Deteksi Kemampuan Awal TKA Fisika: Soal Nomor 21-24 Proyek Robot & Drone

Cermati informasi berikut untuk menjawab soal nomor 21–24!

Projek 1 – Robot Pembersih

Robot pembersih dirancang bergerak linear membersihkan lantai bengkel. Data roda: massa 0,25 kg, diameter 10,5 cm, massa jenis bahan 7,8 g/cm³. Pelat rangka: panjang 20,4 cm, lebar 5,0 cm.

Grafik Posisi Robot Terhadap Waktu

Grafik Posisi (x) terhadap Waktu (t) Robot

Projek 2 – Desain Sayap Drone

Sayap drone: kecepatan udara atas 20 m/s, bawah 10 m/s, massa jenis udara 1,2 kg/m³.

Rumus Bernoulli:
\[ \Delta P = \tfrac{1}{2} \rho (v_{\text{atas}}^2 - v_{\text{bawah}}^2), \quad F_A = \Delta P \]

Grafik Gaya Angkat terhadap Kecepatan Udara Atas

Semakin cepat aliran udara di atas sayap, semakin besar gaya angkat

Projek 3 – Sistem Pengecatan Otomatis

Partikel cat \(q_1 = 2,0 \times 10^{-6}\,\text{C}\) disemprotkan ke logam \(q_2 = -3,0 \times 10^{-6}\,\text{C}\), jarak 0,03 m.

Rumus Coulomb:
\[ F = k \cdot \frac{|q_1 q_2|}{r^2}, \quad k = 9,0 \times 10^9 \,\text{N·m}^2/\text{C}^2 \]

Grafik Gaya Coulomb terhadap Jarak

Semakin jauh jarak, semakin kecil gaya Coulomb

Soal Interaktif

Soal 21:

Berdasarkan data desain sayap mini drone, gaya angkat per satuan luas adalah:

A. 180 N/m²
B. 120 N/m²
C. 90 N/m²
D. 60 N/m²
E. 30 N/m²

\[ \Delta P = \tfrac{1}{2} \cdot 1.2 (20^2 - 10^2) = 180 \,\text{N/m}^2 \]

Soal 22:

Langkah apa yang dapat dilakukan untuk menghasilkan gaya tarik sebesar \(4F\)?

Muatan \(q_1\) dan \(q_2\) masing-masing digandakan, jarak tetap
Jarak dijadikan setengah dari semula, muatan tetap
Muatan \(q_1\) digandakan, jarak dijadikan dua kali semula
Muatan \(q_1, q_2\), dan jarak \(r\) digandakan
Jarak dijadikan empat kali semula

\[ F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}, \quad F' = 4F \]

Soal 23:

Pernyataan yang benar terkait eksperimen pengecatan otomatis:

Gaya tarik-menarik antara kedua muatan adalah 60 N
Jika jarak dijadikan 2 kali semula, gaya menjadi 15 N
Gaya bersifat tolak-menolak karena muatan berbeda
Jika muatan positif diganti \(1{,}0 \times 10^{-6}\,\text{C}\), gaya menjadi 40 N
Arah gaya pada partikel cat menuju komponen logam

\[ F = 60 \,\text{N}, \quad F' = 15 \,\text{N}, \quad \text{arah menuju logam} \]

Soal 24:

Berdasarkan grafik posisi terhadap waktu, kesimpulan yang benar:

Kecepatan tertinggi robot terjadi antara \(t = 2\ \text{s}\) dan \(t = 4\ \text{s}\)
Kecepatan robot interval 0–2 s lebih besar daripada interval 4–6 s
Robot bergerak mundur dengan kelajuan terbesar interval 6–8 s
Robot tidak pernah bergerak dengan kecepatan konstan
Jarak total yang ditempuh robot adalah 12 meter

\[ v_{2-4s} = 3\,\text{m/s}, \quad v_{6-8s} = -1.5\,\text{m/s}, \quad x_{\text{total}} = 12\,\text{m} \]