Penyelesaian Soal Fisika UAN SMA 2000 1.
Benda dengan massa 10 Kg berada di bidang mendatar kasar (µs = 0,40 ; µk = 0,35) g = 10 m/s2. Bila benda diberi gaya horizontal yang tetap sebesar 30 N, Besarnya gaya gesekan yang bekerja pada benda tersebut adalah (A) 20 N (C) 30 N (E) 40 N (B) 25 N (D) 35 N Penyelesaian : N = 100 N
F = 30 N f
mg = 100 N
fs Maks = µs N = 0,40(100) = 40 N Karena F < fs maks. maka benda masih diam. Menentukan besar fs yang bekerja pada benda, gunakan Hukum I Newton untuk benda diam : Σ Fx = 0 → F - fs = 0 → fs = F = 30 N
Jawaban : C 2.
Balok A massanya 2 Kg, balok B massanya 1 Kg. Balok B mula-mula diam, dan bergerak ke bawah sehingga menyentuh lantai setelah selang waktu (A) 2 sekon A (B) 5 sekon (C) 5 sekon µK = 0,2 (D) 4 sekon B (E) 3 sekon m g = 10 s² 25 m
Penyelesaian : A mA = 2 kg mB = 1 kg
fk µk = 0,2
B
25 m W = mB.g
• Percepatan sistem : ∑F mB g - fk a = —— = ———— mtot mA + mB 1 (10) - µk mA g a = —————— 2 +1 10 – 0,2(2)10 a = —————— = 2 m/s² 3
• Menentukan waktu yang dibutuhkan agar B tiba di tanah, digunakan rumus GLBB sebagai berikut : 1 S = at² → t = √2S = √50 2 a 2 t = √ 25 = 5 sekon
Jawaban : C
3.
C
B A
Pada sistem kesetimbangan benda tegar seperti ganbar di samping, AB homogen panjang 80 cm, beratnya 18 N, berat beban = 30 N, BC adalah tali. Jika jarak AC = 60 cm, tegangan pada tali (dalam Newton) : (A) 36 (D) 65 (B) 48 (E) 80 (C) 50
beban
Penyelesaian : C T
A
Ty = T sin
B
Tx 18 N
30 N
4.
• AB = 80 cm ; AC = 60 cm BC = √80² + 60² = 100 cm • Syarat setimbang : A = 0 18 (½ AB) + 30 AB – T sin α (AB) = 0 3 18(40) + 30(80) = 5 T (80) 3 T = 39 → T = 65 N 5 Jawaban : D
Sebuah gaya F = (2i + 3j) N melakukan usaha dengan titik tangkapnya berpindah menurut r = (4i + aj) m dan vektor i dan j berturut-turut adalah vektor satuan yang searah dengan sumbu x dan sumbu y pada koordinat Cartesian. Bila usaha itu bernilai 26 J maka nilai a sama dengan (A) 5 (B) 6
(C) 7 (D) 8
(E) 12
Penyelesaian : Usaha = perkalian titik vektor gaya dengan vektor perpindahan W = F · r → 26 = (2i + 3j)(4i + aj) 26 = 8 + 3a → a = 18/3 = 6 Jawaban : B 5.
Sebuah perahu menyeberangi sungai yang lebarnya 180 meter dan kecepatan arus airnya 4 m/s. Bila perahu diarahkan menyilang tegak lurus sungai dengan kecepatan 3 m/s, maka setelah sampai di seberang perahu telah menempuh lintasan sejauh (A) 180 m (C) 300 m (E) 360 m (B) 240 m (D) 320 m Penyelesaian : Perhatikan gambar
vR = √ vp² + va² = √ 3² + 4² = 5 m/s B
cos α =
C
vR
= AB AC
3 = 180 → AC = 300 m 5 AC
Vp = 3 m/s
180 m
vP
VR Va = 4 m/s A
6.
