Sebuah pipa horizontal memiliki diameter yang berbeda di dua tempat. Di tempat pertama, luas penampangnya adalah 0,04 m² dan fluida mengalir dengan kecepatan 5 m/s. Di tempat kedua, luas penampangnya adalah 0,01 m². Tentukan kecepatan fluida di tempat kedua!
Berikut adalah contoh soal Fisika kelas 11 semester 2 beserta jawaban dan pembahasannya.
**Soal 1: Hukum Bernoulli**
Sebuah pipa horizontal memiliki diameter yang berbeda di dua tempat. Di tempat pertama, luas penampangnya adalah 0,04 m² dan fluida mengalir dengan kecepatan 5 m/s. Di tempat kedua, luas penampangnya adalah 0,01 m². Tentukan kecepatan fluida di tempat kedua!
**Jawaban:**
Diketahui:
- \( A_1 = 0,04 \, \text{m}^2 \)
- \( v_1 = 5 \, \text{m/s} \)
- \( A_2 = 0,01 \, \text{m}^2 \)
Berdasarkan hukum kontinuitas:
\[
A_1 v_1 = A_2 v_2
\]
\[
v_2 = \frac{A_1 v_1}{A_2} = \frac{0,04 \times 5}{0,01} = 20 \, \text{m/s}
\]
**Pembahasan:**
Hukum kontinuitas menyatakan bahwa aliran fluida dalam pipa yang tidak dapat dimampatkan akan tetap konstan di semua titik. Dengan menggunakan persamaan \( A_1 v_1 = A_2 v_2 \), kita bisa menghitung kecepatan fluida di titik kedua.
---
**Soal 2: Hukum Hooke**
Sebuah pegas dengan konstanta pegas \( k = 200 \, \text{N/m} \) ditarik hingga bertambah panjang 10 cm. Tentukan gaya yang diperlukan untuk menarik pegas tersebut!
**Jawaban:**
Diketahui:
- \( k = 200 \, \text{N/m} \)
- \( \Delta x = 10 \, \text{cm} = 0,1 \, \text{m} \)
Menggunakan hukum Hooke:
\[
F = k \Delta x
\]
\[
F = 200 \times 0,1 = 20 \, \text{N}
\]
**Pembahasan:**
Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya yang diperlukan untuk menarik atau menekan pegas sebanding dengan perubahan panjang pegas. Persamaannya adalah \( F = k \Delta x \), di mana \( F \) adalah gaya, \( k \) adalah konstanta pegas, dan \( \Delta x \) adalah perubahan panjang pegas.
---
**Soal 3: Energi Kinetik**
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Hitung energi kinetik benda tersebut!
**Jawaban:**
Diketahui:
- \( m = 2 \, \text{kg} \)
- \( v = 10 \, \text{m/s} \)
Energi kinetik dirumuskan sebagai:
\[
E_k = \frac{1}{2} m v^2
\]
\[
E_k = \frac{1}{2} \times 2 \times 10^2 = 100 \, \text{J}
\]
**Pembahasan:**
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerakannya. Energi kinetik dihitung menggunakan rumus \( E_k = \frac{1}{2} m v^2 \), di mana \( m \) adalah massa benda dan \( v \) adalah kecepatan benda.
---
**Soal 4: Hukum Newton**
Sebuah benda bermassa 4 kg diberi gaya sebesar 12 N. Berapakah percepatan yang dialami benda tersebut?
**Jawaban:**
Diketahui:
- \( m = 4 \, \text{kg} \)
- \( F = 12 \, \text{N} \)
Menggunakan hukum Newton II:
\[
F = m a
\]
\[
a = \frac{F}{m} = \frac{12}{4} = 3 \, \text{m/s}^2
\]
**Pembahasan:**
Hukum Newton II menyatakan bahwa percepatan yang dialami oleh suatu benda sebanding dengan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massa benda. Rumusnya adalah \( F = ma \), di mana \( F \) adalah gaya, \( m \) adalah massa, dan \( a \) adalah percepatan.
---
**Soal 5: Gerak Melingkar**
Sebuah benda bermassa 0,5 kg bergerak melingkar dengan jari-jari lintasan 2 meter. Jika kecepatan linear benda 4 m/s, berapakah gaya sentripetal yang bekerja pada benda tersebut?
**Jawaban:**
Diketahui:
- \( m = 0,5 \, \text{kg} \)
- \( v = 4 \, \text{m/s} \)
- \( r = 2 \, \text{m} \)
Menggunakan rumus gaya sentripetal:
\[
F_s = \frac{m v^2}{r}
\]
\[
F_s = \frac{0,5 \times 4^2}{2} = \frac{0,5 \times 16}{2} = 4 \, \text{N}
\]
**Pembahasan:**
Gaya sentripetal adalah gaya yang arahnya menuju pusat lingkaran dan bertanggung jawab atas gerak melingkar benda. Rumus gaya sentripetal adalah \( F_s = \frac{m v^2}{r} \), di mana \( m \) adalah massa, \( v \) adalah kecepatan linear, dan \( r \) adalah jari-jari lintasan.
---
Semoga soal-soal ini membantu untuk pembelajaran fisika di kelas 11 semester 2!
