Diameter luar tabung kayu adalah 4,5 mm + 0,11 mm = 4,61 mm. Jawaban yang benar adalah C

Pembahasan Soal UN Fisika SMA 2013

http://gurumuda.net

Pengukuran 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.1 Sebuah pelat logam diukur ketebalannya dengan menggunakan mikrometer sekrup dan menunjukkan skala seperti yang terlihat pada gambar. Tebal benda tersebut adalah... A. 4,04 mm B. 5,02 mm C. 5,05 mm D. 6,00 mm E. 7,08 mm Pembahasan Amati gambar mikrometer sekrup di atas! Garis-garis vertikal di sebelah kiri merupakan skala utama dan garis-garis horisontal di sebelah kanan merupakan skala putar. Mikrometer skrup menggunakan satuan milimeter (mm). Skala utama mikrometer sekrup Skala utama = 5,5 mm Skala putar mikrometer sekrup Garis pada skala putar yang berhimpit dengan garis tengah pada skala utama adalah garis ke-50 karenanya skala putar = 50 x 0,01 mm = 0,5 (0,01 mm merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup). Tebal benda adalah 5,5 mm + 0,5 mm = 6,0 mm. Jawaban yang benar adalah D. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.1 Gambar di samping menunjukkan pembacaan skala mikrometer sekrup yang digunakan untuk mengukur diameter luar tabung kayu. Diameter luar tabung kayu tersebut adalah... A. 4,59 mm B. 4,60 mm C. 4,61 mm D. 4,62 mm E. 4,63 mm Pembahasan Skala utama mikrometer sekrup Skala utama = 4,5 mm Skala putar mikrometer sekrup Garis pada skala putar yang berhimpit dengan garis tengah pada skala utama adalah garis ke-11 karenanya skala putar = 11 x 0,01 mm = 0,11 mm. Diameter luar tabung kayu adalah 4,5 mm + 0,11 mm = 4,61 mm. Jawaban yang benar adalah C. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.1 Gambar berikut menunjukkan hasil pembacaan skala pengukuran diameter bola kecil dengan menggunakan mikrometer skrup. Hasil pengukurannya adalah... A. 6,93 mm B. 6,94 mm C. 6,95 mm D. 6,96 mm E. 6,97 mm Pembahasan Skala utama mikrometer sekrup Skala utama = 6,5 mm © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

1


http://gurumuda.net

Skala putar mikrometer sekrup Garis pada skala putar yang berhimpit dengan garis tengah pada skala utama adalah garis ke-44 karenanya skala putar = 44 x 0,01 mm = 0,44 mm. Diameter bola kecil adalah 6,5 mm + 0,44 mm = 6,94 mm. Jawaban yang benar adalah B. Vektor 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.2 Resultan ketiga gaya pada gambar di samping adalah... A. 24 N B. 16 N C. 12 N D. 10 N E. 4 N Pembahasan Diketahui : F1 = 20 Newton, Sudut antara F1 dan sumbu x = 0 F2 = 20 Newton, Sudut antara F2 dan sumbu x = 60 F3 = 24 Newton, Sudut antara F3 dan sumbu x = 60 Ditanya : Resultan ketiga gaya (F1, F2 dan F3) Jawab : Komponen vektor gaya pada sumbu x dan y F1x = (F1)(cos 0) = (20)(1) = 20. Positif karena searah dengan sumbu x positif (ke kanan) F1y = (F1)(sin 0) = (20)(0) = 0 F2x = (F2)(cos 60) = (20)(0,5) = -10. Negatif karena searah dengan sumbu x negatif (ke kiri) F2y = (F2)(sin 60) = (20)(0,5√3) = 10√3. Positif karena searah dengan sumbu y positif (ke atas) F3x = (F3)(cos 60) = (24)(0,5) = -12. Negatif karena searah dengan sumbu x negatif (ke kiri) F3y = (F3)(sin 60) = (24)(0,5√3) = -12√3. Negatif karena searah dengan sumbu y negatif (ke bawah) Resultan komponen vektor gaya pada sumbu x dan y Fx = F1x - F2x - F3x = 20 – 10 – 12 = -2 Fy = F1y + F2y – F3y = 0 + 10√3 - 12√3 = -2√3 Resultan ketiga vektor gaya

√

2

F=√ F x2 + F y 2= (−2)2+(−2 √ 3) F=√ 4+(4)(3)=√ 4 +12=√ 16 F=4 Newton Jawaban yang benar adalah E.

2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.2 Vektor gaya F1, F2, dan F3 terletak pada sebuah diagram kartesius seperti gambar : Resultan ketiga vektor adalah... A. √26 N B. √76 N C. √84 N D. √168 N E. √204 N Pembahasan Diketahui : F1 = 12 Newton, Sudut antara F1 dan sumbu x = 30 F2 = 10 Newton, Sudut antara F2 dan sumbu x = 90 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

2


http://gurumuda.net

F3 = 8 Newton, Sudut antara F3 dan sumbu x = 30 Ditanya : Resultan ketiga vektor gaya (F1, F2 dan F3) Jawab : Komponen vektor gaya pada sumbu x dan y F1x = (F1)(cos 30) = (12)(0,5√3) = 6√3. Positif karena searah dengan sumbu x positif (ke kanan) F1y = (F1)(sin 30) = (12)(0,5) = 6. Positif karena searah dengan sumbu y positif (ke atas) F2x = (F2)(cos 90) = (10)(0) = 0. F2y = (F2)(sin 90) = (10)(1) = -10. Negatif karena searah dengan sumbu y negatif (ke bawah) F3x = (F3)(cos 30) = (8)(0,5√3) = -4√3. Negatif karena searah dengan sumbu x negatif (ke kiri) F3y = (F3)(sin 30) = (8)(0,5) = -4. Negatif karena searah dengan sumbu y negatif (ke bawah) Resultan komponen vektor gaya pada sumbu x dan y Fx = F1x + F2x - F3x = 6√3 + 0 – 4√3 = 2√3 Fy = F1y - F2y – F3y = 6 - 10 - 4 = -8 Resultan ketiga vektor gaya

√

2

F=√ F x2 + F y 2= (2 √ 3) +(−8)2 F=√ ( 4)(3)+(64)=√ 12+64 F=¿ √ 76 Newton Jawaban yang benar adalah B. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.2 Perhatikan gambar di samping. Besar resultan ketiga gaya tersebut adalah... A. 0 B. 2√3 N C. 4√3 N D. 8√3 N E. 12√3 N Pembahasan Diketahui : F1 = 4 Newton, Sudut antara F1 dan sumbu x = 30 F2 = 6√3 Newton, Sudut antara F2 dan sumbu x = 0 F3 = 2 Newton, Sudut antara F3 dan sumbu x = 90 Ditanya : Besar resultan ketiga gaya (F1, F2 dan F3) Jawab : Komponen vektor gaya pada sumbu x dan y F1x = (F1)(cos 30) = (4)(0,5√3) = 2√3. Positif karena searah dengan sumbu x positif (ke kanan) F1y = (F1)(sin 30) = (4)(0,5) = 2. Positif karena searah dengan sumbu y positif (ke atas) F2x = (F2)(cos 0) = (6√3)(1) = -6√3. Negatif karena searah dengan sumbu x negatif (ke kiri) F2y = (F2)(sin 0) = (6√3)(0) = 0. F3x = (F3)(cos 90) = (2)(0) = 0. F3y = (F3)(sin 90) = (2)(1) = -2. Negatif karena searah dengan sumbu y negatif (ke bawah) Resultan komponen vektor gaya pada sumbu x dan y Fx = F1x - F2x + F3x = 2√3 – 6√3 + 0 = -4√3 Fy = F1y + F2y – F3y = 2 + 0 - 2 = 0 Resultan ketiga vektor gaya

√

2

F=√ F x2= (−4 √ 3)

F=√ (16)(3)=4 √ 3 Newton

© 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

Jawaban yang benar adalah C.

3


http://gurumuda.net

Gerak Lurus 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.3 Dari puncak sebuah menara setinggi 45 m dijatuhkan sebuah batu. Jika percepatan gravitasi bumi 10 ms-2, kecepatan batu pada saat tepat menyentuh tanah adalah... A. 25 ms-1 B. 30 ms-1 C. 35 ms-1 D. 40 ms-1 E. 45 ms-1 Pembahasan Diketahui : Tinggi (h) = 45 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Kecepatan batu pada saat menyentuh tanah (vt) Jawab : Rumus gerak jatuh bebas : vt2 = 2 g h Kecepatan batu pada saat menyentuh tanah : vt2 = 2 (10)(45) = 900 vt = √900 = 30 m/s2 Jawaban yang benar adalah B. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.3 Sebuah benda jatuh dari puncak menara tanpa kecepatan awal, setelah 2 sekon benda sampai di tanah. Jika g = 10 ms-2, maka tinggi menara adalah... A. 40 m B. 25 m C. 20 m D. 10 m E. 5 m Pembahasan Diketahui : Selang waktu (t) = 2 sekon Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Tinggi menara (h) Jawab : Rumus gerak jatuh bebas : h = ½ g t2 Tinggi menara : h = ½ (10)(2)2 = (5)(4) = 20 meter Jawaban yang benar adalah C. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.3 Sebuah benda 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m di atas tanah. Berapa lama waktu yang diperlukan oleh benda untuk mencapai tanah ? (g = 10 ms-2) A. 20 sekon B. 18 sekon C. 10 sekon D. 5 sekon © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

4


http://gurumuda.net

E. 2 sekon Pembahasan Massa benda tidak diperhitungkan dalam penyelesaian soal gerak jatuh bebas Diketahui : Tinggi (h) = 20 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Selang waktu benda mencapai tanah (t) Jawab : Rumus gerak jatuh bebas : h = ½ g t2 Selang waktu benda mencapai tanah : 20 = ½ (10)(t2) 20 = (5)(t2) 20/5 = t2 4 = t2 t = √4 t = 2 sekon Jawaban yang benar adalah E.

Gerak Melingkar Beraturan 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.4 Tiga roda A, B dan C saling berhubungan seperti pada gambar. Jika jari-jari roda A, B dan C masing-masing 20 cm, 8 cm dan 4 cm, dan roda B berputar dengan kecepatan sudut 10 rad.s-1, maka roda C berputar dengan kecepatan sudut sebesar... A. 80 rad.s-1 B. 50 rad.s-1 C. 40 rad.s-1 D. 20 rad.s-1 E. 10 rad.s-1 Pembahasan Diketahui : Jari-jari roda A (rA) = 20 cm = 0,2 meter Jari-jari roda B (rB) = 8 cm = 0,08 meter Jari-jari roda C (rC) = 4 cm = 0,04 meter Kecepatan sudut roda B (ωB) = 10 rad/s Ditanya : Kecepatan sudut roda C (ωC) Jawab : Kecepatan sudut dan kecepatan linear tepi roda A Roda A dan roda B saling menempel karenanya roda A dan roda B berputar bersama-sama. Apabila roda B bergerak melingkar satu putaran (360o) maka selama selang waktu yang sama roda A juga bergerak melingkar satu putaran (360o). Karena berputar bersama-sama maka kecepatan sudut roda A (ωA) sama dengan kecepatan sudut roda B (ωB). Kecepatan sudut roda A : ωA = ωB = 10 radian/sekon Kecepatan linear tepi roda A : Besar kecepatan linear tepi roda A dihitung menggunakan rumus hubungan antara kecepatan linear dan kecepatan sudut, v = r ω. © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

5


http://gurumuda.net

vA = rA ωA = (0,2 m)(10 rad/s) = 2 m/s Kecepatan sudut dan kecepatan linear tepi roda C Keliling roda A jauh lebih besar daripada keliling roda C. Ketika roda C telah bergerak melingkar satu putaran (360o), selama selang waktu yang sama roda A belum mencapai satu putaran (360o). Dengan demikian, kecepatan sudut roda A tidak sama dengan kecepatan sudut roda C. Walaupun demikian, roda A dan roda C saling berhubungan melalui tali atau rantai. Karena saling berhubungan maka selama selang waktu yang sama, jarak yang ditempuh tepi roda A sama dengan jarak yang ditempuh tepi roda C. Jadi kecepatan linear tepi roda C (vC) sama dengan kecepatan linear tepi roda A (vA). Kecepatan linear tepi roda C : vC = vA = 2 m/s Kecepatan sudut roda C : vC = rC ωC ωC = vC / rC = 2 / 0,04 = 50 radian/sekon = 50 rad.s-1. Jawaban yang benar adalah B. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.4 Sistem roda berjari-jari RA = 2 cm ; RB = 4 cm dan RC = 10 cm dihubungkan seperti gambar. Roda B diputar 60 putaran permenit, maka laju linear roda C adalah... A. 8π cm.s-1 B. 12 cm.s-1 C. 12π cm.s-1 D. 24 cm.s-1 E. 24π cm.s-1 Pembahasan Diketahui : Jari-jari roda A (rA) = 2 cm Jari-jari roda B (rB) = 4 cm Jari-jari roda C (rC) = 10 cm Kecepatan sudut roda B (ωB) = 60 putaran/menit = 60 putaran/60 sekon = 1 putaran/sekon = 1(2π radian)/sekon = 2π rad/s Ditanya : Kecepatan linear roda C (vC) Jawab : Kecepatan linear tepi roda B Kecepatan linear tepi roda B : vB = rB ωB = (4 cm)(2π rad/s) = 8π cm/s Kecepatan linear tepi roda A Roda A dan roda B dihubungkan dengan tali karenanya kecepatan linear tepi roda A (vA) sama dengan kecepatan linear tepi roda B (vB). vA = vB = 8π cm/s Kecepatan linear tepi roda C Roda C dan roda A dihubungkan dengan tali karenanya kecepatan linear tepi roda C (vC) sama dengan kecepatan linear tepi roda A (vA). vC = vA = vB = 8π cm/s Jawaban yang benar adalah A. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.4


6


http://gurumuda.net

Perhatikan hubungan roda-roda berikut! Jari-jari roda RA = 25 cm, RB = 15 cm, RC = 40 cm dan roda C berputar dengan kecepatan putar 60 putaran per menit. Kecepatan sudut roda A adalah... A. 2,5π rad.s-1 B. 3π rad.s-1 C. 3,2π rad.s-1 D. 3,5π rad.s-1 E. 3,8π rad.s-1 Pembahasan Diketahui : Jari-jari roda A (rA) = 25 cm = 0,25 meter Jari-jari roda B (rB) = 15 cm = 0,15 meter Jari-jari roda C (rC) = 40 cm = 0,4 meter Kecepatan sudut roda C (ωC) = 60 putaran/menit = 60 putaran/60 sekon = 1 putaran/sekon = 1(2π radian)/sekon = 2π rad/s Ditanya : Kecepatan sudut roda A (ωA) Jawab : Kecepatan linear tepi roda C Kecepatan linear tepi roda C : vC = rC ωC = (0,4 m)(2π rad/s) = 0,8π m/s Kecepatan linear tepi roda B Roda C dan roda B dihubungkan dengan tali karenanya kecepatan linear tepi roda C (vC) sama dengan kecepatan linear tepi roda B (vB). vB = vC = 0,8π m/s Kecepatan sudut dan kecepatan linear tepi roda A Roda A dan roda B saling berhubungan seperti pada gambar di atas karenanya kecepatan sudut roda A tidak sama dengan kecepatan sudut roda B. Hal ini disebabkan karena keliling roda A lebih besar dari roda B. Selama selang waktu yang sama, ketika roda A telah bergerak melingkar satu putaran (360o), roda B belum mencapai satu putaran (360o). Walaupun demikian selama selang waktu yang sama jarak tempuh tepi roda A sama dengan jarak tempuh tepi roda B. Jadi kecepatan linear tepi roda A (vA) sama dengan kecepatan linear tepi roda B (vB). Kecepatan linear tepi roda A vA = vB = vC = 0,8π m/s Kecepatan sudut roda A vA = rA ωA ωA = vA / rA = 0,8π / 0,25 = 3,2π rad/s Jawaban yang benar adalah C.