Jawaban : C
Dua buah benda A dan B yang bermassa masing-masing m, jatuh bebas dari ketinggian h meter dan 2h meter. Jika A menyentuh tanah dengan kecepatan v m/s, maka benda B akan menyentuh tanah dengan energi kinetik sebesar (C) ¼ mv2 (E) 3 2 mv2 (A) ½ mv2 (B) mv2
(D) ¾ mv2
Penyelesaian :
• hB = 2 hA→ EPB = 2 EPA • Dengan demikian, di tanah : EKB = 2 EKA = 2 (½ mv2)
B A
h
7.
EKB = mv2
2h
Jawaban : B
1,5 m³ gas helium yang bersuhu 27°C dipanaskan secara isobaric sampai 87°C. Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m², gas helium melakukan usaha sebesar (A) 60 kj (B) 120 kj
(C) 280 kj (D) 480 kj
(E) 660 kj
Penyelesaian : • Proses isobarik (V1 = 1,5 m³, T1 = (27 + 273) K = 300 K dan T 360 V T2 = (87 + 273) K = 360), maka 2 = 2 → V2 = (1,5) = 1,8 m3 V1 T1 300 • Diketahui P = 2 x 105 N/m², maka usaha luar : 5
W = P(V2 – V1) = 2 x 10 (1,8 – 1,5) = 60 x 10³ J = 60 kJ Jawaban : A 8.
Sepotong tembaga dijatuhkan dari ketinggian 490 meter di atas lantai. Kalor yang terjadi pada proses tumbukan dengan lantai 60%-nya diserap oleh tembaga untuk kenaikan suhunya. Jika kalor jenis tembaga = 420 J/kgºC, percepatan gravitasi bumi 10 ms-2, maka kenaikan suhu tembaga adalah (dalam ºC) (A) 4 (C) 9 (E) 16 (B) 7 (D) 12
Penyelesaian : Prinsip soal : 60 % Energi potensial berubah menjadi kalor. ֹּּ 60% m g h = m c ∆t (Dalam SI) 0,6 (10) 490 = 420 ∆t 6 (490) ∆t = = 7º C 420 Jawaban : B 9.
Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi 800 K mempunyai efisiensi 20%. Untuk menaikkan efisiensi menjadi 36%, maka suhu reservoir kalor suhu tinggi dinaikkan menjadi (A) 928 K (B) 1000 K
(C) 1160 K (D) 1200 K
(E) 1380 K
Penyelesaian : •
•
Keadaan awal : η = 0,2 dan T1 = 800 K T2 T2 → 0,2 = 1 – η =1– T1 800 T2 = 0,8 → T2 = 640 K 800 Keadaan yang diinginkan : η = 0,36 → T1 = ? T2
η =1–
640
→ 0,36 = 1 –
T1 640
T1
= 1 – 0,36 →
640
= 0,64 → T1 = 1000 K
T1
T1 Jawaban : B 10.
Dalam sebuah bejana yang massanya diabaikan terdapat a gram air 42ºC di campur dengan b gram es – 4ºC. Setelah diaduk ternyata 50% es melebur. Jika titik lebur es = 0ºC, kalor jenis es = 0,5 kal/g ºC, kalor lebur es = 80 kal/g, maka perbandingan a dan b adalah (A) 1 : 4 (B) 1 : 2
(C) 1 : 1 (D) 2 : 1
(E) 4 : 1
Penyelesaian : Perhatikan diagram kalor berikut. Q3 0,5b
0° Q1
es
es (- 4°C) b gram
Q2
air 0°
air (42°C) a gram
Sesuai dengan Azas Black, maka kalor yang dilepas air (Q3) sama dengan kalor yang diserap es untuk menaikkan temperaturnya (Q 1) dan untuk melebur 50 % es (Q 2). Q 3 = Q 1 + Q 2 → mair x cair x tair = mes x ces x ∆ tes + 0,5 mes x Les a(1) 42 = b(0,5) 4 + 0,5 (b) 80 42 a = 42 b → a : b = 1 : 1 Jawaban : C 11.
