Pengantar Kinematika
Selamat datang di kumpulan soal fisika kinematika! Kinematika adalah cabang fisika yang mempelajari gerak benda tanpa memperhatikan penyebab geraknya (gaya). Konsep dasar kinematika meliputi posisi, perpindahan, jarak, kecepatan, kelajuan, dan percepatan. Memahami kinematika sangat penting untuk dasar-dasar fisika. Mari kita latih pemahaman Anda dengan kumpulan soal berikut.
I. Soal Pilihan Ganda
Pilihlah satu jawaban yang paling tepat (A, B, C, D, atau E).
- Sebuah benda dikatakan bergerak jika…
A. Posisinya berubah terhadap waktu dan titik acuan.
B. Posisinya tetap terhadap titik acuan.
C. Kecepatannya nol.
D. Percepatannya nol.
E. Memiliki massa. - Perbedaan antara jarak dan perpindahan adalah…
A. Jarak adalah besaran vektor, perpindahan besaran skalar.
B. Jarak adalah total lintasan, perpindahan adalah perubahan posisi.
C. Jarak selalu positif, perpindahan bisa negatif.
D. A dan B benar.
E. B dan C benar. - Satuan Sistem Internasional (SI) untuk kecepatan adalah…
A. m
B. s
C. m/s
D. m/s²
E. kg - Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan konstan 72 km/jam. Jika dinyatakan dalam m/s, kecepatannya adalah…
A. 10 m/s
B. 20 m/s
C. 30 m/s
D. 40 m/s
E. 50 m/s - Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak benda dengan…
A. Kecepatan berubah beraturan.
B. Percepatan konstan.
C. Kecepatan konstan.
D. Percepatan nol.
E. C dan D benar. - Rumus untuk menghitung perpindahan pada GLB adalah…
A. s = v₀t + 1/2at²
B. s = vt
C. v = v₀ + at
D. v² = v₀² + 2as
E. s = (v₀ + v)/2 * t - Sebuah sepeda motor menempuh jarak 180 km dalam waktu 3 jam. Kecepatan rata-rata sepeda motor tersebut adalah…
A. 30 km/jam
B. 45 km/jam
C. 60 km/jam
D. 75 km/jam
E. 90 km/jam - Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak benda dengan…
A. Kecepatan konstan.
B. Percepatan nol.
C. Percepatan konstan dan tidak nol.
D. Kecepatan berubah tidak beraturan.
E. Lintasan melengkung. - Berikut adalah salah satu persamaan gerak pada GLBB, kecuali…
A. v = v₀ + at
B. s = v₀t + 1/2at²
C. v² = v₀² + 2as
D. s = vt
E. Semua di atas adalah persamaan GLBB. - Sebuah bola dijatuhkan bebas dari ketinggian tertentu. Pernyataan yang benar mengenai gerak bola tersebut adalah…
A. Kecepatannya konstan.
B. Percepatannya nol.
C. Percepatannya adalah percepatan gravitasi.
D. Tidak ada pengaruh gravitasi.
E. Kecepatannya bertambah secara linear dengan waktu. - Sebuah benda dilempar vertikal ke atas. Pada titik tertinggi, kecepatan benda adalah…
A. Maksimum
B. Minimum
C. Nol
D. Sama dengan kecepatan awal
E. Sama dengan percepatan gravitasi - Grafik v-t (kecepatan terhadap waktu) untuk GLB adalah…
A. Garis lurus miring ke atas.
B. Garis lurus miring ke bawah.
C. Garis lurus horizontal.
D. Kurva parabola.
E. Garis lurus vertikal. - Jika sebuah benda bergerak dengan percepatan positif, maka…
A. Kecepatannya berkurang.
B. Kecepatannya konstan.
C. Kecepatannya bertambah.
D. Benda berhenti.
E. Benda bergerak mundur. - Sebuah mobil mula-mula diam, kemudian bergerak dengan percepatan 2 m/s². Kecepatan mobil setelah 5 detik adalah…