Hukum Newton 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.5 Perhatikan gambar! Sebuah balok mula-mula diam, lalu ditarik dengan gaya F ke atas sejajar dengan bidang miring. Massa balok 8 kg, koefisien gesekan µs = 0,5 dan θ = 45o. Agar balok tepat akan bergerak ke atas, gaya F harus sebesar.... A. 40 N B. 60 N C. 60√2 N D. 80 N E. 80√2 N Pembahasan © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

7


http://gurumuda.net

Diketahui : Koefisien gesekan statis (µs) = 0,5 Sudut (θ) = 45o Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Massa balok (m) = 8 kilogram Berat balok (w) = m g = (8 kg)(10 m/s2) = 80 kg m/s2 = 80 Newton Ditanya : Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas Jawab : Balok tepat akan bergerak ke atas jika F ≥ wx + fs. Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring : wx = w sin θ = (80)(sin 45) = (80)(0,5√2) = 40√2 Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring : wy = w cos θ = (80)(cos 45) = (80)(0,5√2) = 40√2 Gaya normal : N = wy = 40√2 Gaya gesek statis : fs = µs N = (0,5)(40√2) = 20√2 Besar gaya F agar balok tepat akan bergerak ke atas : F ≥ wx + f s F ≥ 40√2 + 20√2 F ≥ 60√2 Newton Jawaban yang benar adalah C. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.5 Balok yang bermassa 8 kg terletak di atas bidang miring kasar seperti gambar berikut. Gaya luar minimal yang dibutuhkan untuk menahan balok agar tidak meluncur ke bawah adalah... (sin 37o = 0,6, cos 37o = 0,8, g = 10 m.s-2, µk = 0,1) A. 6,4 N B. 4,6 N C. 48,5 N D. 54,4 N E. 68,8 N Pembahasan Diketahui : Massa balok (m) = 8 kg Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Berat balok (w) = m g = (8)(10) = 80 Newton Sin 37o = 0,6 Cos 37o = 0,8 Koefisien gesek kinetis (µk) = 0,1 Ditanya : Gaya (F) luar minimal penahan balok agar balok tidak meluncur ke bawah Jawab : Balok tidak meluncur ke bawah jika F = wx Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring : wx = w sin θ = (80)(sin 37) = (80)(0,6) = 48 Besar gaya F minimal agar balok tidak meluncur ke bawah : F = wx F = 48 Newton


8


http://gurumuda.net

3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.5 Sebuah benda bermassa 5,0 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring yang kasar oleh sebuah gaya 71 N (g = 10 m.s-2, sin 37o = 0,6, cos 37o = 0,8). Jika koefisien gesekan antara benda dan bidang adalah 0,4, percepatan yang dialami benda adalah... A. 0,5 ms-2 B. 2 ms-2 C. 2,5 ms-2 D. 3 ms-2 E. 5 ms-2 Pembahasan Diketahui : Massa benda (m) = 5 kg Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Berat benda (w) = m g = (5)(10) = 50 Newton Gaya F = 71 Newton Sin 37o = 0,6 Cos 37o = 0,8 Koefisien gesekan = 0,4 Ditanya : Percepatan benda (a) Jawab : Resultan Gaya Terlebih dahulu hitung resultan gaya yang bekerja pada benda. Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring : wx = w sin θ = (50)(sin 37) = (50)(0,6) = 30 Komponen gaya berat yang tegak lurus bidang miring : wy = w cos θ = (50)(cos 37) = (50)(0,8) = 40 Gaya normal : N = wy = 40 Gaya gesek kinetis : fk = µk N = (0,4)(40) = 16 Resultan gaya yang bekerja pada bidang miring : ∑F = F – wx - fk = 71 – 30 – 16 = 25 Newton Percepatan benda Percepatan benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton : a = ∑F / m = 25 / 5 = 5 m/s2 Jawaban yang benar adalah E. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.6 Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Balok B mula-mula diam dan kemudian bergerak ke bawah sehingga menyentuh lantai. Bila g = 10 m.s-2, nilai tegangan tali T adalah... A. 20,0 Newton B. 10,0 Newton C. 6,7 Newton D. 3,3 Newton E. 1,7 Newton Pembahasan Diketahui : © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

9


http://gurumuda.net

Massa balok A (mA) = 2 kg Massa balok B (mB) = 1 kg Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Berat balok B (wB) = mB g = (1)(10) = 10 Newton Ditanya : Nilai tegangan tali (T) Jawab : Pada soal tidak ada keterangan mengenai gesekan karenanya abaikan saja gesekan. Percepatan sistem (a) Terlebih dahulu hitung percepatan sistem menggunakan rumus hukum II Newton. Balok B digantung sehingga terdapat gaya berat balok B yang menggerakan balok B ke bawah. Balok B dan balok A dihubungkan dengan tali sehingga balok B menarik balok A hingga keduanya bergerak bersama-sama. Bedanya balok B bergerak ke bawah dan balok A bergerak ke kanan. Hanya ada satu gaya yang sejajar dengan gerakan kedua balok yakni gaya berat balok B (wB). Gaya berat balok A tegak lurus arah gerakan balok A sehingga tidak diperhitungkan dalam menyelesaikan soal. Gaya tegangan tali mempunyai besar sama sepanjang tali dan arahnya berlawanan sehingga saling meniadakan. ∑F = m a wB = (mA + mB) a 10 = (2 + 1) a 10 = 3 a a = 10/3 Tegangan tali (T) Tegangan tali dihitung dengan meninjau masing-masing balok secara terpisah. Tegangan tali pada balok A ∑F = m a T = mA a = (2)(10/3) = 20/3 = 6,7 Newton Tegangan tali pada balok B ∑F = m a wB - T = m B a 10 – T = (1)(10/3) 10 – T = 3,3 T = 10 – 3,3 = 6,7 Newton Gaya tegangan tali (T) = 6,7 Newton Jawaban yang benar adalah C. 5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.6 Dari gambar berikut, balok A mempunyai massa 2 kg dan balok B = 1 kg. Bila gaya gesekan antara benda A dengan bidang 2,5 Newton, sedangkan gaya gesekan tali dengan katrol diabaikan, maka percepatan kedua benda adalah... A. 20,0 m.s-2 B. 10,0 m.s-2 C. 6,7 m.s-2 D. 3,3 m.s-2 E. 2,5 m.s-2 Pembahasan Diketahui : Massa balok A (mA) = 2 kg Massa balok B (mB) = 1 kg Gaya gesek antara balok A dan bidang datar (fges A) = 2,5 Newton © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

10


http://gurumuda.net

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Berat balok B (wB) = mB g = (1)(10) = 10 Newton Ditanya : Percepatan kedua benda (a) Jawab : Percepatan kedua benda dihitung menggunakan rumus hukum II Newton. ∑F = m a wB – fges = (mA + mB) a 10 – 2,5 = (2 + 1) a 7,5 = 3 a a = 7,5 / 3 = 2,5 m/s2 Jawaban yang benar adalah E. 6. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.6 Perhatikan gambar! Balok A bermassa 30 kg yang diam di atas lantai licin dihubungkan dengan balok B bermassa 10 kg melalui sebuah katrol. Balok B mula-mula ditahan kemudian dilepaskan sehingga bergerak turun. Percepatan sistem adalah... (g = 10 ms-2) A. 2,5 ms-2 B. 10 ms-2 C. 12 ms-2 D. 15 ms-2 E. 18 ms-2 Pembahasan Diketahui : Massa balok A (mA) = 30 kg Massa balok B (mB) = 10 kg Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Berat balok B (wB) = mB g = (10)(10) = 100 Newton Ditanya : Percepatan sistem (a) Jawab : ∑F = m a wB = (mA + mB) a 100 = (30 + 10) a 100 = 40 a a = 100 / 40 a = 2,5 m/s2 Jawaban yang benar adalah A.

Dinamika Rotasi 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.7 Dua buah bola yang dianggap sebagai partikel dihubungkan dengan seutas tali kawat seperti gambar. Bila massa bola P dan Q masing-masing 600 gram dan 400 gram, maka momen inersia sistem kedua bola terhadap poros AB adalah... A. 0,008 kg.m2 B. 0,076 kg.m2 C. 0,124 kg.m2 D. 0,170 kg.m2 E. 0,760 kg.m2 Pembahasan © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

11


http://gurumuda.net

Diketahui : Massa bola P (mP) = 600 gram = 0,6 kg Massa bola Q (mQ) = 400 gram = 0,4 kg Jarak bola P dari sumbu rotasi (rP) = 20 cm = 0,2 meter Jarak bola Q dari sumbu rotasi (rQ) = 50 cm = 0,5 meter Ditanya : Momen inersia (I) sistem terhadap poros atau sumbu rotasi AB Jawab : Rumus momen inersia partikel : I = m r2 Keterangan : I = momen inersia, m = massa partikel, r = jarak partikel dari sumbu rotasi Momen inersia bola P IP = (mP)(rP2) = (0,6)(0,2)2 = (0,6)(0,04) = 0,024 kg m2 Momen inersia bola Q IQ = (mQ)(rQ2) = (0,4)(0,5)2 = (0,4)(0,25) = 0,1 kg m2 Momen inersia sistem partikel : I = IP + IQ = 0,024 + 0,1 = 0,124 kg m2 Jawaban yang benar adalah C. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.7 Dua buah bola yang dihubungkan dengan kawat (massa kawat diabaikan) disusun seperti gambar. Besar momen inersianya adalah... A. 20 x 10-3 kg.m2 B. 25 x 10-3 kg.m2 C. 11 x 10-2 kg.m2 D. 55 x 10-2 kg.m2 E. 80 x 10-2 kg.m2 Pembahasan Diketahui : Massa bola A (mA) = 200 gram = 0,2 kg Massa bola B (mB) = 400 gram = 0,4 kg Jarak antara bola A dan sumbu rotasi (rA) = 0 Jarak antara bola B dan sumbu rotasi (rB) = 25 cm = 0,25 meter Ditanya : Momen inersia (I) sistem Jawab : Momen inersia bola A IA = (mA)(rA2) = (0,2)(0)2 = 0 Momen inersia bola B IB = (mB)(rB2) = (0,4)(0,25)2 = (0,4)(0,0625) = 0,025 kg m2 Momen inersia sistem partikel : I = IA + IB = 0 + 0,025 = 0,025 kg m2 = 25 x 10-3 kg m2 Jawaban yang benar adalah B. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.7 Perhatikan gambar dua bola yang dihubungkan dengan seutas kawat. Panjang kawat = 12 m, l1 = 4 m dan massa kawat diabaikan, maka besarnya momen inersia sistem adalah... A. 52,6 kg m2 B. 41,6 kg m2 C. 34,6 kg m2 D. 22,4 kg m2 E. 20,4 kg m2 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

12


http://gurumuda.net

Pembahasan Diketahui : Massa bola A (mA) = 0,2 kg Massa bola B (mB) = 0,6 kg Jarak antara bola A dan sumbu rotasi (rA) = 4 meter Jarak antara bola B dan sumbu rotasi (rB) = 12 – 4 = 8 meter Ditanya : Momen inersia (I) sistem Jawab : Momen inersia bola A IA = (mA)(rA2) = (0,2)(4)2 = (0,2)(16) = 3,2 kg m2 Momen inersia bola B IB = (mB)(rB2) = (0,6)(8)2 = (0,6)(64) = 38,4 kg m2 Momen inersia sistem partikel : I = IA + IB = 3,2 + 38,4 = 41,6 kg m2 Jawaban yang benar adalah B. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.8 Batang AB yang massanya diabaikan diletakkan mendatar dan dikerjakan tiga buah gaya seperti gambar. Resultan momen gaya yang bekerja pada batang jika diputar pada poros di D adalah... (sin 53o = 0,8) A. 2,4 N.m B. 2,6 N.m C. 3,0 N.m D. 3,2 N.m E. 3,4 N.m Pembahasan Diketahui : Sumbu rotasi terletak di D. Jarak antara F1 dan sumbu rotasi (rAD) = 40 cm = 0,4 m Jarak antara F2 dan sumbu rotasi (rBD) = 20 cm = 0,2 m Jarak antara F3 dan sumbu rotasi (rCD) = 10 cm = 0,1 m F1 = 10 Newton F2 = 10√2 Newton F3 = 20 Newton Sin 53o = 0,8 Ditanya : Resultan momen gaya jika batang diputar pada poros di D Jawab : Hitung momen gaya yang ditimbulkan oleh masing-masing gaya. Momen gaya 1 ∑ τ 1 = (F1)(rAD sin 53o) = (10 N)(0,4 m)(0,8) = 3,2 N.m Momen gaya 1 bertanda positif karena arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh momen gaya 1 berlawanan arah dengan putaran jarum jam. Momen gaya 2 ∑ τ 2 = (F2)(rBD sin 45o) = (10√2 N)(0,2 m)(0,5√2) = -2 N.m Momen gaya 2 bertanda negatif karena arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh momen gaya 2 searah dengan putaran jarum jam. Momen gaya 3 ∑ τ 3 = (F3)(rCD sin 90o) = (20 N)(0,1 m)(1) = 2 N.m Momen gaya 3 bertanda positif karena arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh momen gaya 3 berlawanan arah dengan putaran jarum jam. Resultan momen gaya © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

13


http://gurumuda.net

∑ τ = ∑ τ1 + ∑ τ2 + ∑ τ3 ∑ τ = 3,2 – 2 + 2 ∑ τ = 3,2 Newton meter Jawaban yang benar adalah D. 5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.8 Sebuah batang yang diabaikan massanya dipengaruhi tiga buah gaya FA = FC = 10 N dan FB = 20 N seperti gambar. Jika jarak AB = BC = 20 cm, maka besar momen gaya terhadap titik C adalah... A. 0 Nm B. 1 Nm C. 4 Nm D. 6 Nm E. 8 Nm Pembahasan Diketahui : Sumbu rotasi terletak di titik C. Jarak antara FA dan sumbu rotasi (rAC) = 40 cm = 0,4 meter Jarak antara FB dan sumbu rotasi (rBC) = 20 cm = 0,2 meter Jarak antara FC dan sumbu rotasi (rCC) = 0 cm FA = 10 Newton FB = 20 Newton FC = 10 Newton Ditanya : Resultan momen gaya jika batang diputar pada poros di C Jawab : Hitung momen gaya yang ditimbulkan oleh masing-masing gaya. Momen gaya A ∑ τ A = (FA)(rAC sin 90o) = (10 N)(0,4 m)(1) = -4 N.m Momen gaya A bertanda negatif karena arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh momen gaya A searah dengan putaran jarum jam. Momen gaya B ∑ τ B = (FB)(rBC sin 90o) = (20 N)(0,2 m)(1) = 4 N.m Momen gaya B bertanda positif karena arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh momen gaya B berlawanan arah dengan putaran jarum jam. Momen gaya C ∑ τ C = (FC)(rCC sin 90o) = (10 N)(0)(1) = 0 Momen gaya C bertanda bernilai 0 karena gaya FC berhimpit dengan sumbu rotasi Resultan momen gaya ∑ τ = ∑ τ1 + ∑ τ2 + ∑ τ3 ∑ τ = -4 + 4 + 0 ∑ τ = 0 N.m Jawaban yang benar adalah A. 6. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.8 Sebuah tongkat panjangnya 50 cm terdapat 3 gaya yang sama besarnya seperti pada gambar berikut. Jika tongkat diputar dengan poros putar di titik C, maka besar momen gaya total adalah... A. 1 Nm B. 3 Nm C. 4 Nm © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