Sebuah logam C merupakan campuran dari logam A dan B, massanya 200 gram jika ditimbang di udara, sedangkan jika ditimbang di dalam air massa yang tampak 185 gram. Jika kerapatan logam A 20 gram/cm3 kerapatan logam B 10 gram/cm3 dan kerapatan air 1 gram/cm3, maka massa logam A (A) 15 gram (B) 30 gram
(C) 66,67 gram (D) 100 gram
(E) 133,33 gram
Penyelesaian : Perhatikan gambar.
• Misal percepatan gravitasi bumi dalam cgs = g, maka :
FA
A
Berat logam di udara W = mg = 200 g dyne Berat logam di air Wa = ma g = 185 g dyne
B W = mg
• Menurut Hukum Archimedes : Pengurangan berat di air = gaya Archimedes FA W – W a = FA → 200 g – 185 g = ρa V' g 15 = (1) V ' → V ' = 15 cm3 Volume logam = 15 cm3 • Logam C terdiri dari logam A dan B, maka mc = mA + mB → 200 = ρA VA + ρB VB 200 = 20 VA + 10(15 – VA) → 20 = 2 VA + 15 – VA VA = 5 cm MA = ρA VA = 20 (5) = 100 gram Jawaban : D 12.
Pipa organa terbuka A dan pipa organa tertutup-sebelah B mempunyai panjang yang sama. Perbandingan frekuensi nada atas pertama antara pipa organa A dengan pipa organa B adalah sebagai (A) 1:1 (B) 2 : 1
(C) 2 : 3 (D) 3 : 2
(E) 4 :3
Penyelesaian : ∗
Pipa organa terbuka
: lA =
1
λ,λ,
3
λ ….
2
2
Pada nada atas pertama : lA = λ → fA = ∗
Pipa organa tertutup
: lB =
Pada nada atas pertama : lB = fB =
1 4 3 4 v
λ,
∗
Untuk lA = lB maka
v lA
5
λ ….
4 4
lB
3 v
=
=
= v lB
3 v 4 lB
(4/3) l B
3 4
fB
λ;
λ→λ=
v lA
=
=
λ
4
λ
fA
3
v
4 3
Jawaban : E 13.
Sebuah titik materi melakukan getaran harmonik sederhana dengan amplitudo A. Pada saat simpangannya ½ A √ 2, maka fase getarannya terhadap titik seimbang adalah (A) 1/8 (B) ¼
(C) ½ (D) (½) √2
(E) √2
Penyelesaian : Persamaan simpangan getaran karmonis ; y = A sin ω t Menurut data pada soal : y = ½ A √2, maka : ½ A √2 = A sin 2 π f t 2 π f t = 45º → 360º f t = 45º→ f t = ⅛ karena f =
1 T
, maka fasa
t T
=
1 8
Jawaban : A 14.
Seorang penerbang yang pesawat terbangnya menuju ke menara bandara mendengar bunyi sirene menara dengan frekuensi 2000 Hz. Jika sirene memancarkan bunyi dengan frekuensi 1700 Hz, dan cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka kecepatan pesawat udara itu adalah (A) 196 km/jam (B) 200 km/jam
(C) 216 km/jam (D) 220 km/jam
Penyelesaian : Efek Dopler : fp = 2000 Hz, fs = 1700 Hz, v bunyi = 340 m/s, v sumber = 0 Kecepatan pesawat v p ditentukan sebagai berikut : v ± vp x fs ; karena fp > fs→ vp ⊕ fp = v ± vs
(E) 236 km/jam
2000 =
340 + vp
x 1700 →
vp
= 60 m/s
340 10-3
vp = 60 x
km
/jam = 216 km/jam
1/3600
Jawaban : C 15.
