitung gaya gesek kinetis ($f_k$).
$f_k = mu_k cdot N$
$f_k = 0.2 cdot 20sqrt3 , textN = 4sqrt3 , textN approx 6.93 , textN$.

Langkah 4: Hitung usaha yang dilakukan oleh gaya gesek ($W_f$).
$W_f = -f_k cdot s$
$W_f = -(4sqrt3 , textN) cdot (20 , textm)$
$W_f = -80sqrt3 , textJ approx -138.56 , textJ$.

Langkah 5: Gunakan persamaan kekekalan energi mekanik dengan usaha gaya non-konservatif.
$EM1 + Wnc = EM_2$
$EK1 + EPg1 + W_f = EK2 + EPg2$
$0 + mgh_1 + W_f = frac12mv_2^2 + 0$
$4 , textkg cdot 10 , textm/s^2 cdot 10 , textm + (-80sqrt3 , textJ) = frac12 (4 , textkg) v_2^2$
$400 , textJ – 80sqrt3 , textJ = 2 v_2^2$
$2 v_2^2 = 400 – 80sqrt3 , textJ$
$v_2^2 = 200 – 40sqrt3 , textm^2/texts^2$
$v_2^2 approx 200 – 40 cdot 1.732 = 200 – 69.28 = 130.72 , textm^2/texts^2$
$v_2 = sqrt130.72 approx 11.43 , textm/s$.

Jadi, kecepatan balok saat mencapai dasar bidang miring adalah sekitar 11.43 m/s.

Bab 3: Dinamika Rotasi

Dinamika rotasi mempelajari gerak benda yang berputar pada sumbu tertentu.

Konsep Kunci:

• Torsi ($tau$): Tendensi gaya untuk memutar benda. $tau = r cdot F cdot sin phi$, di mana $r$ adalah jarak dari poros putar ke titik kerja gaya, $F$ adalah gaya, dan $phi$ adalah sudut antara vektor posisi dan vektor gaya.
• Momen Inersia ($I$): Ukuran kelembaman benda terhadap perubahan kecepatan sudutnya. Nilainya bergantung pada massa dan distribusi massa benda relatif terhadap sumbu rotasi.
• Hukum II Newton untuk Rotasi: Torsi total yang bekerja pada benda sama dengan hasil kali momen inersia dan percepatan sudutnya ($Sigma tau = I cdot alpha$).
• Energi Kinetik Rotasi ($EK_rot$): Energi yang dimiliki benda karena rotasinya. $EK_rot = frac12 I omega^2$, di mana $omega$ adalah kecepatan sudut.

Contoh Soal 5:

Sebuah silinder pejal berjari-jari 0,5 m dan bermassa 2 kg diputar oleh sebuah gaya tangensial sebesar 10 N yang bekerja di tepi silinder. Tentukan percepatan sudut silinder tersebut! (Momen inersia silinder pejal adalah $I = frac12 m r^2$).

Pembahasan Soal 5:

Dalam soal ini, gaya bekerja tangensial, yang berarti sudut antara jari-jari dan gaya adalah 90 derajat ($sin 90^circ = 1$).

Diketahui:

• Jari-jari silinder ($r$) = 0,5 m
• Massa silinder ($m$) = 2 kg
• Gaya tangensial ($F$) = 10 N
• Momen inersia silinder pejal ($I$) = $frac12 m r^2$

Ditanya: Percepatan sudut ($alpha$)

Langkah 1: Hitung momen inersia silinder.
$I = frac12 m r^2$
$I = frac12 (2 , textkg) (0,5 , textm)^2$
$I = 1 , textkg cdot 0,25 , textm^2$
$I = 0,25 , textkg m^2$.

Langkah 2: Hitung torsi yang bekerja.
Karena gaya bekerja tangensial pada tepi, $phi = 90^circ$, maka $sin phi = 1$.
$tau = r cdot F cdot sin phi$
$tau = (0,5 , textm) cdot (10 , textN) cdot 1$
$tau = 5 , textNm$.

Langkah 3: Gunakan Hukum II Newton untuk Rotasi.
$Sigma tau = I cdot alpha$
$5 , textNm = (0,25 , textkg m^2) cdot alpha$

Langkah 4: Cari percepatan sudut.
$alpha = frac5 , textNm0,25 , textkg m^2$
$alpha = 20 , textrad/s^2$.

Jadi, percepatan sudut silinder tersebut adalah 20 rad/s².

Penutup

Menguasai fisika kelas 10 semester 2 K13 memerlukan pemahaman konsep yang kuat dan latihan soal yang konsisten. Materi seperti dinamika gerak lurus, usaha dan energi, serta dinamika rotasi adalah pondasi penting. Dengan mempelajari contoh-contoh soal yang telah dibahas, siswa diharapkan dapat lebih percaya diri dalam menghadapi berbagai tipe soal, baik di sekolah maupun dalam ujian.

Ingatlah bahwa kunci utama dalam fisika adalah memahami "mengapa" di balik setiap rumus dan prinsip. Jangan ragu untuk bertanya kepada guru, berdiskusi dengan teman, dan terus berlatih. Semakin sering Anda berlatih, semakin mudah Anda akan melihat pola dan menerapkan konsep fisika dalam penyelesaian masalah. Selamat belajar!