14


http://gurumuda.net

D. 5 Nm E. 6 Nm Pembahasan Diketahui : Sumbu rotasi terletak di titik C. Jarak antara F1 dan sumbu rotasi (r1) = 30 cm = 0,3 meter Jarak antara F2 dan sumbu rotasi (r2) = 10 cm = 0,1 meter Jarak antara F3 dan sumbu rotasi (r3) = 20 cm = 0,2 meter F1 = 10 Newton F2 = 10 Newton F3 = 10 Newton Ditanya : Resultan momen gaya jika batang diputar pada poros di C Jawab : Hitung momen gaya yang ditimbulkan oleh masing-masing gaya. Momen gaya 1 ∑ τ 1 = (F1)(r1 sin 90o) = (10 N)(0,3 m)(1) = -3 N.m Momen gaya 1 bertanda negatif karena arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh momen gaya 1 searah dengan putaran jarum jam. Momen gaya 2 ∑ τ 2 = (F2)(r2 sin 90o) = (10 N)(0,1 m)(1) = 1 N.m Momen gaya 2 bertanda positif karena arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh momen gaya 2 berlawanan arah dengan putaran jarum jam. Momen gaya 3 ∑ τ 3 = (F3)(r3 sin 30o) = (10 N)(0,2 m)(0,5) = -1 N.m Momen gaya 3 bertanda negatif karena arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh momen gaya 3 searah dengan putaran jarum jam. Resultan momen gaya ∑ τ = ∑ τ1 + ∑ τ2 + ∑ τ3 ∑ τ = -3 + 1 - 1 ∑ τ = -3 N.m Besar resultan momen gaya adalah 3 Newton meter. Resultan momen gaya bertanda negatif artinya arah rotasi batang yang ditimbulkan oleh resultan momen gaya, sama dengan arah rotasi jarum jam. Jawaban yang benar adalah B. Usaha dan Energi 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.9 Sebuah bola bermassa 500 gram dilempar vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan awal 10 ms-2. Bila g = 10 ms-2, maka usaha yang dilakukan gaya berat bola pada saat mencapai tinggi maksimum adalah... A. 2,5 J B. 5,0 J C. 25 J D. 50 J E. 500 J Pembahasan Abaikan hambatan udara. Diketahui : Massa bola (m) = 500 gram = 0,5 kg Kecepatan awal (vo) = 10 m/s2 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

15


http://gurumuda.net

Kecepatan akhir (vt) = 0. Pada ketinggian maksimum, benda diam sesaat sebelum berbalik arah. Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Usaha (W) yang dilakukan oleh gaya berat bola Jawab : Teorema usaha-energi kinetik : Teorema usaha-energi kinetik menyatakan bahwa usaha total atau usaha yang dilakukan oleh resultan gaya pada sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut. Rumus teorema usaha-energi kinetik : Wtotal = ΔEK = EKt – EKo Wtotal = ½ m vt2 – ½ m vo2 = ½ m (vt2 – vo2) Keterangan : EKt = energi kinetik akhir, EKo = energi kinetik awal, m = massa benda, vt = kecepatan akhir benda, vo = kecepatan awal benda. Usaha total : Usaha yang dilakukan oleh gaya berat bola sejak bola dilempar hingga bola mencapai ketinggian maksimum adalah : Wtotal = ½ m (vt2 – vo2) = ½ (0,5)(02 – 102) Wtotal = (0,25)(-100) = -25 Joule Tanda negatif menunjukan bahwa arah perpindahan bola berlawanan dengan arah gaya berat bola. Arah perpindahan bola ke atas, arah gaya berat bola ke bawah. Gaya berat melakukan usaha negatif pada bola artinya usaha yang dilakukan oleh gaya berat menyebabkan energi potensial gravitasi bola bertambah dan energi kinetik bola berkurang. Gaya berat melakukan usaha positif apabila arah gaya berat bola sama dengan arah perpindahan bola (bola bergerak ke bawah). Jawaban yang benar adalah C. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.9 Sebuah bola bermassa 1 kg dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari atas gedung melewati jendela A di lantai atas ke jendela B di lantai bawah dengan beda tinggi 2,5 m (g = 10 m.s-2). Berapa besar usaha untuk perpindahan bola dari jendela A ke jendela B tersebut ? A. 5 Joule B. 15 Joule C. 20 Joule D. 25 Joule E. 50 Joule Pembahasan Diketahui : Massa bola (m) = 1 kg Kecepatan awal (vo) = 0 m/s Ketinggian (h) = 2,5 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Usaha total selama perpindahan bola Jawab : Kecepatan akhir bola (vt) Bola jatuh tanpa kecepatan awal karenanya gerakan bola termasuk gerak jatuh bebas. Terlebih dahulu hitung kecepatan akhir bola menggunakan rumus gerak jatuh bebas. Diketahui percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2, perubahan ketinggian bola (h) = 2,5 meter dan ditanyakan kecepatan akhir (vt) karenanya gunakan rumus vt2 = 2 g h vt2 = 2 g h = 2(10)(2,5) = 2(25) vt = √2(25) = 5√2 Jadi kecepatan akhir bola adalah 5√2 m/s © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

16


http://gurumuda.net

Usaha total = perubahan energi kinetik Wtotal = ΔEK = ½ m (vt2 – vo2) = ½ (1){(5√2)2 – 02} Wtotal = ½ (25)(2) = 25 Joule Jawaban yang benar adalah D. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.9 Sebuah benda bermassa 2 kg mula-mula bergerak dengan kecepatan 72 km.jam-1. Setelah bergerak sejauh 400 m, kecepatan benda menjadi 144 km.jam-1 dan (g = 10 ms-2). Usaha total yang dilakukan benda pada saat itu adalah... A. 20 J B. 60 J C. 1.200 J D. 2.000 J E. 2.400 J Pembahasan Diketahui : Massa benda (m) = 2 kg Kecepatan awal (vo) = 72 km/jam = 20 m/s Kecepatan akhir (vt) = 144 km/jam = 40 m/s Jarak tempuh (s) = 400 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Usaha total Jawab : Usaha total = perubahan energi kinetik Wtotal = ΔEK = ½ m (vt2 – vo2) = ½ (2)(402 – 202} Wtotal = ½ (2)(1600 - 400) = 1200 Joule Jawaban yang benar adalah C. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.11 Sebuah bola yang massanya 2 kg jatuh bebas dari posisi A seperti pada gambar. (g = 10 ms-2). Ketika sampai di titik B besar energi kinetik sama dengan 2 kali energi potensial, maka tinggi titik B dari tanah adalah... A. 80 m B. 70 m C. 60 m D. 40 m E. 30 m Pembahasan Diketahui : Massa bola (m) = 2 kg Percepatan gravitasi (g) = 10 ms-2 Ketinggian A (hA) = 90 meter Ditanya : Ketinggian B (hB) Jawab : Ketika bola tiba di titik B, energi kinetik bola di titik B sama dengan 2 kali energi potensial gravitasi bola di titik B. EK = 2 EP ½ m v 2 = 2 m g hB ½ v2 = 2 g hB v2 = 2(2)(10) hB © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

17


http://gurumuda.net

v2 = 40 hB Hitung kecepatan (v) bola ketika tiba di titik B setelah jatuh dari titik A. v2 = 2 g h = 2(10)(90–hB) = 20(90–hB) Gantikan v2 pada persamaan di atas dengan v2 pada persamaan ini. v2 = 40 hB 20(90–hB) = 40 hB 1800–20 hB = 40 hB 1800 = 40 hB + 20 hB 1800 = 60 hB hB = 1800 / 60 hB = 30 meter Jawaban yang benar adalah E.

Elastisitas 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.10 Grafik di bawah menunjukkan hubungan antara perubahan beban (ΔF) dengan pertambahan panjang (ΔX), grafik yang menunjukkan nilai konstanta elastisitas terkecil... A B C

D

E

Pembahasan Rumus hukum Hooke k = F / Δx Keterangan : Δx = pertambahan panjang, F = gaya, k = konstanta elastisitas Konstanta elastisitas kA = F / Δx = 1 / 8 = 0,125 kB = F / Δx = 8 / 3 = 2,7 kC = F / Δx = 6 / 6 = 1 kD = F / Δx = 3 / 5 = 0,6 kE = F / Δx = 2 / 4 = 0,5 Jawaban yang benar adalah A. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.10 Perhatikan grafik hubungan antara gaya (F) terhadap pertambahan panjang (ΔX) berikut! Manakah yang mempunyai konstanta elastisitas terbesar ?


18

Pembahasan Soal UN Fisika SMA 2013 A

B

D

E

http://gurumuda.net C

Pembahasan Konstanta elastisitas kA = F / Δx = 50 / 10 = 5 kB = F / Δx = 50 / 0,1 = 500 kC = F / Δx = 5 / 0,1 = 50 kD = F / Δx = 500 / 0,1 = 5000 kE = F / Δx = 500 / 10 = 50 Jawaban yang benar adalah D.

Momentum, Impuls dan Tumbukan 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.12 Bola pingpong bermassa 5 gram jatuh bebas dari ketinggian tertentu (g = 10 ms-2). Saat menumbuk lantai kecepatan bola 6 ms-1 dan sesaat setelah menumbuk lantai bola terpantul ke atas dengan kecepatan 4 ms-1. Besar impuls yang bekerja pada bola adalah... A. 0,50 Ns B. 0,25 Ns C. 0,10 Ns D. 0,05 Ns E. 0,01 Ns Pembahasan Diketahui : Massa bola (m) = 5 gram = 0,005 kg Kecepatan bola sesaat sebelum menumbuk lantai (vo) = -6 m/s Kecepatan bola sesaat setelah menumbuk lantai (vt) = 4 m/s Kecepatan bertanda positif dan negatif artinya arah kecepatan bola atau arah gerakan bola sebelum tumbukan berlawanan dengan arah gerakan bola setelah tumbukan. Ditanya : Impuls (I) Jawab : Teorema impuls-momentum menyatakan bahwa impuls (I) sama dengan perubahan momentum (Δp). I = Δp = m vt – m vo = m (vt – vo) I = (0,005)(4 – (-6)) = (0,005)(4 + 6) = (0,005)(10) = 0,05 Newton sekon Jawaban yang benar adalah D. © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

19


http://gurumuda.net

2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.12 Bola tenis massanya 100 gram dijatuhkan ke lantai dari ketinggian 20 cm tanpa kecepatan awal. Setelah mengenai lantai bola memantul dengan kecepatan 1 ms-1 dan (g = 10 ms-2). Perubahan momentum yang dialami bola tersebut adalah... A. 0,1 Ns B. 0,3 Ns C. 0,5 Ns D. 0,8 Ns E. 0,9 Ns Pembahasan Diketahui : Massa bola (m) = 100 gram = 0,1 kg Ketinggian (h) = 20 cm = 0,2 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Kecepatan bola sesaat setelah menumbuk lantai (vt) = 1 m/s Ditanya : perubahan momentum bola Jawab : Kecepatan bola sebelum tumbukan (vo) Hitung kecepatan bola sebelum tumbukan menggunakan rumus gerak jatuh bebas. Diketahui ketinggian bola jatuh bebas (h) = 0,2 meter, percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 dan ditanya kecepatan bola pada saat menumbuk lantai karenanya digunakan rumus v2 = 2 g h v2 = 2 (10)(0,2) = 4 v = √4 = -2 m/s Diberi tanda negatif karena arah gerakan bola sebelum bertumbukan dengan lantai berlawanan dengan arah gerakan bola setelah bertumbukan dengan lantai. Perubahan momentum bola (Δp) Δp = m vt – m vo = m (vt – vo) Δp = (0,1)(1 – (-2)) = (0,1)(1 + 2) = (0,1)(3) = 0,3 Newton sekon Jawaban yang benar adalah B. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.12 Bola bermassa 0,5 kg jatuh bebas dari ketinggian h1 = 7,2 m di atas lantai dan terpantul mencapai ketinggian h2 = 3,2 m. Jika percepatan gravitasi bumi = 10 ms-2, impuls yang bekerja pada bola adalah... A. 2,0 Ns B. 3,0 Ns C. 10 Ns D. 40 Ns E. 80 Ns Pembahasan Diketahui : Massa bola (m) = 0,5 kg Ketinggian bola jatuh bebas (h1) = 7,2 meter Ketinggian bola memantul (h2) = 3,2 meter Percepatan gravitasi bumi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Impuls yang bekerja pada bola Jawab : Kecepatan bola sesaat sebelum tumbukan (vo)


20


http://gurumuda.net

Hitung kecepatan bola sesaat sebelum tumbukan menggunakan rumus gerak jatuh bebas. Diketahui ketinggian (h) = 7,2 meter, percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 dan ditanyakan kecepatan akhir sesaat sebelum menumbuk lantai karenanya gunakan rumus v2 = 2 g h vo2 = 2(10)(7,2) = 144 vo = 2(10)(7,2) = 12 m/s Kecepatan bola sebelum tumbukan (vo) adalah -12 m/s. Tanda negatif hanya menjelaskan arah. Kecepatan bola sesaat setelah tumbukan (vt) Hitung kecepatan bola sesaat setelah tumbukan menggunakan rumus gerak vertikal ke atas. Diketahui ketinggian (h) = 3,2 meter, percepatan gravitasi (g) = -10 m/s2, kecepatan akhir pada ketinggian maksimum (vt2) = 0 dan ditanyakan kecepatan awal sesaat setelah menumbuk lantai karenanya gunakan rumus vt2 = vo2 + 2 g h vt2 = vo2 + 2 g h 0 = vo2 + 2 (-10)(3,2) vo2 = 64 vo = √64 = 8 m/s Kecepatan bola setelah tumbukan (vt) adalah 8 m/s Impuls yang bekerja pada bola (I) Impuls dihitung menggunakan rumus teorema impuls-momentum. Impuls (I) = perubahan momentum (Δp) I = m (vt – vo) = (0,5)(8-(-12)) = (0,5)(8 + 12) = 0,5(20) = 10 Newton sekon Jawaban yang benar adalah C. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.13 Dua buah bola masing-masing bermassa m1 = 2 kg dan m2 = 1 kg menggelinding berlawanan arah dengan kelajuan v1 = 2 ms-1 dan v2 = 4 ms-1 seperti pada gambar berikut. Kedua bola kemudian bertumbukan dan setelah tumbukan keduanya saling menempel. Kecepatan kedua bola setelah tumbukan adalah... A. 2 ms-1 B. 1,2 ms-1 C. 1 ms-1 D. 0,5 ms-1 E. nol Pembahasan Diketahui : Massa bola 1 (m1) = 2 kg Massa bola 2 (m2) = 1 kg Kecepatan bola 1 sebelum tumbukan (v1) = 2 m/s Kecepatan bola 2 sebelum tumbukan (v2) = -4 m/s Kecepatan bertanda positif dan negatif karena arah gerakan bola berlawanan. Tanda positif dan negatif menjelaskan arah gerakan bola. Ditanya : Kecepatan bola setelah tumbukan (v’) Jawab : Soal ini berkaitan dengan tumbukan tidak lenting. Pada tumbukan tidak lenting, hukum kekekalan energi kinetik tidak berlaku dan hanya berlaku hukum kekekalan momentum. Kecepatan bola setelah tumbukan dihitung menggunakan rumus hukum kekekalan momentum. m1 v1 + m2 v2 = (m1 + m2) v’ (2)(2) + (1)(-4) = (2 + 1) v’ 4 – 4 = (3) v’ 0 = (3) v’ v’ = 0 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