Bila taraf intensitas percakapan adalah 60 dB dan bunyi halilintar 100 dB, maka besar kelipatan intensitas suara halilintar terhadap suara percakapan adalah n kali, dengan n adalah : (A) 100 (C) 1000 (E) 10000 (B) 400 (D) 4000 Penyelesaian : • Intensitas percakapan : I1 → TI1 = 60 dB Intensitas halilintar : In → TI n = 100 dB I n = n I1 → n = ….. • Pengaruh kelipatan intensitas terhadap TI adalah sebagai berikut : TI n = TI1 + 10 log n → 100 = 60 + 10 log n log n = 4 → n = 10.000 Jawaban : E
16.
Suatu gelombang berjalan melalui titik A dan B yang berjarak 8 cm dalam arah dari A ke B. Pada saat t = 0 simpangan gelombang di A adalah 0. Jika panjang gelombangnya 12 cm dan amplitudonya = 4 cm, maka simpangan titik B pada saat fase titik A = 3π adalah (dalam cm) …. 2 (A) 2 (B) 2 √2
(C) 2 √3 (D) 3
(E) 4
Penyelesaian : Persamaan umum gelombang berjalan : yB = A sin ( 2π t – 2π x) cm T Diketahui φA =
λ 3π
→
2 yB = 4 sin [
3π 2
-
2π
t =
T 2π
3π
, maka :
2
x 8 ] = 4 sin
12
1
π = 2 cm
6
Jawaban : A 17.
Sebuah gelombang berjalan dengan persamaan y = 0,02 sin π (50 t + x) m. Dari persamaan gelombang tersebut, pernyataan yang benar adalah (1) frekuensi gelombang 25 Hz (2) panjang gelombang 2 m
(3) cepat rambat gelombang 50 m/s (4) dua titik yang berjarak 50 m sefasa
Penyelesaian : Pers. Gelombang
: y = 0,02 sin π (50 t + x) m y = 0,02 sin (50 π t + π x) m Pers. Umum : y = A sin (ωt + kx) m • ω = 50 π → 2π f = 50 π → f = 25 Hz Pernyataan (1) : Benar 2π • k=π → = π → λ = 2m λ Pernyataan (2) : Benar • v = f λ = 25 (2) = 50 m/s Pernyataan (3) : Benar • ∆x 50 . ∆x = mλ → untuk ∆x = 50 m didapat m = = = 25 (bilangan bulat), berarti sefasa λ 2 Pernyataan (4) : Benar
Jawaban : E 18.
Pada saat energi kinetik benda yang bergetar selaras sama dengan energi potensialnya maka (A) sudut fasenya 180º (B) fasenya ¾ (C) sudut fasenya 45º
(D) fasenya ¼ (E) percepatannya nol
Penyelesaian : • Persamaan pada getaran selaras : y = A sin ωt dan v = ωA cos ωt • 1 1 Bila EP = EK → ky² = mv² ; k = mω² 2 2 1 1 m ω² A² sin² ωt = m ω² A² cos² ωt 2 2 sin² ωt sin² ωt = cos² ωt → ( ) = 1 cos² ωt tg² ωt = 1 → ωt = 45° Jawaban : C 19.
Jarak titik api objektif dan okuler sebuah mikroskop berturut-turut adalah 1,8 cm dan 6 cm. Pada pengamatan mikroorganisme dengan menggunakan mikroskop ini oleh mata normal tidak berakomodasi, jarak antara objektif dengan okuler 24 cm. Dalam hal ini mikroorganisme terletak di muka objektif sejauh (dalam cm) (A) 1,9 (B) 2,0 (C) 2,2
(D) 2,4 (E) 2,5
Penyelesaian : * Mata tidak berakomodasi, berarti : s'ok = ∞ → sok = fok = 6 cm s' ob = d – sok
d = 24 cm sok
sob
= 24 – 6 = 18 cm sob fok = 6 cm
fob = 1,8 cm
•
Lensa objektif : 1 1 = + fob sob 10 1 = + 18 s ob
1
→
s' ob 1
1
=
1,8
→
18
1 s ob
1
1
+
sob 18 10 1 = 18 18
9
=
→ s ob = 2 cm
18
Jawaban : B 20.
