Bank Soal Fisika SMA Titik Berat

Diketahui:

Bangun tiga dimensi pada sumbu-$X$ dan sumbu-$Y$.

Ditanya:

Titik berat bangun yang diarsir $\left(x,y\right)=?$

Dijawab:

Titik berat suatu benda adalah pusat masa suatu benda. Bangun pada soal merupakan bangun tiga dimensi yang memiliki volume $\left(V\right)$. Bangun tiga dimensi pada soal merupakan bangun yang tidak homogen, sehingga dapat dicari dengan melihat bangun-bangun homogen yang membentuk bangun tersebut. Karena bangun pada soal merupakan bangun tiga dimensi, maka titik beratnya dapat dicari dengan persamaan berikut.

$x=\frac{x_1V_1-x_2V_2}{V_1-V_2}$

$y=\frac{y_1V_1-y_2V_2}{V_1-V_2}$

Bangun tersebut merupakan bangun silinder yang memiliki lubang berbentuk kerucut.

Jika dilihat, diameter silinder dan diameter kerucut memiliki nilai yang sama, yaitu 24 cm. Untuk bangun tiga dimensi berbentuk silinder dan kerucut, titik berat koordinat $x$ nya berada di setengah diameter. Jadi titik berat koordinat $x$ nya adalah sebagai berikut.

$x=\frac{1}{2}D$

$x=\frac{1}{2}\left(24\right)$

$x=12$ cm

Sedangkan untuk koordinat $y$ nya dapat dicari satu per satu dengan menandakan daerah yang biru sebagai bangun 1, dan daerah yang ungu sebagai bangun 2.

Untuk titik berat koordinat $y$ pada bangun 1 (silinder) dapat dicari dengan persamaan berikut.

$y_1=\frac{1}{2}t$

$y_1=\frac{1}{2}\left(24\right)$

$y_1=12$ cm

Untuk titik berat koordinat $y$ pada bangun 2 (kerucut) dapat dicari dengan persamaan berikut.

$y_2=\frac{3}{4}t+12$ ($\frac{3}{4}$ karena bentuk kerucutnya terbalik. Ditambah 12 karena titik terendah bangun kerucutnya ada pada titik y = 12)

$y_2=\frac{3}{4}\left(24-12\right)+12$

$y_2=\frac{3}{4}\left(12\right)+12$

$y_2=9+12$

$y_2=21$ cm

Kemudian cari titik berat koordinat $y$ gabungan dari kedua bangun tersebut dengan persamaan berikut.

$y=\frac{y_1V_1-y_2V_2}{V_1-V_2}$

$y=\frac{\left(12\right)\left(\pi r^2t_{\text{s}}\right)-\left(21\right)\left(\frac{1}{3}\pi r^2t_{\text{k}}\right)}{\left(\pi r^2t_{\text{s}}\right)-\left(\frac{1}{3}\pi r^2t_{\text{k}}\right)}$

$y=\frac{\pi r^2\left(12t_{\text{s}}-7t_{\text{k}}\right)}{\pi r^2\left(t_{\text{s}}-\frac{1}{3}t_{\text{k}}\right)}$

$y=\frac{\left(12\left(24\right)-7\left(12\right)\right)}{\left(\left(24\right)-\frac{1}{3}\left(12\right)\right)}$

$y=\frac{288-84}{24-4}$

$y=\frac{204}{20}$

$y=10,2$ cm

Jadi, titik berat bangun diarsir adalah $\left(12;\ 10,2\right)$ cm.