21


http://gurumuda.net

Jawaban yang benar adalah E. 5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.13 Dua buah bola A dan B memiliki massa sama bergerak saling mendekati masing-masing dengan kecepatan 4 m.s-1 dan 6 m.s-1 seperti pada gambar! Keduanya kemudian bertumbukan lenting sempurna, dan kecepatan benda B setelah tumbukan 4 m.s-1 dengan arah berlawanan dari gerak semula. Kecepatan bola A sesaat setelah tumbukan adalah... A. 2 m.s-1 B. 2,5 m.s-1 C. 4 m.s-1 D. 5 m.s-1 E. 6 m.s-1 Pembahasan Diketahui : Massa bola A (mA) = m Massa bola B (mB) = m Kecepatan bola A sebelum tumbukan (vA) = 4 m/s Kecepatan bola B sebelum tumbukan (vB) = 6 m/s Kecepatan bola B setelah tumbukan (vB’) = 4 m/s Ditanya : Kecepatan bola A setelah tumbukan (vA’) Jawab : Jika dua benda yang bertumbukan lenting sempurna mempunyai massa sama, maka setelah tumbukan kedua benda saling bertukar kecepatan. Kecepatan bola A sebelum tumbukan (vA) = kecepatan bola B setelah tumbukan (vB’) = 4 m/s Kecepatan bola B sebelum tumbukan (vB) = kecepatan bola A setelah tumbukan (vA’) = 6 m/s Jika sebelum tumbukan bola A bergerak ke kiri maka setelah tumbukan bola A bergerak ke kanan. Demikian juga jika sebelum tumbukan bola B bergerak ke kanan maka setelah tumbukan bola B bergerak ke kiri. Jadi pada tumbukan lenting sempurna, arah gerakan benda sebelum dan setelah tumbukan berlawanan. Jawaban yang benar adalah E. 6. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.13 Benda A dan benda B masing-masing bermassa 4 kg dan 5 kg bergerak berlawanan arah seperti gambar. Keduanya kemudian bertumbukan dan setelah tumbukan kedua benda berbalik arah dengan kecepatan A = 4 m.s-1 dan kecepatan B = 2 m.s-1, maka kecepatan benda B sebelum tumbukan adalah... A. 6,0 m.s-1 B. 3,0 m.s-1 C. 1,6 m.s-1 D. 1,2 m.s-1 E. 0,4 m.s-1 Pembahasan Diketahui : Massa benda A (mA) = 4 kg Massa benda B (mB) = 5 kg Kecepatan benda A sebelum tumbukan (vA) = 6 m/s Kecepatan benda A setelah tumbukan (vA’) = 4 m/s Kecepatan benda B setelah tumbukan (vB’) = -2 m/s Tanda positif dan negatif menjelaskan arah gerak bola yang berlawanan. Ditanya : Kecepatan benda B sebelum tumbukan (vB) © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

22


http://gurumuda.net

Jawab : Jenis tumbukan tidak dijelaskan pada soal ini. Tetapi berpedoman pada besaran-besaran yang diketahui disimpulkan bahwa soal ini berkaitan dengan tumbukan lenting sebagian atau tumbukan lenting tidak sempurna. Pada tumbukan lenting sebagian tidak berlaku hukum kekekalan energi kinetik dan hanya berlaku hukum kekekalan momentum. Kecepatan benda B sebelum tumbukan dihitung menggunakan persamaan hukum kekekalan momentum. mA vA + mB vB = mA vA’ + mB vB’ (4)(6) + (5)(-2) = (4)(4) + (5)(vB’) 24 – 10 = 16 + 5(vB’) 14 - 16 = 5 (vB’) -2 = 5 (vB’) vB’ = -2/5 vB’ = -0,4 Tanda negatif artinya arah gerakan benda B setelah tumbukan berlawanan dengan arah benda sebelum tumbukan. Jawaban yang benar adalah E.

Fluida Dinamis 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.14 Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut! (1) gaya angkat pada pesawat terbang (2) pompa hidrolik (3) penyemprot nyamuk (4) balon udara dapat mengudara Pernyataan di atas yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah... A. (1) dan (2) B. (1) dan (3) C. (2) dan (4) D. (1), (2), dan (4) E. (1), (3), dan (4) Pembahasan Pernyataan yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah (1) gaya angkat pada pesawat terbang dan (3) penyemprot nyamuk. (2) Pompa hidrolik prinsip kerjanya berdasarkan hukum Pascal. (4) Balon udara dapat mengudara prinsip kerjanya berdasarkan hukum Archimedes (pengapungan). Jawaban yang benar adalah B. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.14 Perhatikan pernyataan berikut! (1) venturimeter (2) penyemprot nyamuk (3) barometer (4) termometer Pernyataan yang berkaitan dengan penerapan hukum Bernoulli adalah... A. (1) dan (2) B. (1) dan (3) C. (1) dan (4) D. (2) dan (3) © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

23


http://gurumuda.net

E. (2) dan (4) Pembahasan Pernyataan yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah (1) venturimeter dan (2) penyemprot nyamuk. (3) barometer prinsip kerjanya berdasarkan tekanan hidrostatis (4) termometer raksa atau alkohol prinsip kerjanya berdasarkan pemuaian. Jawaban yang benar adalah A. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.14 Perhatikan pernyataan berikut! (1) pompa hidraulik (2) karburator (3) venturimeter (4) termometer Alat-alat yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah... A. (1) dan (2) B. (1) dan (3) C. (1) dan (4) D. (2) dan (3) E. (2) dan (4) Pembahasan Pernyataan yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah (2) karburator dan (3) venturimeter. (1) pompa hidraulik prinsip kerjanya berdasarkan tekanan hidrostatis, hukum Pascal. (4) termometer raksa atau alkohol prinsip kerjanya berdasarkan pemuaian. Jawaban yang benar adalah D. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.15 Sebuah bak yang besar berisi air dan terdapat sebuah kran seperti gambar. Jika g = 10 ms-2, maka kecepatan semburan air dari kran adalah... A. 3 ms-1 B. 8 ms-1 C. 9 ms-1 D. 30 ms-1 E. 900 ms-1 Pembahasan Diketahui : Ketinggian (h) = 85 cm – 40 cm = 45 cm = 0,45 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Kecepatan semburan air dari kran (v) Jawab : Teorema Torricelli menyatakan bahwa kecepatan semburan air melalui lubang yang berjarak h dari permukaan air sama dengan kecepatan jatuh bebas air dari ketinggian h. Kecepatan semburan air dihitung menggunakan rumus gerak jatuh bebas vt2 = 2 g h vt2 = 2 g h = 2(10)(0,45) = 9 vt = √9 = 3 m/s Jawaban yang benar adalah A. 5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.15 Sebuah bak penampungan berisi air dan pada dinding t erdapat lubang (lihat gambar). Kelajuan air saat keluar dari lubang tersebut adalah... (g = 10 ms-2) A. 12 ms-1 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

24


http://gurumuda.net

B. 10 ms-1 C. 6 ms-1 D. 5 ms-1 E. 2 ms-1 Pembahasan Diketahui : Ketinggian (h) = 1,5 m – 0,25 m = 1,25 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v) Jawab : vt2 = 2 g h = 2(10)(1,25) = 25 vt = √25 = 5 m/s Jawaban yang benar adalah D. 6. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.15 Sebuah bak penampungan berisi air setinggi 1 meter (g = 10 ms-2) dan pada dinding terdapat lubang kebocoran (lihat gambar). Kelajuan air yang keluar dari lubang tersebut adalah... A. 1 ms-1 B. 2 ms-1 C. 4 ms-1 D. 8 ms-1 E. 10 ms-1 Pembahasan Diketahui : Ketinggian (h) = 1 m – 0,20 m = 0,8 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v) Jawab : vt2 = 2 g h = 2(10)(0,8) = 16 vt = √16 = 4 m/s Jawaban yang benar adalah D.

Suhu, Kalor dan Perpindahan Kalor 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.16 Selembar baja pada suhu 20oC memiliki ukuran seperti pada gambar. Jika koefisien muai panjang baja 10-5 oC-1 maka pertambahan luas pada suhu 60oC adalah... A. 0,08 cm2 B. 0,16 cm2 C. 0,24 cm2 D. 0,36 cm2 E. 0,64 cm2 Pembahasan Diketahui : Panjang baja = 40 cm Lebar baja = 20 cm Luas baja mula-mula (Ao) = (40)(20) = 800 cm2 Koefisien muai panjang (α) baja = 10-5 oC-1 Koefisien muai luas (β) = 2 x koefisien muai panjang (2α) = 2 x 10-5 oC-1 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

25


http://gurumuda.net

Perbedaan suhu (ΔT) = 60oC – 20oC = 40oC Ditanya : Pertambahan luas baja pada suhu 60oC Jawab : Rumus pemuaian luas : ΔA = β Ao ΔT Keterangan rumus : ΔA = pertambahan luas, β = koefisien muai luas, Ao = luas mula-mula, ΔT = perubahan suhu = suhu akhir – suhu awal Pertambahan luas baja : ΔA = β Ao ΔT ΔA = (2 x 10-5)(800)(40) = 0,64 cm Jawaban yang benar adalah E. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.16 Pelat besi pada suhu 20oC memiliki ukuran seperti gambar. Bila suhunya dinaikkan menjadi 100oC dan koefisien muai panjang besi 1,1 x 10-7 oC-1, maka luasnya sekarang menjadi... A. 4,0000106 m2 B. 4,0000140 m2 C. 4,0000376 m2 D. 4,0000704 m2 E. 4,0000726 m2 Pembahasan Diketahui : Panjang besi = 2 m Lebar besi = 2 m Luas besi mula-mula (Ao) = (2)(2) = 4 m2 Koefisien muai panjang (α) besi = 1,1 x 10-7 oC-1 Koefisien muai luas (β) = 2 x koefisien muai panjang (2α) = 2,2 x 10-7 oC-1 Perbedaan suhu (ΔT) = 100oC – 20oC = 80oC Ditanya : Luas besi pada suhu 100oC Jawab : Pertambahan luas besi : ΔA = β Ao ΔT ΔA = (2,2 x 10-7)(4)(80) = 704 x 10-7 = 0,0000704 m2 Luas besi : Luas besi = luas awal + pertambahan luas Luas besi = 4 m2 + 0,0000704 m2 Luas besi = 4,0000704 m2 Jawaban yang benar adalah D. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.16 Sebuah plat terbuat dari perunggu (α = 18.10-6 oC-1) pada suhu 0oC mempunyai ukuran seperti gambar. Jika plat tersebut dipanaskan sampai 80 oC, maka pertambahan luas plat adalah sebesar... A. 0,576.10-4 m2 B. 1,152.10-4 m2 C. 2,304.10-4 m2 D. 3,456.10-4 m2 E. 4,608.10-4 m2 Pembahasan Diketahui : © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

26


http://gurumuda.net

Panjang perunggu = 40 cm = 0,4 meter Lebar perunggu = 20 cm = 0,2 meter Luas perunggu mula-mula (Ao) = (0,4)(0,2) = 0,08 m2 Koefisien muai panjang (α) perunggu = 18 x 10-6 oC-1 Koefisien muai luas (β) = 2 x koefisien muai panjang (2α) = 36 x 10-6 oC-1 Perbedaan suhu (ΔT) = 80oC – 0oC = 80oC Ditanya : Pertambahan luas perunggu pada suhu 80oC Jawab : Pertambahan luas perunggu : ΔA = β Ao ΔT ΔA = (36 x 10-6)(0,08)(80) = 230,4 x 10-6 = 2,304 x 10-4 m2 Jawaban yang benar adalah C. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.17 Es bermassa M gram bersuhu 0oC, dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram suhu 20oC yang ditempatkan pada bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor. Jika Les = 80 kal g-1, cair = 1 kal g-1 oC-1, semua es mencair dan kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5oC, maka massa es (M) adalah... A. 60 gram B. 68 gram C. 75 gram D. 80 gram E. 170 gram Pembahasan Diketahui : Massa air (m) = 340 gram Suhu es (Tes) = 0oC Suhu air (Tair) = 20oC Suhu kesetimbangan termal (T) = 5oC Kalor lebur es (Les) = 80 kal g-1 Kalor jenis air (cair) = 1 kal g-1 oC-1 Ditanya : Massa es (M) Jawab : Asas Black menyatakan bahwa dalam sistem tertutup terisolasi, kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah. Kalor yang dilepas air (Q lepas) = kalor yang diserap es (Q serap) mair cair ( ∆ T) = mes Les + mes cair ( ∆ T) (340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0) (340)(15) = 80M + 5M 5100 = 85M M = 5100/85 M = 60 gram Jawaban yang benar adalah A. Catatan : Jika dinyatakan es bersuhu 0o maka air masih berwujud padat. Jika dinyatakan air bersuhu 0oC maka air berwujud cair. Bedakan penggunaan kata es dan air. Karena air masih berwujud padat atau es, maka kalor yang diserap terlebih dahulu digunakan untuk mencairkan semua es menjadi air, karenanya pada ruas kanan persamaan di atas ditambahkan rumus untuk menghitung banyaknya


27


http://gurumuda.net

kalor untuk mencairkan es (mes Les). Setelah semua es mencair menjadi air, kalor tambahan digunakan untuk menaikan suhu es dari 0oC menjadi 5oC.

Termodinamika 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.18 Pada termodinamika, gas ideal mengalami proses isotermik jika... A. perubahan keadaan gas suhunya selalu tetap B. semua molekul bergerak dengan kecepatan berbeda C. semua keadaan gas suhunya selalu berubah D. pada suhu tinggi kecepatan molekulnya lebih tinggi E. tekanan dan volume gas tidak mengalami perubahan Pembahasan Isotermal atau isotermik artinya suhu tetap. Jawaban yang benar adalah A. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.18 Semua gas ideal mengalami proses isokhorik sehingga... A. semua molekul kecepatannya sama B. pada suhu tinggi kecepatan rata-rata molekul lebih besar C. tekanan gas menjadi tetap D. gas akan melakukan usaha E. tidak memiliki energi dalam Pembahasan Isokhorik = volume tetap. Jawaban yang benar adalah B. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.18 Pernyataan yang benar tentang proses termodinamika adalah... A. isobarik adalah proses perubahan gas pada tekanan tetap B. isobarik adalah proses perubahan gas pada suhu tetap C. isokhorik merupakan proses perubahan gas pada tekanan tetap D. isotermis adalah proses perubahan gas pada volume tetap E. isokhorik adalah proses perubahan gas pada suhu tetap Pembahasan Isobarik = tekanan tetap Isokhorik = volume tetap Isotermis = suhu tetap Jawaban yang benar adalah A. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.19 Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA di bawah ini! Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah... A. 10 % B. 20 % C. 25 % D. 30 % E. 35 % Pembahasan Diketahui : © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

28


http://gurumuda.net

Suhu rendah (TL) = 350 K Suhu tinggi (TH) = 500 K Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e) Jawab :

Efisiensi mesin Carnot : e = (TH – TL) / TH e = (500 – 350) / 500 e = 150 / 500 e = 0,3 e = 30/100 = 30 % Jawaban yang benar adalah D.

5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.19 Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K. Jika usaha yang dilakukan oleh mesin adalah W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah... A. W B. 2 W C. 3 W D. 4 W E. 6 W Pembahasan Diketahui : Suhu rendah (TL) = 400 K Suhu tinggi (TH) = 600 K Ditanya : Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q2) Jawab : Efisiensi mesin Carnot : e = (TH – TL) / TH e = (600 – 400) / 600 e = 200 / 600 e = 1/3 Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot : W = e Q1 Keterangan : W = usaha yang dilakukan mesin, e = efisiensi mesin, Q1 = kalor yang diserap mesin. W = (1/3)(Q1) 3W = Q1 Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah : Q2 = Q1 – W Q2 = 3W – W Q2 = 2W Jawaban yang benar adalah B.

6. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.19 Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambar berikut. Jika kalor yang dilepas ke lingkungan 3.000 Joule, maka kalor yang diserap sistem adalah... A. 3.000 J B. 4.000 J C. 4.800 J D. 6.000 J E. 8.000 J Pembahasan Diketahui : © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

29


http://gurumuda.net

Suhu rendah (TL) = 500 K Suhu tinggi (TH) = 800 K Kalor yang dilepaskan (Q2) = 3000 Joule Ditanya : Kalor yang diserap sistem (Q1) Jawab : Efisiensi mesin Carnot : e = (TH – TL) / TH e = (800 – 500) /8600 e = 300 / 800 e = 3/8 Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot : W = e Q1 W = (3/8)(Q1) 8W/3 = Q1 Q2 = Q1 – W Q2 = 8W/3 – 3W/3 Q2 = 5W/3 3Q2 = 5W W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800 Kalor yang diserap sistem : Q1 = W + Q2 = 1800 + 3000 = 4800 Joule Jawaban yang benar adalah C.

Gelombang Mekanik 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.20 Dua gabus berada di puncak-puncak gelombang. Keduanya bergerak naik turun di atas permukaan air laut sebanyak 20 kali dalam waktu 4 detik mengikuti gelombang air laut. Jika jarak kedua gabus 100 cm dan di antaranya terdapat dua lembah dan satu bukit, maka frekuensi gelombang dan cepat rambat gelombang berturut-turut adalah... A. 0,2 Hz dan 200 cm.s-1 B. 5,0 Hz dan 200 cm.s-1 C. 0,2 Hz dan 250 cm.s-1 D. 2,5 Hz dan 250 cm.s-1 E. 5,0 Hz dan 250 cm.s-1 Pembahasan Diketahui : Kedua gabus berada di puncak-puncak gelombang dan di antara kedua gabus terdapat 2 lembah dan 1 bukit (amati gambar). Jadi terdapat dua panjang gelombang di antara kedua gabus. Panjang gelombang (λ) = 100 cm / 2 = 50 cm. Frekuensi (f) = 20/4 = 5 Hertz Ditanya : frekuensi gelombang dan cepat rambat gelombang Jawab : Frekuensi gelombang (f) = 5 Hertz Cepat rambat gelombang (v) = f λ = (5)(50 cm) = 250 cm/s Jawaban yang benar adalah E. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.20 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

30


http://gurumuda.net

Sebuah pegas (slinky) digetarkan sehingga menghasilkan gelombang longitudinal dengan jarak dua rapatan terdekat = 40 cm. Jika cepat rambat gelombangnya 20 ms-1, maka panjang gelombang dan frekuensi gelombangnya adalah... A. 0,2 m dan 100 Hz B. 0,4 m dan 50 Hz C. 0,8 m dan 25 Hz D. 40 m dan 0,50 Hz E. 80 m dan 0,25 Hz Pembahasan Diketahui : Jarak antara dua rapatan berdekatan atau jarak antara dua regangan berdekatan atau jarak antara dua puncak berdekatan atau jarak antara dua lembah berdekatan = 1 panjang gelombang. Panjang gelombang (λ) = 40 cm = 0,4 meter Cepat rambat gelombang (v) = 20 m/s Ditanya : Panjang gelombang (λ) dan frekuensi gelombang (f) Jawab : Panjang gelombang (λ) = 0,4 meter Frekuensi gelombang (f) = v / λ = 20 / 0,4 = 50 Hertz Jawaban yang benar adalah B. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.20 Pada permukaan air laut terdapat dua buah gabus yang terpisah satu sama lain sejauh 60 cm. Keduanya turun naik bersama permukaan air laut sebanyak 20 kali selama 10 sekon. Bila salah satu di puncak gelombang yang lain di lembah gelombang. Sedang di antara kedua gabus terdapat satu bukit gelombang, maka periode gelombang dan cepat rambat gelombang adalah... A. 0,5 s dan 20 cm.s-1 B. 0,5 s dan 30 cm.s-1 C. 0,5 s dan 80 cm.s-1 D. 2 s dan 120 cm.s-1 E. 2 s dan 240 cm.s-1 Pembahasan Diketahui : Panjang gelombang (λ) = 60 cm / 1,5 = 40 cm Frekuensi (f) = 20/10 = 2 Hertz Ditanya : Periode gelombang dan cepat rambat gelombang Jawab : Periode (T) = 1/f = 1/2 = 0,5 sekon Cepat rambat gelombang (v) = f λ = (2)(40) = 80 cm/s Jawaban yang benar adalah C.

Alat Optik 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.22 Perhatikan gambar! Perbesaran teropong untuk mata tidak berakomodasi berdasarkan gambar di atas adalah...


31


http://gurumuda.net A. 14,5 kali B. 12,5 kali C. 11,5 kali D. 10,5 kali E. 9,5 kali

Pembahasan Jika benda yang letaknya jauh dilihat langsung menggunakan mata maka benda tersebut tampak sangat kecil. Agar benda yang letaknya jauh dapat dilihat secara jelas maka digunakan alat bantu berupa teropong atau teleskop. Jadi fungsi teropong adalah memperbesar ukuran benda yang letaknya jauh sehingga dapat dilihat dengan jelas oleh mata. Berdasarkan gambar di atas, teropong tersusun dari dua lensa cembung alias lensa konvergen. Teropong yang terdiri dari dua lensa konvergen merupakan teropong astronomi atau teropong bintang. Lensa yang berada lebih dekat dengan benda disebut lensa obyektif dan lensa yang berada lebih dekat dengan mata disebut lensa okuler. Lensa obyektif berfungsi untuk menghasilkan bayangan nyata di mana bayangan nyata tersebut dianggap sebagai benda oleh lensa okuler. Selanjutnya lensa okuler mempebesar bayangan tersebut. Bayangan yang dihasilkan oleh lensa okuler bersifat maya, terbalik dan diperbesar. Jika mata berakomodasi minimum atau mata dalam kondisi rileks maka bayangan benda yang dihasilkan oleh lensa okuler berada pada jarak tak berhingga. Hal ini terjadi jika bayangan nyata yang dibentuk oleh lensa obyektif dan dianggap sebagai benda oleh lensa okuler, berada pada titik fokus lensa obyektif dan titik fokus lensa okuler, sebagaimana ditunjukan pada gambar di atas. Panjang teropong = panjang fokus lensa obyektif (fob) + panjang fokus lensa okuler (fok). Diketahui : Panjang fokus lensa obyektif (fob) = 100 cm Panjang fokus lensa okuler (fok) = 8 cm Ditanya : Perbesaran teropong untuk mata tak berakomodasi (akomodasi minimum) Jawab : Perbesaran total teropong : M = -fob / fok M = -100 cm / 8 cm M = -12,5 kali Tanda negatif artinya bayangan akhir atau bayangan yang dibentuk lensa okuler bersifat terbalik. Jawaban yang benar adalah B. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.22 Lintasan berkas sinar ketika melalui sistem optik teropong bintang ditunjukkan seperti gambar. Berdasarkan gambar di atas, perbesaran bayangan untuk mata tidak berakomodasi adalah... © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

32


http://gurumuda.net

A. 60 kali B. 50 kali C. 45 kali D. 40 kali E. 30 kali Pembahasan Diketahui : Panjang fokus lensa obyektif (fob) = 200 cm Panjang fokus lensa okuler (fok) = 5 cm Ditanya : Perbesaran bayangan akhir untuk mata tidak berakomodasi Jawab : Perbesaran total teropong : M = -fob / fok M = -200 cm / 5 cm M = -40 kali Tanda negatif artinya bayangan terbalik. Jawaban jawaban yang benar adalah D. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.22 Perhatikan gambar jalannya sinar pada teropong berikut! Jika jarak lensa obyektif dengan lensa okuler (d) besarnya 11 kali jarak fokus lensa okuler maka perbesaran yang dihasilkan teropong untuk mata tidak berakomodasi adalah... A. 10 kali B. 16 kali C. 21 kali D. 30 kali E. 50 kali Pembahasan Diketahui : Jarak lensa obyektif dan lensa okuler = panjang teropong = 11 fok Panjang fokus lensa okuler (fok) = fok Panjang fokus lensa obyektif (fob) = panjang teropong – panjang fokus lensa okuler = 11 fok - fok = 10 fok Ditanya : Perbesaran teropong Jawab : M = -fob / fok M = -10 fok / fok M = -10 kali Tanda negatif artinya bayangan terbalik. Jawaban jawaban yang benar adalah A. Gelombang Cahaya 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.23 Diagram di bawah menggambarkan percobaan Young. Jika d adalah jarak antara 2 celah, L adalah jarak celah ke layar dan P2 adalah jarak garis terang ke 2 dari terang pusat, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan (1 Å = 10-10 m) adalah... A. 3.000 Å B. 4.000 Å C. 5.000 Å © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

33


http://gurumuda.net

D. 5.500 Å E. 6.000 Å Pembahasan Diketahui : Jarak antara dua celah (d) = 1 mm = 1 x 10-3 meter Jarak celah ke layar (L) = 1 meter Jarak garis terang ke 2 dari terang pusat (P2) = 1 mm = 1 x 10-3 meter Orde (n) = 2 (terang pusat adalah terang pertama jadi n = 0. Terang kedua adalah garis terang pertama jadi n = 1, n = 2 garis terang kedua) Ditanya : Panjang gelombang cahaya (λ) yang digunakan adalah... Jawab : Rumus interferensi celah ganda (interferensi konstruktif) : d sin θ = n λ sin θ ≈ tan θ = P2 / L = (1 x 10-3) / 1 = 1 x 10-3 meter Panjang gelombang cahaya : λ = d sin θ / n λ = (1 x 10-3)(1 x 10-3) / 2 = (1 x 10-6) / 2 λ = 0,5 x 10-6 meter = 5 x 10-7 meter λ = 5000 x 10-10 meter λ = 5000 Å Jawaban yang benar adalah C. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.23 Pada suatu percobaan interferensi celah ganda, dihasilkan data seperti gambar di samping. Maka nilai panjang gelombang yang digunakan adalah... (1 m = 1010 Å) A. 4500 Å B. 5000 Å C. 6000 Å D. 6500 Å E. 7000 Å Pembahasan Diketahui : Jarak antara dua celah (d) = 0,8 mm = 8 x 10-4 meter Jarak celah ke layar (L) = 1 meter Jarak garis terang ke 4 dari terang pusat (P) = 3 mm = 3 x 10-3 meter Orde (n) = 4 Ditanya : Panjang gelombang cahaya (λ) yang digunakan adalah... Jawab : Rumus interferensi celah ganda (interferensi konstruktif) : d sin θ = n λ sin θ ≈ tan θ = P / L = (3 x 10-3) / 1 = 3 x 10-3 meter Panjang gelombang cahaya : λ = d sin θ / n λ = (8 x 10-4)(3 x 10-3) / 4 = (24 x 10-7) / 4 λ = 6 x 10-7 meter = 6000 x 10-10 meter λ = 6000 Å © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

34


http://gurumuda.net

Jawaban yang benar adalah C. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.23 Gambar di samping merupakan sketsa lintasan sinar pada peristiwa interferensi celah ganda S1 dan S2, titik A dan B adalah dua garis gelap yang berurutan dan panjang gelombang yang digunakan 6000 Å (1 Å = 10-10 m). Jarak antara kedua celah adalah... A. 0,015 mm B. 0,2 mm C. 1,5 mm D. 1,6 mm E. 1,8 mm Pembahasan Jarak antara kedua celah dihitung menggunakan rumus interferensi konstruktif dengan beranggapan jarak antara dua garis gelap yang berurutan sama dengan jarak antara dua garis terang berurutan. Diketahui : Jarak celah ke layar (L) = 1 meter Panjang gelombang yang digunakan (λ) = 6000 Å = 6000 x 10-10 meter = 6 x 10-7 meter Jarak antara terang pusat ke garis terang pertama (P) = 0,2 mm = 0,2 x 10-3 meter = 2 x 10-4 meter Orde garis terang pertama (n) = 1 Ditanya : Jarak antara kedua celah (d) Jawab : Rumus interferensi konstruktif : d = n λ / sin θ sin θ ≈ tan θ = P / L = (2 x 10-4) / 1 = 2 x 10-4 meter Jarak antara kedua celah : d = n λ / sin θ = (1)(6 x 10-7) / (2 x 10-4) d = (6 x 10-7) / (2 x 10-4) = (3 x 10-3) d = 0,003 meter d = 3 mm Gelombang Bunyi 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.24 Mobil ambulan A bergerak dengan kecepatan 0,25 v di belakang mobil sedan B yang berkecepatan 0,2 v searah A. Pada saat itu mobil ambulan A membunyikan sirine 1.000 Hz. Jika kecepatan rambat bunyi v, frekuensi yang didengar pengemudi mobil sedan B adalah... A. 1.500 Hz B. 1.250 Hz C. 1.111 Hz D. 1.067 Hz E. 1.000 Hz Pembahasan Diketahui : Frekuensi sumber bunyi (f) = 1.000 Hz Kecepatan sumber bunyi (vs) = -0,25 v (relatif terhadap medium yang menghantar bunyi) Cepat rambat bunyi (v) = v Kecepatan pendengar (vp) = -0,2 v (relatif terhadap medium yang menghantar bunyi) Ditanya : Frekuensi bunyi yang didengar pendengar (f’) © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

35


http://gurumuda.net

Jawab : Rumus efek Doppler : v±vp f ' =f v ± vs Aturan tanda : v selalu positif vp positif jika pendengar mendekati sumber bunyi vp negatif jika pendengar menjauhi sumber bunyi vs positif jika sumber bunyi menjauhi pendengar vs negatif jika sumber bunyi mendekati pendengar vp = 0 jika pendengar diam vs = 0 jika sumber bunyi diam

( )

v−0,2 v ( v−0,25 v) 0,8 v f =1600 ( 0,75 v ) 0,8 f ' =1600 ( 0,75 ) f ' =1000 '

' f =1600 ( 1,067 ) ' f =1067 Hz Jawaban yang benar adalah D.