Titik dekat mata seseorang 200 cm di muka mata. Agar orang itu dapat melihat pada jarak 25 cm maka perlu kaca mata berkekuatan (dalam dioptri) (A) 3,5 (B) 0,2
(C) – 0,2 (D) – 0,4
(E) – 0,5
Penyelesaian : P lensa = 4 –
100
= 4 –
Sn
100
= 3,5 D
200
Jawaban : A 21.
Berkas cahaya datang dari medium A ke medium B dengan sudut datang 30 dan dibiaskan dengan sudut sebesar 45 . Maka indeks bias relatif medium A terhadap B adalah (A)
1
1
(B)
2
√2
(C)
2
1
√3
(D) √2
(E) 2
2
Penyelesaian : Hukum Snellius : nA sin 30° = nB sin 45°. nA
Indeks bias relatif medium A dan B adalah
,
nB Maka :
nA nB
= sin 45° sin 30°
½ √2
=
= √2
½
Jawaban : D
22.
Jika kekuatan dua lensa tipis yang digabungkan 4 dioptri dan jarak fokus lensa pertama 5 cm, maka jarak fokus lensa kedua adalah (A) – 6,25 cm (B) 6,25 cm
(C) – 12,50 cm (D) 12,50 cm
Penyelesaian : Pgab
=
100
=
100
+
100
(E) 25 cm
4
=
fgab 100
=
f2
f1 +
5 100
f2 100
→
100
f2
= 4 – 20 = - 16
f2
cm = - 6,25 cm
- 16 Jawaban : A 23.
Dua gelas minum dalamnya sama ialah 10 cm. Gelas yang satu diisi penuh alkohol (n = 1,361). Gelas yang lain diisi air (n = 1,333) dan di atasnya diisi minyak (n = 1,473) hingga penuh. Jika kedua gelas disinari tegak lurus permukaan dari atas dengan sinar monokromatik, jumlah gelombang sinar di dalam kedua gelas sama. Tebal lapisan minyak adalah (A) 3,2 cm (B) 3,0 cm
(C) 2,4 cm (D) 2,0 cm
(E) 1,8 cm
Penyelesaian : sinar
sinar minyak
10 cm
x cm
Alk air
I
(10 – x) cm
II
Jumlah gelombang di dalam alkohol = jumlah gelombang di dalam minyak dengan air. Karena jumlah gelombang = panjang lintasan per λ, maka : *
10
=
x
+
( 10 – x)
; λalk λm λa λ berbanding terbalik dengan indeks bias n, maka : 10 nalk = x nm + (10 – x) na 10 (1,361) = x (1,473) + (10 – x) 1,333 13,61 = 1,473 x + 13,33 – 1,333 x 0,28 = 0,14 x → x = 2 cm Tebal lapisan minyak sama dengan 2,0 cm
Jawaban : D 24.
Sebuah kisi yang memiliki 3000 garis tiap cm kita gunakan untuk menentukan panjang gelombang cahaya. Sudut antara garis pusat dan garis pada orde I adalah 8º (sin 8º = 0,140). Dari hasil di atas, panjang gelombang cahaya itu adalah (A) 2,70 x 10-8 m (B) 3,70 x 10-7 m
(C) 3,70 x 10-6 m (D) 4,63 x 10-8 m
Penyelesaian : Gunakan syarat terang untuk kisi, yaitu : d sin α = m λ
(E) 4,67 x 10-7 m
Dengan : 1
•
jarak antara garis kisi d =
•
3000 terang orde pertama : m = 1
cm
maka : 1
(0,140) = (1) λ 3000 λ = 4,67 x 10-5 cm = 4,67 x 10-7 m Jawaban : E 25.