A. 5 m/s
B. 10 m/s
C. 15 m/s
D. 20 m/s
E. 25 m/s - Jarak yang ditempuh mobil pada soal nomor 14 setelah 5 detik adalah…
A. 12.5 m
B. 25 m
C. 50 m
D. 75 m
E. 100 m - Gerak parabola adalah perpaduan antara gerak…
A. GLB pada sumbu X dan GLBB pada sumbu Y.
B. GLBB pada sumbu X dan GLB pada sumbu Y.
C. GLB pada kedua sumbu.
D. GLBB pada kedua sumbu.
E. Gerak melingkar dan gerak lurus. - Pada gerak parabola, kecepatan horizontal (sumbu X) benda adalah…
A. Berubah secara beraturan.
B. Berubah tidak beraturan.
C. Konstan.
D. Nol.
E. Maksimum di titik tertinggi. - Sebuah peluru ditembakkan dengan kecepatan awal v₀ dan sudut elevasi θ. Waktu yang diperlukan peluru untuk mencapai titik tertinggi adalah…
A. (v₀ sinθ)/g
B. (v₀ cosθ)/g
C. (2v₀ sinθ)/g
D. (v₀² sin²θ)/(2g)
E. (v₀² sin2θ)/g - Sebuah benda dilempar horizontal dari ketinggian 45 m. Jika g = 10 m/s², waktu yang dibutuhkan benda untuk sampai ke tanah adalah…
A. 1 s
B. 2 s
C. 3 s
D. 4 s
E. 5 s - Sebuah partikel bergerak mengikuti persamaan posisi r = (2t + 4)i + (3t² – 2t)j, dengan r dalam meter dan t dalam detik. Kecepatan partikel pada t = 1 s adalah…
A. 2i + 4j m/s
B. 4i + 2j m/s
C. 2i + 6j m/s
D. 6i + 2j m/s
E. 4i + 4j m/s
II. Soal Isian Singkat
Isilah titik-titik di bawah ini dengan jawaban yang tepat.
- Cabang fisika yang mempelajari gerak tanpa memperhatikan penyebabnya disebut _______.
- Perubahan posisi suatu benda dalam selang waktu tertentu disebut _______.
- Gerak benda dengan percepatan konstan dan tidak nol disebut _______.
- Pada gerak jatuh bebas, kecepatan awal benda adalah _______.
- Rumus umum untuk menghitung percepatan rata-rata adalah ∆v / _______.
III. Soal Uraian
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jelas dan lengkap.
- Seorang anak berjalan 60 meter ke arah timur, kemudian berbelok dan berjalan 80 meter ke arah utara. Tentukan: (a) jarak total yang ditempuh anak tersebut, dan (b) besar perpindahan anak tersebut dari posisi awal.
- Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s dan mengalami percepatan konstan 2 m/s². Hitunglah kecepatan mobil setelah 5 detik dan jarak yang ditempuh mobil dalam waktu tersebut.
- Sebuah batu dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², hitunglah: (a) waktu yang dibutuhkan batu untuk mencapai titik tertinggi, dan (b) ketinggian maksimum yang dicapai batu.
- Jelaskan perbedaan mendasar antara Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Berikan masing-masing dua contoh fenomena gerak dalam kehidupan sehari-hari yang merepresentasikan GLB dan GLBB.
- Sebuah bola ditendang dengan kecepatan awal 30 m/s dan sudut elevasi 30° terhadap horizontal. Jika g = 10 m/s², hitunglah: (a) komponen kecepatan awal pada sumbu X dan Y, (b) waktu total bola di udara (waktu jangkauan), dan (c) jangkauan horizontal maksimum bola.
IV. Soal Menjodohkan
Jodohkanlah pernyataan di kolom kiri dengan konsep yang tepat di kolom kanan.
- Pernyataan: Gerak dengan kecepatan konstan. Konsep: …
- Pernyataan: Gerak benda yang lintasannya berbentuk parabola. Konsep: …
Kunci Jawaban dan Pembahasan
I. Pilihan Ganda
- 1. Jawaban: A
Pembahasan: Benda dikatakan bergerak jika posisinya berubah terhadap titik acuan dalam selang waktu tertentu. - 2. Jawaban: E
Pembahasan: Jarak adalah panjang lintasan total yang ditempuh (skalar dan selalu positif), sedangkan perpindahan adalah perubahan posisi dari titik awal ke titik akhir (vektor dan bisa positif, negatif, atau nol). - 3. Jawaban: C
Pembahasan: Satuan SI untuk kecepatan adalah meter per detik (m/s). - 4. Jawaban: B
Pembahasan: 72 km/jam = 72 * (1000 m / 3600 s) = 72 * (5/18) m/s = 4 * 5 m/s = 20 m/s. - 5. Jawaban: E
Pembahasan: GLB adalah gerak dengan kecepatan konstan, yang berarti percepatannya nol. - 6. Jawaban: B
Pembahasan: Pada GLB, kecepatan konstan, sehingga perpindahan (s) adalah kecepatan (v) dikalikan waktu (t). - 7. Jawaban: C
Pembahasan: Kecepatan rata-rata = Jarak / Waktu = 180 km / 3 jam = 60 km/jam. - 8. Jawaban: C
Pembahasan: GLBB adalah gerak dengan percepatan konstan dan tidak nol. - 9. Jawaban: D