2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.24 Sebuah sumber bunyi dengan frekuensi 640 Hz bergerak mendekati seorang pengamat dengan kecepatan 20 m/s. Jika cepat rambat bunyi di udara sebesar 340 m/s dan pengamat bergerak menjauhi searah sumber bunyi dengan kecepatan 10 m/s, maka frekuensi bunyi didengar oleh pengamat adalah... A. 600 Hz B. 660 Hz C. 900 Hz D. 980 Hz E. 1300 Hz Pembahasan Diketahui : Frekuensi sumber bunyi (f) = 640 Hz Kelajuan sumber bunyi (vs) = -20 m/s (relatif terhadap udara sebagai medium penghantar bunyi) Cepat rambat bunyi (v) = 340 m/s (relatif terhadap udara sebagai medium penghantar bunyi) Kelajuan pendengar (vp) = -10 m/s (relatif terhadap udara sebagai medium penghantar bunyi) Ditanya : Frekuensi bunyi yang didengar pendengar (f’) Jawab : v±vp 340−10 f ' =f =640 v ± vs 340−20 330 33 f ' =640 =640 320 32

( ) (

)

( ) ( ) 33 f =20 ( )=660 Hz 1 '

Jawaban yang benar adalah B. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.24 Suatu sumber bunyi bergerak dengan kecepatan 60 m/s meninggalkan pengamat yang berada di belakangnya bergerak searah dengan sumber bunyi dengan kecepatan 10 m/s. Jika kecepatan rambat bunyi di udara 340 m/s dan frekuensi sumber bunyi 800 Hz, maka frekuensi bunyi yang didengar oleh pengamat adalah... A. 700 Hz B. 800 Hz C. 940 Hz D. 960 Hz E. 1.120 Hz Pembahasan © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

36


http://gurumuda.net

Diketahui : Frekuensi sumber bunyi (f) = 800 Hz Kelajuan sumber bunyi (vs) = 60 m/s (relatif terhadap udara sebagai medium penghantar bunyi) Cepat rambat bunyi (v) = 340 m/s (relatif terhadap udara sebagai medium penghantar bunyi) Kelajuan pendengar (vp) = 10 m/s (relatif terhadap udara sebagai medium penghantar bunyi) Ditanya : Frekuensi bunyi yang didengar pendengar (f’) Jawab : v±vp 340+10 f ' =f =800 v ± vs 340+60 350 35 f ' =800 =800 400 40

( ) (

)

( ) ( ) 35 f =20 ( )=700 Hz 1 '

Jawaban yang benar adalah A. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.25 Intensitas bunyi di titik P yang berjarak 3 m dari sumber bunyi adalah 10-4 watt/m2. Titik R berjarak 300 m dari sumber bunyi. Jika intensitas ambang I0 = 10-12 watt/m2, maka perbandingan taraf intensitas di titik P dan R adalah... A. 1 : 2 B. 2 : 1 C. 2 : 3 D. 2 : 4 E. 3 : 4 Pembahasan Diketahui : Intensitas bunyi di titik P (IP) = 10-4 W/m2 Jarak titik P dari sumber bunyi (rP) = 3 meter Jarak titik R dari sumber bunyi (rR) = 300 meter Intensitas ambang (Io) = 10-12 Watt/m2 Ditanya : Perbandingan taraf intensitas di titik P dan R (TIP : TIR) Jawab : Rumus hubungan antara intensitas dengan jarak : Ip rp2 = IR rR2

Intensitas bunyi di R : (10-4)(32) = (IR)(3002) (10-4)(9) = (IR)(90000) 9 x 10-4 = (IR)(9 x 104) IR = 9 x 10-4 : 9 x 10-4 IR = 10-8 Intensitas bunyi di titik R adalah 10-8 W/m2.

Taraf intensitas di P : I TI = 10 log Io 10−4 =¿ 10 log 108 TI = 10 log 10−12 TI = (8)(10)(log 10) = (8)(10)(1) TI = 80 dB Taraf intensitas di R : I TI = 10 log Io 10−8 =¿ 10 log 104 TI = 10 log 10−12 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

37


http://gurumuda.net

TI = (4)(10)(log 10) = (4)(10)(1) TI = 40 dB Perbandingan TI di titik P dan R : 80 dB : 40 dB 2:1 Jawaban yang benar adalah B.

5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.25 Intensitas bunyi di titik A yang berjarak 1 meter dari sumber bunyi adalah 10-7 W/m2. Titik B berjarak 100 meter dari sumber bunyi. Jika intensitas ambang 10-12 W/m2, perbandingan taraf intensitas di A dan B adalah... A. 5 : 3 B. 5 : 1 C. 4 : 5 D. 4 : 3 E. 3 : 1 Pembahasan Diketahui : Intensitas bunyi di titik A (IA) = 10-7 W/m2 Jarak titik A dari sumber bunyi (rA) = 1 meter Jarak titik B dari sumber bunyi (rR) = 100 meter Intensitas ambang (Io) = 10-12 Watt/m2 Ditanya : Perbandingan taraf intensitas di titik A dan B (TIA : TIB) Jawab : Rumus hubungan antara intensitas dengan jarak : IA rA2 = IB rB2

Intensitas bunyi di titik B : (10-7)(12) = (IB)(1002) (10-7)(1) = (IB)(10.000) 1 x 10-7 = (IB)(1 x 104) IB = 10-7 : 104 IB = 10-11 Intensitas bunyi di titik R adalah 10-11 W/m2.

Taraf intensitas di titik A : I TI = 10 log Io 10−7 =¿ 10 log 105 TI = 10 log 10−12 TI = (5)(10)(log 10) = (5)(10)(1) TI = 50 desiBell Taraf intensitas di titik B : I TI = 10 log Io −11 10 =¿ 10 log 101 TI = 10 log −12 10 TI = (1)(10)(log 10) = (1)(10)(1) TI = 10 desiBell Perbandingan TI di titik A dan B : 50 dB : 10 dB 5:1 Jawaban yang benar adalah B.

6. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.25


38


http://gurumuda.net

Titik A dan B mempunyai jarak masing-masing 800 m dan 400 m dari sumber bunyi. Jika pada daerah A mendengar bunyi dengan intensitas 10-3 W/m2, maka perbandingan taraf intensitas titik A dan B adalah... (log 2 = 0,3 dan Io = 10-12 W/m2) A. 11 : 15 B. 15 : 11 C. 15 : 16 D. 16 : 11 E. 16 : 15 Pembahasan Diketahui : Intensitas bunyi di titik A (IA) = 10-3 W/m2 Jarak titik A dari sumber bunyi (rA) = 800 meter Jarak titik B dari sumber bunyi (rB) = 400 meter Intensitas ambang (Io) = 10-12 Watt/m2 Log 2 = 0,3 Ditanya : Perbandingan taraf intensitas di titik A dan B (TIA : TIB) Jawab : Rumus hubungan antara intensitas dengan jarak : IA rA2 = IB rB2

Intensitas bunyi di titik B : (10-3)(8002) = (IB)(4002) (10-3)(640.000) = (IB)(160.000) (10-3)(64) = (IB)(16) (10-3)(4) = (IB)(1) IB = 4 x 10-3 : 1 IB = 4 x 10-3 Intensitas bunyi di titik B adalah 4 x 10-3 W/m2.

Taraf intensitas di titik A : I TI = 10 log Io 10−3 =¿ 10 log 109 TI = 10 log −12 10 TI = (9)(10)(log 10) = (9)(10)(1) TI = 90 desiBell Taraf intensitas di titik B : I TI = 10 log Io 4 x 10−3 =¿ 10 log (4 x 109) TI = 10 log −12 10 TI = 10 log 4 + 10 log 109 TI = 10 log 22 + 10 log 109 TI = (2)(10)(log 2) + (9)(10)(log 10) TI = (2)(10)(0,3) + (9)(10)(1) TI = 6 + 90 TI = 96 desiBell Perbandingan TI di titik P dan R adalah : 90 dB : 96 dB 15 : 16 Jawaban yang benar adalah C.

Listrik Statis 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.26 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

39


http://gurumuda.net

Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar. Muatan di A adalah 8 µC dan gaya tarik menarik yang bekerja pada kedua muatan adalah 45 N. Jika muatan A digeser ke kanan sejauh 1 cm dan k = 9.109 Nm2.C-2, maka gaya tarik menarik yang bekerja pada kedua muatan adalah... A. 45 N B. 60 N C. 80 N D. 90 N E. 120 N Pembahasan Diketahui : Muatan listrik di A (qA) = 8 µC = 8 x 10-6 Coulomb Gaya listrik antara kedua muatan (F) = 45 Newton Jarak antara kedua muatan (rAB) = 4 cm = 0,04 meter = 4 x 10-2 meter Konstanta (k) = 9 x 109 Nm2.C-2 Ditanya : Gaya listrik antara kedua muatan jika muatan A digeser ke kanan sejauh 1 cm atau 0,01 meter Jawab : Terlebih dahulu menghitung muatan listrik di B, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik, jika muatan listrik di A digeser ke kanan sejauh 1 cm. Muatan listrik di B : Rumus hukum Coulomb : F = k (qA)(qB) / r2 F r2 = k (qA)(qB) qB = F r2 / k (qA) Muatan listrik di B : qB = (45)(4 x 10-2)2 / (9 x 109)(8 x 10-6) qB = (45)(16 x 10-4) / 72 x 103 qB = (720 x 10-4) / (72 x 103) qB = 10 x 10-7 Coulomb Gaya listrik antar muatan listrik A dan B : Jika muatan di A digeser ke kanan sejauh 1 cm maka jarak antara kedua muatan menjadi 3 cm = 0,03 meter = 3 x 10-2 meter F = k (qA)(qB) / r2 F = (9 x 109)(8 x 10-6)(10 x 10-7) / (3 x 10-2)2 F = (9 x 109)(80 x 10-13) / (9 x 10-4) F = (1 x 109)(80 x 10-13) / (1 x 10-4) F = (80 x 10-4) / (1 x 10-4) F = 80 Newton Jawaban yang benar adalah C. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.26 Dua muatan listrik P dan Q yang terpisah 10 cm mengalami gaya tarik menarik 8 N. Jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P (1 µC = 10-6 C dan k = 9 x 109 Nm2.C-2), maka gaya listrik yang terjadi adalah... A. 8 N B. 16 N C. 32 N D. 40 N E. 56 N Pembahasan © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

40


http://gurumuda.net

Diketahui : Jarak antara muatan P dan Q (rPQ) = 10 cm = 0,1 m = 1 x 10-1 m Gaya listrik antara muatan P dan Q (F) = 8 N Muatan listrik Q (qQ) = 40 µC = 40 x 10-6 C Konstanta (k) = 9 x 109 Nm2.C-2 Ditanya : Gaya listrik antara muatan P dan Q jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P Jawab : Terlebih dahulu menghitung muatan listrik P, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik, jika muatan listrik Q digeser 5 cm menuju muatan P. Muatan listrik P : qP = F r2 / k (qQ) qP = (8)(1 x 10-1)2 / (9 x 109)(40 x 10-6) qP = (8)(1 x 10-2) / 360 x 103 qP = (8 x 10-2) / (36 x 104) qP = (1 x 10-2) / (4,5 x 104) qP = (1/4,5) x 10-6 Coulomb Gaya listrik antar muatan listrik P dan Q : Jika muatan di Q digeser ke kiri 5 cm maka jarak antara kedua muatan menjadi 5 cm = 0,05 meter = 5 x 10-2 meter F = k (qP)(qQ) / r2 F = (9 x 109)( (1/4,5) x 10-6)(40 x 10-6) / (5 x 10-2)2 F = (2 x 103)(40 x 10-6) / (25 x 10-4) F = (80 x 10-3) / (25 x 10-4) F = 3,2 x 101 F = 32 Newton Jawaban yang benar adalah C. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 70 No.26 Perhatikan gambar muatan listrik berikut. Gaya listrik yang dialami muatan qB adalah 8 N (1 µC = 10-6 C) dan (k = 9.109 N.m2.C-2). Jika muatan qB digeser menjadi 4 cm dari A, maka gaya listrik yang dialami qB sekarang adalah... A. 2 N B. 4 N C. 6 N D. 8 N E. 10 N Pembahasan Diketahui : Jarak antara muatan A dan B (rAB) = 2 cm = 0,02 m = 2 x 10-2 m Gaya listrik antara muatan A dan B (F) = 8 N Muatan listrik A (qA) = 2 µC = 2 x 10-6 C Konstanta (k) = 9 x 109 Nm2.C-2 Ditanya : Gaya listrik antara muatan A dan B jika jarak antara kedua muatan menjadi 4 cm Jawab : Terlebih dahulu menghitung muatan listrik B, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik jika jarak kedua muatan listrik menjadi 4 cm = 0,04 meter = 4 x 10-2 meter. Muatan listrik B : qB = F r2 / k (qA) qB = (8)(2 x 10-2)2 / (9 x 109)(2 x 10-6) qB = (8)(4 x 10-4) / (18 x 103) © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

41


http://gurumuda.net

qB = (32 x 10-4) / (18 x 103) qB = (32/18) x 10-7 qB = (16/9) x 10-7 Coulomb Gaya listrik antara muatan A dan B : F = k (qA)(qB) / r2 F = (9 x 109)(2 x 10-6)( (16/9) x 10-7) / (4 x 10-2)2 F = (18 x 103)( (16/9) x 10-7) / (16 x 10-4) F = (2 x 103)(16 x 10-7) / (16 x 10-4) F = (2 x 103)(1 x 10-7) / (1 x 10-4) F = (2 x 10-4) / (1 x 10-4) F = 2 Newton Jawaban yang benar adalah A. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.27 Perhatikan gambar berikut! Muatan q3 diletakkan pada jarak 5 cm dari q2, maka kuat medan listrik pada muatan q3 adalah... (1 µC = 10-6 C) A. 4,6 x 107 N.C-1 B. 3,6 x 107 N.C-1 C. 1,6 x 107 N.C-1 D. 1,4 x 107 N.C-1 E. 1,3 x 107 N.C-1 Pembahasan Muatan q3 diletakkan pada jarak 5 cm dari q2, maksudnya bukan di sebelah kiri q2 tetapi di sebelah kanan q2. Jika di sebelah kiri q2 maka resultan medan listrik bernilai nol. Hal ini dikarenakan jarak antara muatan q3 dengan muatan q1 dan q2 adalah 5 cm dan besar muatan q1 sama dengan muatan q2.

Karena muatan q3 positif maka arah medan listrik pada muatan q3 menuju muatan negatif q2 (E2) dan menjauhi muatan positif q1 (E1). Resultan medan listrik adalah penjumlahan kuat medan listrik E1 dan E2. Diketahui : Muatan q1 = 5 µC = 5 x 10-6 Coulomb Muatan q2 = 5 µC = -5 x 10-6 Coulomb Jarak antara muatan q1 dan muatan q3 (r1) = 15 cm = 0,15 m = 15 x 10-2 meter Jarak antara muatan q2 dan muatan q3 (r2) = 5 cm = 0,05 m = 5 x 10-2 meter k = 9 x 109 N m2 C-2 Ditanya : Kuat medan listrik pada muatan q3 Jawab : Kuat medan listrik 1 E1 = k q1 / r12 E1 = (9 x 109)(5 x 10-6) / (15 x 10-2)2 E1 = (45 x 103) / (225 x 10-4) E1 = 0,2 x 107 N/C Kuat medan listrik 2 E2 = k q2 / r22 E2 = (9 x 109)(5 x 10-6) / (5 x 10-2)2 E2 = (45 x 103) / (25 x 10-4) E2 = 1,8 x 107 N/C Resultan kuat medan listrik © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

42


http://gurumuda.net

Resultan kuat medan listrik di muatan q3 adalah : E = E2 – E1 = (1,8 x 107) – (0,2 x 107) = 1,6 x 107 N/C Arah medan listrik ke kiri atau searah E2. Jawaban yang benar adalah C.