Sebuah elektron yang mula-mula rehat kemudian bergerak melalui beda potensial 1500 V. Jika massa elektron 9,11 x 10-31 kg dan muatannya -1,6 x 10-19C, maka energi potensialnya akan turun sebesar (dalam eV) (A) 16,3 x 104 (B) 3,3 x 103
(C) 1500 (D) 9,11 x 102
(E) 6,12 x 102
Penyelesaian : Penurunan energi potensial : ∆EP = q ∆V = e ∆V(eV) ∆EP = 1 x 1500 eV = 1500 eV Jawaban : C 26.
Tegangan maksimum pada generator listrik bolak balik (ac) bergantung pada (1) kecepatan sudut perputaran rotornya (2) besar induksi magnetik yang digunakan (3) jumlah lilitan rotornya (4) luas bidang lilitan rotornya Penyelesaian: Tegangan pada generator : V = N A B ω sin ωt Penyataan (1), (2), (3) dan (4) benar Jawaban : E
27.
Seseorang bermaksud mendidihkan 1,2 kg air dari 28ºC dalam suatu panci berkapasitas kalor 50 kalori/ºC dengan menggunakan kompor listrik 500 watt, 220 volt. Waktu yang diperlukan untuk maksud ini (dalam menit) adalah (A) 3,0 (B) 7,5
(C) 8,0 (D) 12,0
(E) 12,5
Penyelesaian : Prinsip soal : Energi listrik → Kalor untuk air dan panci. P t = ma ca ∆t + cp ∆t, ca = 4200 J/kgºC ; cp = 50 (4,2) J/ ºC 500 t = 1,2 (4200) (100 - 28) + 50 (4,2) (100 - 28) 500 t = 362.880 – 210(72) → t = 756 det. = 12,5 menit
Jawaban : E 28.
q
10 cm a i2
i1
20 cm
d p
Pada gambar di samping terlukis bahwa kawat panjang lurus pq dilalui arus listrik sebesar i1 = 10 A dan kawat empat persegi panjang abcd dilalui arus i2 = 5 A. Resultante gaya yang dialami kawat empat persegi panjang abcd (dalam mikronewton) (A) 20 (D) 180 (B) 60 (E) 220 (C)120
b
c
1 cm
Penyelesaian : q
10 cm a
i1
p
b Fbc
Fad i2
i3
d
c
1 cm
Fad =
9 cm
µo i1 i2 2π
Fbc =
20 cm
l =
4π x 10-7 x 10 x 5
-4
x 0,2 = 2 x 10 N
2π x 10-2
a1
µo i1 i3 2π
i1 = 10 A ; i2 = i3 = 5 A ; bc = 20 cm - kawat ab dan cd tidak mengalami gaya dari kawat pq - kawat abcd adalah satu kesatuan sehingga gaya tolak-menolak antar kawat ab dan cd saling meniadakan dan gaya tolakmenolak antar kawat ad dan bc juga saling meniadakan. - Gaya total pada kawat abcd adalah gaya kawat pq terhadap kawat ad dan terhadap kawat bc sebagai berikut :
l =
4π x 10-7 x 10 x 5
-4
x 0,2 = 0,2 x 10 N
2π x 10(10-2)
a2
-4
Ftot = Fad - Fbc = 1,8 x 10 N searah dengan Fad Ftot = 1,8 x 10
-4
6
x 10 µ N = 180 µ N (ke kiri)
Jawaban : D 29.
Kuat medan magnetik (induksi magnetik) di pusat kawat yang melingkar berjari-jari R meter dan berarus i ampere, Bila µo = 4π x 10-7 weber ampere-1 meter-1 adalah (dalam tesla) (A) µo i / (2R)
(C) µo i / (2πR)
(B) µo i / (2R2)
(D) µo i / (4πR)
(E) µo i / (4πR2)
Penyelesaian : Rumus induksi magnetik di pusat kawat berbentuk lingkaran adalah : µ i B = o tesla (dalam SI) 2R Jawaban : A
30.