Pembahasan: s = vt adalah rumus untuk GLB. Persamaan lainnya adalah untuk GLBB. - 10. Jawaban: C
Pembahasan: Pada gerak jatuh bebas, benda hanya dipengaruhi oleh gravitasi, sehingga percepatannya adalah percepatan gravitasi (g). - 11. Jawaban: C
Pembahasan: Pada titik tertinggi, benda sesaat berhenti sebelum akhirnya bergerak turun, sehingga kecepatannya nol. - 12. Jawaban: C
Pembahasan: Pada GLB, kecepatan konstan, sehingga grafik v-t berupa garis lurus horizontal. - 13. Jawaban: C
Pembahasan: Percepatan positif menunjukkan bahwa kecepatan benda bertambah. - 14. Jawaban: B
Pembahasan: v = v₀ + at = 0 + (2 m/s²)(5 s) = 10 m/s. - 15. Jawaban: B
Pembahasan: s = v₀t + 1/2at² = 0*(5) + 1/2*(2 m/s²)*(5 s)² = 0 + 1 * 25 m = 25 m. - 16. Jawaban: A
Pembahasan: Gerak parabola adalah perpaduan GLB pada sumbu horizontal (kecepatan konstan) dan GLBB pada sumbu vertikal (percepatan gravitasi). - 17. Jawaban: C
Pembahasan: Pada gerak parabola, tidak ada gaya horizontal yang bekerja (mengabaikan hambatan udara), sehingga kecepatan horizontal konstan. - 18. Jawaban: A
Pembahasan: Waktu mencapai titik tertinggi (t_max) dihitung dari komponen kecepatan vertikal: v_y = v₀ sinθ – gt. Pada titik tertinggi, v_y = 0, sehingga 0 = v₀ sinθ – gt_max, maka t_max = (v₀ sinθ)/g. - 19. Jawaban: C
Pembahasan: h = v₀t + 1/2gt². Karena dilempar horizontal, v₀y = 0. Jadi 45 = 0 + 1/2*(10)*t². 45 = 5t². t² = 9. t = 3 s. - 20. Jawaban: A
Pembahasan: Kecepatan adalah turunan pertama dari posisi terhadap waktu. v = dr/dt. r = (2t + 4)i + (3t² – 2t)j. v_x = d(2t+4)/dt = 2. v_y = d(3t²-2t)/dt = 6t – 2. Pada t = 1 s, v_x = 2 m/s. v_y = 6(1) – 2 = 4 m/s. Jadi v = 2i + 4j m/s.
II. Isian Singkat
- 1. Jawaban: Kinematika
- 2. Jawaban: Perpindahan
- 3. Jawaban: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
- 4. Jawaban: Nol
- 5. Jawaban: ∆t (perubahan waktu)
III. Uraian
- 1. Jawaban:
(a) Jarak total = 60 m (timur) + 80 m (utara) = 140 meter.
(b) Perpindahan adalah garis lurus dari titik awal ke titik akhir. Menggunakan teorema Pythagoras: Perpindahan = √(60² + 80²) = √(3600 + 6400) = √10000 = 100 meter. - 2. Jawaban:
Diketahui: v₀ = 10 m/s, a = 2 m/s², t = 5 s.
(a) Kecepatan akhir (v): v = v₀ + at = 10 + (2)(5) = 10 + 10 = 20 m/s.
(b) Jarak tempuh (s): s = v₀t + 1/2at² = (10)(5) + 1/2(2)(5)² = 50 + 1(25) = 50 + 25 = 75 meter. - 3. Jawaban:
Diketahui: v₀ = 20 m/s, g = 10 m/s².
(a) Waktu mencapai titik tertinggi (t_max): Pada titik tertinggi, v = 0. Menggunakan v = v₀ – gt (karena melawan gravitasi). 0 = 20 – 10t_max. 10t_max = 20. t_max = 2 detik.
(b) Ketinggian maksimum (h_max): Menggunakan h = v₀t – 1/2gt². h_max = (20)(2) – 1/2(10)(2)² = 40 – 1/2(10)(4) = 40 – 20 = 20 meter. (Atau pakai v² = v₀² – 2gh: 0² = 20² – 2(10)h. 0 = 400 – 20h. 20h = 400. h = 20 meter.) - 4. Jawaban:
Perbedaan mendasar:
– GLB (Gerak Lurus Beraturan): Gerak benda pada lintasan lurus dengan kecepatan konstan. Artinya, percepatannya adalah nol.
– GLBB (Gerak Lurus Berubah Beraturan): Gerak benda pada lintasan lurus dengan percepatan konstan (tidak nol). Artinya, kecepatan benda berubah secara beraturan (bertambah atau berkurang).
Contoh:
– GLB: Kereta api melaju di rel lurus dengan kecepatan stabil; mobil melaju di jalan tol dengan kecepatan jelajah konstan.
– GLBB: Buah jatuh dari pohon (dipercepat); mobil mengerem hingga berhenti (diperlambat); bola dilempar vertikal ke atas (diperlambat saat naik, dipercepat saat turun). - 5. Jawaban:
Diketahui: v₀ = 30 m/s, θ = 30°, g = 10 m/s².
(a) Komponen kecepatan awal:
– v₀x = v₀ cosθ = 30 cos30° = 30 * (√3/2) = 15√3 m/s.
– v₀y = v₀ sinθ = 30 sin30° = 30 * (1/2) = 15 m/s.
(b) Waktu total bola di udara (waktu jangkauan, T): T = 2 * (waktu ke titik tertinggi). Waktu ke titik tertinggi (t_max) = v₀y / g = 15 / 10 = 1.5 s. Jadi, T = 2 * 1.5 s = 3 detik.
(c) Jangkauan horizontal maksimum (X_max): X_max = v₀x * T = (15√3) * 3 = 45√3 meter.
IV. Menjodohkan
- 1. Pasangan: Gerak dengan kecepatan konstan → Gerak Lurus Beraturan (GLB)
- 2. Pasangan: Gerak benda yang lintasannya berbentuk parabola → Gerak Parabola