5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.27 Dua muatan listrik terpisah seperti pada gambar. Kuat medan pada titik P adalah... (k = 9 x 109 N m2 C-2) A. 9,0 x 109 N.C-1 B. 4,5 x 109 N.C-1 C. 3,6 x 109 N.C-1 D. 5,4 x 109 N.C-1 E. 4,5 x 109 N.C-1 Pembahasan

Diketahui : Muatan qA = +2,5 C Muatan qB = -2 C Jarak antara muatan qA dan titik P (rA) = 5 m Jarak antara muatan qB dan titik P (rB) = 2 m k = 9 x 109 N m2 C-2 Ditanya : Kuat medan listrik di titik P Jawab : Kuat medan listrik A EA = k qA / rA2 EA = (9 x 109)(2,5) / (5)2 EA = (22,5 x 109) / 25 EA = 0,9 x 109 N/C Kuat medan listrik B EB = k qB / rB2 EB = (9 x 109)(2) / (2)2 EB = (18 x 109) / 4 EB = 4,5 x 109 N/C Resultan kuat medan listrik Resultan kuat medan listrik di titik P adalah : E = EB - EA = (4,5 – 0,9) x 109 = 3,6 x 109 N/C Arah medan listrik ke kiri atau searah EB. Jawaban yang benar adalah C. 6. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.27 Dua muatan listrik masing-masing bermuatan Q1 = -40 µC dan Q2 = +5 µC terletak pada posisi seperti pada gambar (k = 9 x 109 N.m2.C-2 dan 1 µC = 10-6 C), kuat medan listrik di titik P adalah... A. 2,25 x 106 N.C-1 B. 2,45 x 106 N.C-1 C. 5,25 x 106 N.C-1 D. 6,75 x 106 N.C-1 E. 9,00 x 106 N.C-1 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

43


http://gurumuda.net

Pembahasan

Diketahui : Muatan q1 = -40 µC = -40 x 10-6 C Muatan q2 = +5 µC = +5 x 10-6 C Jarak antara muatan q1 dan titik P (r1) = 40 cm = 0,4 m = 4 x 10-1 m Jarak antara muatan q2 dan titik P (r2) = 10 cm = 0,1 = 1 x 10-1 m k = 9 x 109 N m2 C-2 Ditanya : Kuat medan listrik di titik P Jawab : Kuat medan listrik 1 E1 = k q1 / r12 E1 = (9 x 109)(40 x 10-6) / (4 x 10-1)2 E1 = (360 x 103) / (16 x 10-2) E1 = 22,5 x 105 N/C Kuat medan listrik 2 E2 = k q2 / r22 E2 = (9 x 109)(5 x 10-6) / (1 x 10-1)2 E2 = (45 x 103) / 1 x 10-2 E2 = 45 x 105 N/C Resultan kuat medan listrik Resultan kuat medan listrik di titik P adalah : E = E2 – E1 = (45 – 22,5) x 105 = 22,5 x 105 N/C E = 2,25 x 106 N/C Arah medan listrik ke kanan atau searah E2. Jawaban yang benar adalah A. 7. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.28 Dari gambar muatan berikut, yang menunjukkan garis-garis gaya pada dua muatan saling berdekatan adalah... A B

C

D

E

Pembahasan Garis medan listrik atau garis gaya listrik digambarkan keluar dari muatan positif menuju muatan negatif. Jika terdapat muatan positif dan negatif didekatkan maka garis gaya listrik tampak seperti pada jawaban A. © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

44


http://gurumuda.net

Jawaban yang benar adalah A. 8. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.28 Dua muatan listrik didekatkan satu sama lain dalam satu garis hubung sehingga akan menghasilkan garis-garis gaya listrik. Gambar yang benar adalah... A B

C

D

E

Pembahasan Jawaban yang benar adalah D. 9. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.28 Garis-garis gaya yang benar antara dua muatan adalah... A B

C

D

E

Pembahasan Jawaban yang benar adalah D. 10. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.29 Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di samping! Besar energi listrik pada rangkain tersebut adalah... (1 µF = 10-6 F) A. 65 x 10-6 Joule B. 52 x 10-6 Joule C. 39 x 10-6 Joule D. 26 x 10-6 Joule E. 13 x 10-6 Joule Pembahasan Diketahui : Kapasitor 1 (C1) = 3 µF Kapasitor 2 (C2) = 1 µF Kapasitor 3 (C3) = 2 µF Kapasitor 4 (C4) = 6 µF Kapasitor 5 (C5) = 4 µF © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

45


http://gurumuda.net

Tegangan listrik (V) = 5 volt Ditanya : Energi listrik pada rangkaian Jawab : Kapasitor pengganti rangkaian kapasitor seri-paralel Kapasitor 2 dan kapasitor 3 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : CA = C2 + C3 = 1 + 2 = 3 µF Kapasitor 1, kapasitor A dan kapasitor 4 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/CB = 1/C1 + 1/CA + 1/C4 = 1/3 + 1/3 + 1/6 = 2/6 + 2/6 + 1/6 = 5/6 CB = 6/5 µF Kapasitor B dan kapasitor 5 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : C = CB + C5 = 6/5 + 4 = 6/5 + 16/4 = 24/20 + 80/20 = 104/20 = 5,2 µF C = 5,2 x 10-6 Farad Energi listrik pada rangkaian E = ½ C V2 = ½ (5,2 x 10-6)(52) = (2,6 x 10-6)(25) E = 65 x 10-6 Joule Jawaban yang benar adalah A. 11. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.29 Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut! Besar energi listrik dalam rangkaian kapasitor gabungan ini adalah... (1 µF = 10-6 F) A. 0,6 x 10-3 Joule B. 1,2 x 10-3 Joule C. 1,8 x 10-3 Joule D. 2,4 x 10-3 Joule E. 3,0 x 10-3 Joule Pembahasan Diketahui : Kapasitor 1 (C1) = 4 µF Kapasitor 2 (C2) = 6 µF Kapasitor 3 (C3) = 12 µF Kapasitor 4 (C4) = 2 µF Kapasitor 5 (C5) = 2 µF Tegangan listrik (V) = 40 volt Ditanya : Energi listrik pada rangkaian Jawab : Kapasitor pengganti rangkaian kapasitor seri-paralel Kapasitor 1, kapasitor 2 dan kapasitor 3 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/CA = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = 3/12 + 2/12 + 1/12 = 6/12 CA = 12/6 = 2 µF Kapasitor 4 dan kapasitor 5 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/CB = 1/C4 + 1/C5 = 1/2 + 1/2 = 2/2 CB = 2/2 = 1 µF Kapasitor A dan kapasitor B dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : C = CA + CB = 2 + 1 = 3 µF C = 3 x 10-6 Farad Energi listrik pada rangkaian E = ½ C V2 = ½ (3 x 10-6)(402) = (1,5 x 10-6)(1600) E = 2400 x 10-6 = 2,4 x 10-3 Joule Jawaban yang benar adalah D.


46


http://gurumuda.net

12. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.29 Perhatikan gambar rangkaian kapasitas berikut. Energi yang tersimpan dalam rangkaian listrik di atas adalah... A. 576 Joule B. 288 Joule C. 144 Joule D. 72 Joule E. 48 Joule Pembahasan Diketahui : Kapasitor 1 (C1) = 4 F Kapasitor 2 (C2) = 4 F Kapasitor 3 (C3) = 4 F Kapasitor 4 (C4) = 4 F Kapasitor 5 (C5) = 2 F Tegangan listrik (V) = 12 volt Ditanya : Energi listrik pada rangkaian Jawab : Jawab : Kapasitor pengganti rangkaian kapasitor seri-paralel Kapasitor 1, kapasitor 2 dan kapasitor 3 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : CA = C1 + C2 + C3 = 4 + 4 + 4 = 12 F Kapasitor 4 dan kapasitor 5 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : CB = C4 + C5 = 4 + 2 = 6 F Kapasitor A dan kapasitor B dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/C = 1/CA + 1/CB = 1/12 + 1/6 = 1/12 + 2/12 = 3/12 C = 12/3 = 4 Farad Energi listrik pada rangkaian E = ½ C V2 = ½ (4)(122) = (2)(144) E = 288 Joule Jawaban yang benar adalah B.

Listrik Dinamis 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.30 Perhatikan gambar rangkaian tertutup di samping! Apabila R1 = 2Ω, R2 = 4Ω, R3 = 6Ω, maka kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah... A. 1,2 Ampere B. 1,0 Ampere C. 0,6 Ampere D. 0,5 Ampere E. 0,2 Ampere Pembahasan Diketahui : Resistor 1 (R1) = 2Ω Resistor 2 (R2) = 4Ω Resistor 3 (R3) = 6Ω Sumber ggl 1 (E1) = 9 V Sumber ggl 2 (E2) = 3 V © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

47


http://gurumuda.net

Ditanya : Kuat arus yang mengalir pada rangkaian (I) Jawab : Soal ini berkaitan dengan hukum Kirchhooff. Langkah-langkah dan cara menyelesaikan soal ini : Pertama, pilih arah arus sesuka hati anda. Anda bisa memilih arus berlawanan atau searah dengan arah putaran jarum jam. Kedua, ketika arus melewati hambatan atau resistor (R) terjadi penurunan potensial sehingga V = IR bertanda negatif. Ketiga, jika arus bergerak dari potensial rendah ke tinggi (– ke +) maka maka sumber ggl (E) tersebut bertanda positif karena terjadi pengisian energi pada sumber ggl. Jika arus bergerak dari potensial tinggi ke rendah (+ ke -) maka sumber ggl (E) tersebut bertanda negatif karena terjadi pengosongan energi pada sumber ggl. Pada penyelesaian soal ini, arah arus dipilih searah dengan arah putaran jarum jam. - I R 1 + E 1 – I R2 – I R3 – E 2 = 0 -2I+9–4I–6I–3=0 - 12 I + 6 = 0 - 12 I = - 6 I = -6 / -12 I = 0,5 Kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah 0,5 Ampere. Kuat arus listrik bertanda positif artinya arah arus listrik sesuai dengan perkiraan yakni searah dengan arah putaran jarum jam. Apabila kuat arus listrik bertanda negatif maka arah arus listrik berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Jawaban yang benar adalah D. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.30 Perhatikan gambar rangkaian berikut! Besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah... A. 0,6 A B. 1,2 A C. 1,6 A D. 2,0 A E. 2,5 A Pembahasan Pada penyelesaian soal ini, arah arus dipilih searah dengan arah putaran jarum jam. -20 – 5I -5I – 12 – 10I = 0 -32 – 20I = 0 -32 = 20I I = -32 / 20 I = -1,6 Ampere Karena kuat arus listrik bertanda negatif maka arah arus listrik sebenarnya berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Arah arus listrik tidak sesuai dengan perkiraan awal yakni searah dengan arah putaran jarum jam. Jawaban yang benar adalah C. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.30 Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut ini! Besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah... A. 5/3 A B. 8/3 A C. 11/3 A D. 13/3 A E. 14/3 A © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

48


http://gurumuda.net

Pembahasan Pada penyelesaian soal ini, arah arus dipilih searah dengan arah putaran jarum jam. - I – 6I + 12 - 2I + 12 = 0 -9I + 24 = 0 -9I = -24 I = 24 / 9 I = 8 / 3 Ampere Karena kuat arus listrik bertanda positif maka arah arus listrik sama dengan perkiraan yakni searah dengan putaran jarum jam. Jawaban yang benar adalah C.

Induksi Magnetik 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.31 Selembar kawat berarus listrik dilengkungkan seperti pada gambar. Jika jari-jari kelengkungan sebesar 50 cm, maka besarnya induksi magnetik di pusat lengkungan adalah... (µo = 4π.10-7 Wb.A-1 m-1) A. 1/3 π . 10-7 T B. 1 . 10-7 T C. π . 10-7 T D. 2 . 10-7 T E. 2π . 10-7 T Pembahasan Diketahui : Jari-jari kelengkungan (r) = 50 cm = 0,5 meter Kuat arus (I) = 1,5 Ampere Permeabilitas vakum (µo) = 4π.10-7 Wb.A-1 m-1 Ditanya : Kuat medan magnet di pusat lengkungan yang ditimbulkan oleh arus listrik yang mengalir pada kawat Jawab : 360o = 1 keliling lingkaran. Karena 120o / 360o = 1/3 maka 120o = 1/3 keliling lingkaran. Rumus kuat medan magnet di pusat kumparan dengan sejumlah lilitan : μ NI B= o 2r Keterangan : B = kuat medan magnet, N = jumlah lilitan, I = kuat arus listrik, r = jari-jari kelengkungan. Pada soal di atas, hanya terdapat 1 lilitan sehingga N dilenyapkan saja dari persamaan. Kumparan kawat pada soal di atas bukan 1 lingkaran tetapi 1/3 lingkaran. Rumus di atas disesuaikan lagi dengan soal ini sehingga berubah menjadi : 1 μo I B= 3 2r Kuat medan magnet di pusat lengkungan : 1 μ o I μo I B= = 3 2r 6r −7 ( 4 π . 10 )(1,5) B= 6(0,5) (6 π .10−7 ) 3 B=2 π . 10−7 Tesla B=


49


http://gurumuda.net

Arah medan magnet tegak lurus ke dalam menjauhi pandangan mata. Jawaban yang benar adalah E.

2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.31 Seutas kawat lurus dilengkungkan dan dialiri arus 6 A seperti pada gambar. Jika jari-jari kelengkungan R = 3π cm, maka besar induksi magnetik di titik P adalah... A. 0,5 x 10-5 T B. 2,0 x 10-5 T C. 4,0 x 10-5 T D. 6,0 x 10-5 T E. 8,0 x 10-5 T Pembahasan Diketahui : Jari-jari kelengkungan (r) = 3π cm = (3π/100) meter = 3π/102 meter = 3π.10-2 meter Kuat arus (I) = 6 Ampere Permeabilitas vakum (µo) = 4π.10-7 Wb.A-1 m-1 Ditanya : Kuat medan magnet di pusat lengkungan yang ditimbulkan oleh arus listrik yang mengalir pada kawat Jawab : 360o = 1 keliling lingkaran. Karena 45o / 360o = 1/8 maka 45o = 1/8 keliling lingkaran. Kuat medan magnet di pusat lengkungan : 1 μo I μo I B= = 8 2 r 16 r ( 4 π . 10−7 )(6) B= 16(3 π .10−2 ) B=

(24 π .10−7 ) 16(3 π . 10−2 )

B=

(8. 10−7 ) 16(1. 10−2)

B=

(1.10−7) 2(1.10−2) −5

B=0,5. 10 Tesla Arah medan magnet tegak lurus ke dalam menjauhi pandangan mata. Jawaban yang benar adalah A. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.31 Perhatikan gambar! Suatu penghantar dialiri arus listrik I = 9A, jika jari-jari kelengkungan R = 2π cm dan µo = 4π.10-7 Wb.A-1.m-1, maka besar induksi magnetik di titik P adalah... A. 3 . 10-5 T B. 6 . 10-5 T C. 9 . 10-5 T D. 12 . 10-5 T E. 15 . 10-5 T Pembahasan Diketahui : Jari-jari kelengkungan (r) = 2π cm = (2π/100) meter © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

50


http://gurumuda.net

= 2π/102 meter = 2π.10-2 meter Kuat arus (I) = 9 Ampere Permeabilitas vakum (µo) = 4π.10-7 Wb.A-1 m-1 Ditanya : Kuat medan magnet di pusat lengkungan yang ditimbulkan oleh arus listrik yang mengalir pada kawat Jawab : 360o – 120o = 240o. Karena 240o / 360o = 2/3 maka 240o = 2/3 keliling lingkaran. Kuat medan magnet di pusat lengkungan : 2 μo I 2 μo I B= = 3 2r 6r −7 2(4 π . 10 )( 9) B= 6(2 π . 10−2) −7

(8 π .10 )(9) B= 6(2 π . 10−2) ( 4.10−7 )(3) B= 2(1.10−2) (2. 10−7 )(3) B= (1.10−2) (6. 10−7 ) (1. 10−2) B=6. 10−5 Tesla Arah medan magnet tegak lurus ke dalam menjauhi pandangan mata. Jawaban yang benar adalah B. B=

Gaya Magnet 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.32 Jika q adalah muatan listrik positif, v adalah gerak muatan, B adalah medan magnet dan F adalah arah gaya magnet, maka gambar yang tepat untuk sebuah muatan yang melintasi medan magnet adalah... A B

C

D

E

Pembahasan Arti simbol x dan o pada gambar Perhatikan gambar-gambar di atas. Simbol x artinya arah medan magnet B tegak lurus ke dalam menembus bidang monitor (menjauhi pembaca). Simbol o artinya arah medan magnet B tegak lurus ke luar (mendekati pembaca). © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

51


http://gurumuda.net

Arah gerak muatan listrik (v), arah medan magnet (B) dan arah gaya magnet (F) saling tegak lurus satu sama lain. Arah gerak muatan listrik, medan magnet dan gaya magnet ditentukan secara tepat menggunakan aturan tangan kanan. Aturan tangan kanan Rentangkan tangan kanan, tegakkan ibu jari dan rapatkan keempat jari yang lain. Atur agar keempat jari menunjukan arah medan magnet (B) dan ibu jari menunjukan arah gerak muatan (v). Jika muatan positif, telapak tangan kanan menuju arah gaya magnet (F). Jika muatan negatif, punggung tangan kanan menuju arah gaya magnet (F). Terapkan kaidah tangan kanan pada gambar-gambar di atas. Jawaban yang benar adalah A. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.32 Sebuah muatan negatif (-q) bergerak di dalam medan magnet homogen B seperti ditunjukkan pada gambar. Gambar yang benar mengenai gaya magnetik yang dialami muatan adalah... A B C

D

E Pembahasan Terapkan kaidah tangan kanan pada gambar-gambar di atas. Jawaban yang benar adalah E. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.32 Sebuah muatan positif bergerak memotong medan magnet homogen secara tegak lurus. Gambar yang benar tentang arah gaya magnet, kecepatan, dan medan magnet adalah... A B

C

D

E

Pembahasan Terapkan kaidah tangan kanan pada gambar-gambar di atas. Jawaban yang benar adalah B.