Sebuah kawat yang panjangnya 2 m bergerak tegak lurus pada medan magnetik dengan kecepatan 12 m/s. Pada ujung-ujung kawat tadi timbul beda potensial sebesar 1,8 V. Besar induksi magnetik adalah (dalam tesla) x x x x x
x x x x x
x x B x x x
v
x x x x x
(A) (B) (C) (D) (E)
0,075 0.38 0,75 13 75
Penyelesaian : GGL induksi yang terjadi dihitung dengan rumus berikut. ε ind = B l v ; B = induksi magnetik 1,8 1,8 = B x 2 x 12 → B = = 0,075 tesla 24 Besarnya induksi magnetik adalah 0,075 tesla. Jawaban : A 31.
Sebuah zarah bermuatan listrik bergerak dan masuk ke dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga lintasannya berupa lingkaran dengan jari-jari 10 cm. Jika zarah lain bergerak dengan laju 1,2 kali zarah pertama, maka jari-jari lingkarannya 20 cm. Ini berarti bahwa perbandingan antara massa per muatan zarah pertama dengan zarah kedua adalah sebagai (A) 3 : 5 (B) 4 : 5
(C) 1 : 2 (D) 5 : 6
(E) 5 : 4
Penyelesaian : • Zarah 1 : R1 = 10 cm, massa = m1 Zarah 2 : v2 = 1,2 v1 ; R2 = 20 cm ; massa = m2 • Pada gerak melingkar ini berlaku : FLorentz = Fsentripetal m v2
Bqv =
sehingga
R
→ (
( m1/ q1 ) ( m2/ q2 )
m q
=
) =
BR v
R1 x v2 R2 x v1
atau
m
R
~
q =
10
x 1,2 =
20
v 6 10
=
3 5
Jawaban : A 32.
Kapasitas kapasitor dapat diperbesar dengan cara-cara sebagai berikut (1) ruang antar lempeng diisi minyak (2) luas lempengnya diperbesar (3) jarak kedua lempeng diperkecil (4) dengan pasangan paralel beberapa kapasitor Penyelesaian : Kapasitas kapasitor keping sejajar adalah
k εo A
C =
d • Kapasitas C akan bertambah besar jika : k diperbesar, misalnya dengan mengisi ruang antar lempeng dengan minyak luas lempeng (A) diperbesar jarak kedua lempeng (d) diperkecil • Dengan memasang beberapa kapasitor secara paralel maka kapasitas total (gabungan) lebih besar tetapi tidak mengubah kapasitas (masing-masing) kapasitor. • Pilihan (1), (2), (3) : Benar • Pilihan (4) : Salah Jawaban : A Z+
33.
Y+ X+
Sebuah elektron bergerak searah dengan sumbu y positif dan masuk ke dalam medan magnet homogen sehingga menjalani gerak melingkar seperti pada gambar. Ini menunjukan bahwa medan magnet searah dengan sumbu (A) z positif (C) x positif (E) y positif (B) z negatif (D) x negatif
Penyelesaian : Z . FL I
V Y
X
• Dari lintasan elektron didapatkan - FLorentz searah dengan sb z ⊕ - Elektron searah sb y⊕ ekivalen dengan arus listrik mengalir ke arah sb y – • Dengan aturan tangan kanan : I = ibu jari ; Induksi magnetik B = jari telunjuk dan gaya Lorentz ke luar dari telapak tangan, maka diperoleh bahwa B searah dengan sumbu x positif
Jawaban : C 34.