Induksi Elektromagnetik


52


http://gurumuda.net

1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.33 Sebuah kumparan menembus medan magnet homogen secara tegak lurus sehingga terjadi GGL induksi. Jika kumparan diganti dengan kumparan lain yang mempunyai lilitan 2 kali jumlah lilitan kumparan semula dan laju perubahan fluksnya tetap, maka perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir adalah... A. 1 : 1 B. 1 : 2 C. 2 : 1 D. 3 : 1 E. 3 : 2 Pembahasan Diketahui : Jumlah lilitan (N) awal = 1 Jumlah lilitan (N) akhir = 2 Laju perubahan fluks awal (ΔØB / Δt) = laju perubahan fluks akhir (ΔØB / Δt) Ditanya : Perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir Jawab : Rumus hukum induksi Faraday : E = -N (ΔØB / Δt) Keterangan : E = ggl induksi, N = jumlah lilitan, ΔØB / Δt = laju perubahan fluks Perbandingan GGL induksi awal dan akhir : E awal : E akhir -N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt) 1:2 Jawaban yang benar adalah B. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.33 Pada keadaan awal (1) fluks magnetik berubah sebesar 5 Wb selama 2 detik pada sebuah kumparan yang mempunyai 20 lilitan. Pada keadaan (2) untuk perubahan fluks yang sama dibutuhkan waktu 8 detik. Perbandingan GGL induksi keadaan (1) dan (2) adalah... A. 1 : 1 B. 2 : 1 C. 3 : 1 D. 4 : 1 E. 4 : 3 Pembahasan Diketahui : Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) awal = 5/2 Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) akhir = 5/8 Jumlah lilitan (N) = 20 Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir Jawab : E awal : E akhir -N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt) 20 (5/2) : 20 (5/8) 5/2: 5/8 1/1 : 1/4 4:1 Jawaban yang benar adalah D. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.33 © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

53


http://gurumuda.net

Fluks magnetik kumparan pertama mempunyai 200 lilitan berubah sebesar 0,06 Wb dalam waktu 0,4 s. Pada kumparan kedua, fluks magnetiknya berubah sebesar 0,08 Wb dalam waktu 0,2 s. Bila jumlah lilitan kumparan kedua diganti separuh jumlah lilitan kumparan pertama maka perbandingan GGL induksi kumparan pertama dan kedua adalah... A. 2 : 3 B. 3 : 1 C. 3 : 4 D. 3 : 5 E. 3 : 8 Pembahasan Diketahui : Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) awal = 0,06/0,4 Jumlah lilitan (N) awal = 200 Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) akhir = 0,08/0,2 Jumlah lilitan (N) akhir = 100 Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir Jawab : E awal : E akhir -N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt) 200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2) 2 (0,15) : 1 (0,4) 0,3 : 0,4 3:4 Jawaban yang benar adalah C. Listrik Arus Bolak Balik 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.34 Perhatikan tabel pengukur tegangan dan arus dari sebuah trafo ideal di bawah ini!

Berdasarkan tabel di atas, nilai R dan P adalah... A. R = 600 Volt; P = 30 lilitan B. R = 200 Volt; P = 30 lilitan C. R = 60 Volt; P = 40 lilitan D. R = 20 Volt; P = 40 lilitan E. R = 10 Volt; P = 20 lilitan Pembahasan Rumus transformator Vs Np = Ns Vp dan Vp Ip = Vs Is Keterangan : Vs = tegangan sekunder, Vp = tegangan primer, Ns = lilitan sekunder, Np = lilitan primer, Ip = kuat arus primer, Is = kuat arus sekunder Tegangan primer (Vp) Vp Ip = Vs Is Vp (4) = (10)(80) Vp = 800 / 4 Vp = R = 200 Volt Lilitan sekunder (Ns) Vs Np = Ns Vp © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

54


http://gurumuda.net

(10)(600) = Ns (200) 6000 = 200 Ns Ns = 6000 / 200 Ns = P = 30 lilitan Jawaban yang benar adalah B. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.34 Tabel berikut menampilkan data dua trafo ideal.

Berdasarkan data pada tabel di atas, nilai K dan L berturut-turut adalah... A. K = 1 A dan L = 20 Volt B. K = 2 A dan L = 30 Volt C. K = 3 A dan L = 40 Volt D. K = 4,5 A dan L = 53 Volt E. K = 5 A dan L = 30 Volt Pembahasan Gunakan salah satu rumus transformator untuk menentukan kuat arus sekunder trafo 1 dan tegangan sekunder trafo 2. Jika menghitung kuat arus sekunder trafo 1 maka gunakan data trafo 1, demikian juga apabila menghitung tegangan sekunder trafo 2 maka gunakan data trafo 2. Kuat arus sekunder (Is) transformator 1 Vp Ip = Vs Is (200)(3) = (300)(Is) Is = 600 / 300 Is = K = 2 Ampere Tegangan sekunder (Vs) transformator 2 Vp Ip = Vs Is (40)(0,75) = Vs (1) Vs = L = 30 Volt Jawaban yang benar adalah B. 3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.34 Perhatikan data pengukuran beberapa besaran dalam trafo berikut!

Berdasarkan data pada tabel di atas, nilai P dan Q berturut-turut adalah... A. P = 100 Volt dan Q = 4 Ampere B. P = 100 Volt dan Q = 6 Ampere C. P = 110 Volt dan Q = 4 Ampere D. P = 110 Volt dan Q = 2 Ampere E. P = 220 Volt dan Q = 2 Ampere Pembahasan Tegangan primer (Vp) Vs Np = Ns Vp (220)(300) = (600) Vp (220)(3) = (6) Vp 660 = 6 Vp Vp = 660 / 6 Vp = P = 110 Volt Kuat arus primer (Ip) © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

55


http://gurumuda.net

Vp Ip = Vs Is (110)(Ip) = (220)(2) (110)(Ip) = 440 Ip = 440 / 110 Ip = Q = 4 Ampere Jawaban yang benar adalah C. 4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.35 Perhatikan diagram rangkaian RLC berikut ini!

Kuat arus maksimum dari rangkaian adalah.. (1 µF = 10-6 F) A. 1,3 A B. 1,5 A C. 2,0 A D. 2,4 A E. 2√2 A Pembahasan Diketahui : Resistor (R) = 12 Ohm Induktor (L) = 0,075 H Kapasitor (C) = 500 µF = 500 x 10-6 F = 5 x 10-4 Farad Tegangan (V) = Vo sin ωt = vo sin 2πft = 26 sin 200t Ditanya : Kuat arus maksimum dari rangkaian Jawab : Impedansi (Z) rangkaian : Z =√ R 2+( X L −X C )2 Reaktansi induktif (XL) = ωL = (200)(0,075) = 15 Ohm Reaktansi kapasitif (XC) = 1 / ωC = 1 / (200)(5 x 10-4) = 1 / (1000 x 10-4) = 1 / 10-1 = 101 = 10 Ohm Resistor (R) = 12 Ohm Z = √ 122+(15−10)2= √ 144+ 52 Z = √ 144+25=√ 169 Z = 13 Ohm Kuat arus (I) : I = V / Z = 26 Volt / 13 Ohm I = 2 Volt/Ohm I = 2 Ampere Jawaban yang benar adalah C.

Efek Fotolistrik 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.37 Perhatikan pernyataan berikut! (1) Lepas tidaknya elektron dari logam ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang datang © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

56


http://gurumuda.net

(2) Intensitas cahaya yang datang tidak menjamin keluarnya elektron dari permukaan logam (3) Di bawah frekuensi ambang, elektron tetap keluar dari logamnya asal intensitas cahaya yang datang diperbesar Pernyataan yang benar yang berkaitan dengan efek fotolistrik adalah... A. (1), (2), dan (3) B. (1) dan (2) saja C. (1) dan (3) saja D. (2) dan (3) saja E. (3) saja Pembahasan Pernyataan (1) : Pernyataan ini benar. Jika panjang gelombang yang datang lebih kecil dari panjang gelombang ambang logam maka elektron tidak terlepas. Pernyataan (2) : Pernyataan ini benar. Keluarnya elektron dari permukaan logam bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang atau energi cahaya. Pernyataan (3) : Pernyataan ini salah. Elektron keluar dari logam jika frekuensi cahaya lebih besar dari frekuensi ambang logam. Terlepasnya elektron dari permukaan logam bergantung pada energi cahaya bukan pada intensitas cahaya. Energi cahaya bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang (E = hf). Intensitas cahaya berkaitan dengan laju pemancaran energi cahaya, bukan mempengaruhi besar atau kecilnya energi cahaya. Jawaban yang benar adalah B. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.37 Perhatikan pernyataan berikut! (1) Elektron dapat keluar dari permukaan logam saat logam disinari gelombang elektromagnetik (2) Lepas tidaknya elektron dari permukaan logam bergantung pada frekuensi cahaya yang datang (3) Besar fungsi kerja untuk setiap logam sama Pernyataan yang benar berkaitan dengan efek fotolistrik adalah... A. (1), (2), dan (3) B. (1) dan (2) C. (1) dan (3) D. (2) dan (3) E. (3) saja Pembahasan Pernyataan (1) : Pernyataan ini benar. Gelombang elektromagnetik terdiri dari banyak jenis gelombang yang mempunyai frekuensi atau panjang gelombang yang berbeda-beda. Hanya gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi atau panjang gelombang lebih besar dari frekuensi ambang atau panjang gelombang yang dapat mengeluarkan elektron dari logam. Pernyataan (2) : Pernyataan ini benar. Jika frekuensi cahaya lebih kecil daripada frekuensi ambang logam maka elektron tidak terlepas dari logam. Sebaliknya apabila frekuensi cahaya lebih besar dari frekuensi ambang logam maka elektron terlepas dari logam. Pernyataan (3) : Pernyataan ini salah. Fungsi kerja logam adalah kerja minimum atau energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Fungsi kerja untuk setiap logam bergantung pada karakteristik logam tersebut. Jawaban yang benar adalah B.

Relativitas Khusus 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.38


57


http://gurumuda.net

Panjang benda diukur oleh pengamat diam = 12 m. Berapakah panjang benda itu bila diukur oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan 0,8 c (c = kecepatan cahaya) relatif terhadap benda ? A. 12,6 m B. 12,2 m C. 9,6 m D. 7,2 m E. 6,0 m Pembahasan Diketahui : Lo = 12 meter v = 0,8 c Ditanya : Panjang benda bila diukur oleh pengamat yang bergerak (L) Jawab : Rumus kontraksi panjang : L=Lo √ 1−(v /c ) Keterangan : Lo = Panjang benda ketika diukur oleh pengamat diam L = Panjang benda ketika diukur pengamat yang bergerak v = Kecepatan gerak pengamat c = Kecepatan cahaya Panjang benda bila diukur oleh pengamat yang bergerak : 2

L=12 √1−(0,8 c /c )2

L=12 √1−(0,8)2 L=12 √1−0,64 L=12 √ 0,36 L=12(0,6) L=7,2 meter Jawaban yang benar adalah D. 2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.38 Suatu peristiwa terjadi selama 3 s menurut pengamat yang bergerak menjauhi peristiwa itu dengan kecepatan 0,8 c (c = kecepatan cahaya). Menurut pengamat yang diam, peristiwa itu terjadi dalam selang waktu... A. 5,0 s B. 4,8 s C. 3,0 s D. 1,8 s E. 1,2 s Pembahasan Diketahui : tm = 3 sekon v = 0,8 c Ditanya : Selang waktu kejadian menurut pengamat yang diam (tm) Jawab : Rumus dilatasi waktu : t m=t s √1−(v /c)2 Keterangan : tm = Selang waktu kejadian menurut pengamat yang bergerak ts = Selang waktu kejadian menurut pengamat yang diam Selang waktu kejadian menurut pengamat yang diam : © 2014 | A. San Lohat, S. Pd.

58


t s=

http://gurumuda.net

tm

√1−( v /c)2

3 √1−(0,8 c /c)2 3 t s= √1−( 0,8)2 3 t s= √ 1−0,64 3 t s= √ 0,36 3 t s= 0,6 t s=5 sekon Jawaban yang benar adalah D. t s=

3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.38 Panjang benda diukur saat bergerak menyusut 20 cm dari panjangnya saat diukur dalam keadaan diam. Bila panjang benda diukur dalam keadaan diam panjangnya 1 m dan c = kecepatan cahaya, maka kecepatan gerak benda tersebut adalah... A. 0,2 c B. 0,3 c C. 0,4 c D. 0,6 c E. 0,8 c Pembahasan Diketahui : Lo = 1 meter L = 1 meter – 0,2 meter = 0,8 meter Ditanya : Kecepatan gerak benda (v) Jawab : Rumus kontraksi panjang : L γ= o L L 1 = o 2 √1−( v / c) L Keterangan : γ = Konstanta c = Kecepatan cahaya Lo = Panjang benda ketika diam L = Panjang benda ketika bergerak Kecepatan gerak benda : Lo 1 = √1−( v / c)2 L 1 1 = 2 √1−( v /c) 0,8 1 =1,25 2 1−( v /c) √ 2

1

2 2

( √ 1−( v /c ) )

=1,252


59


http://gurumuda.net

1 =1,5625 1−(v /c)2 1 2 =1−( v /c) 1,5625 0,64=1−(v /c )2 (v /c)2=1−0,64 2 (v /c) =0,36 v / c = √ 0,36 v / c = 0,6 v = 0,6 c Jawaban yang benar adalah D.

Fisika Inti 1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.39 Perhatikan reaksi fusi berikut! 0 1 1 2 +E 1H + 1H → 1d + 1e Diketahui : Massa 1H1 = 1,0078 sma Massa 1d2 = 2,01410 sma Massa 01e = 0,00055 sma 1 sma = 931 MeV Nilai E (energi yang dihasilkan) pada reaksi fusi tersebut adalah... A. 0,44 MeV B. 0,88 MeV C. 0,98 MeV D. 1,02 MeV E. 1,47 MeV Pembahasan Massa reaktan dan produk : Massa reaktan (mreaktan) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma Massa produk (mproduk) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma Massa yang hilang selama reaksi : Δm = mreaktan - mproduk Δm = 2,01560 sma - 2,01465 sma Δm = 0,00095 sma Massa yang hilang pada reaksi fusi adalah 0,00095 sma. 1 sma setara dengan energi sebanyak 931 MeV. 0,00095 sma setara dengan energi sebanyak 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV. Jawaban yang benar adalah B. Keterangan : Sma = satuan massa atom MeV = mega elektron volt (satuan energi).


60



http://gurumuda.net

61

Diameter luar tabung kayu adalah 4,5 mm + 0,11 mm = 4,61 mm. Jawaban yang benar adalah C

Recommend Documents