Sebuah zarah bermuatan listrik bergerak memasuki ruang yang mengandung medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan juga tegak lurus pada kecepatan zarah. Jika besar induksi magnet 0,4 T dan kuat medan listrik 8 x 104 v/m, sedangkan zarah bergerak lurus, maka kecepatan zarah adalah (A) 4 x 10-5 m/s (B) 2 x 105 m/s
(C) 5 x 105 m/s (D) 32 x 105 m/s
(E) 5 x 106 m/s
Penyelesaian : B = 0,4 T
x x x x x x
x
x
Flor
x x
x x
Flist
x
x
x x x x x x x vx x x x x
E = 8 x 104 v/m
x x x x x x
Syarat zarah bergerak lurus : Flor = Flist E Bqv = qE → v= B 8 x 104 = 2 x 105 m/s v = 0,4
Jawaban : B 35.
Sebuah partikel yang bermasa m dan bermuatan q bergerak melingkar dengan laju v dalam medan magnet homogen yang kuat medannya B, maka (1) kecepatan sudut partikel adalah Bq / m (2) arah v selalu tegak lurus B (3) jari-jari lintasannya adalah (mv)/(Bq) (4) momentum sudut partikel adalah R²Bq Penyelesaian : Muatan bergerak melingkar dalam medan magnet : v² Fsentripetal = FLorentz → m = Bqv R atau mv = R B q , sehingga didapat : • v v Bq m = Bq → karena = ω , maka ω = Pernyataan (1) : Benar R R m • Pernyataan (2) : Benar • mv R = → Pernyataan (3) : Benar Bq • Momentum sudut : L = m v R (mv) R = (R B q) R → L = R²Bq → Pernyataan (4) : Benar Jawaban : E
36.
Pada keempat sudut bujur sangkar (sisi 30 cm) terletak muatan listrik. Tentukan potensial listrik di titik pusat bujur sangkar jika dua muatan yang bertetangga masing-masing adalah +2µC dan yang lain –2 µ C (A) 3,4 x 105 volt (B) –3,4 x 105 volt
(C) 1,7 x 105 volt (D) -1,7 x 105 volt
Penyelesaian : D
C rD
P rA A
•
QA = QB + 2 µc QC = QD = - 2 µc
•
Dari gambar diperoleh : rA = rB = rC = rD
rC
rB B
• Rumus Potensial listrik : Q V = k r • Karena QA + QB (muatan positif) dan rA = rB, maka di titik P : VA = V B (positif) • Karena QC + QD (muatan negatif) dan rC = rD , maka dititik P :
(E) nol
VC = V D (negatif)
• V total = V A + V B - VC - VD = 0 Jawaban : E 37.
12V _
+
3Ω
_ 6V +
1 3 (B) 1 1 2 (A)
2Ω
C
C = 100 µ F Pada rangkaian ini, perbandingan daya pada 9 Ω dan 3 Ω adalah
9Ω
(C) 3
(E) 4,5
(D) 3,5
Penyelesaian : _ 6V +
12V _
+
R1 = 3 Ω
• P2 = I²R2 P1 I²R1
R2 = 9 Ω
I
• Kapasitor tidak dilalui oleh arus sehingga rangkaian menjadi seperti gambar. (Rangkaian seri) →
P2 = P1
9 = 3 3
Jawaban : C E=4V
38.
Jika di dalam rangkaian listrik ini, jarum galvanometer tidak menyimpang maka tegangan antara P dan Q adalah
Q
P
(A) 5,5 V (B) 4,0 V (C) 2,0 V
G
E = 1,5 V
(D) 1,5 V (E) 0,75 V
Penyelesaian : Perhatikan rangkaian pengganti berikut. ε1 = 4 V Q
P I1
39.
R1
IG
• Jarum galvanometer tidak menyimpang, berarti I G = O • VPQ = ε2 + IG RG • VPQ = 1,5 + 0 (RG) = 1,5 volt Jawaban : D
RG Sinar-X, bilaV dilewatkan ke medan listrik tidak akan membelok ε2 = 1,5 SEBAB Sinar Xmempunyai daya tembus besar
Penyelesaian : •
Sinar-X tidak bermuatan listrik (gelombang elektromagnetik) sehingga tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet
Pernyataan Benar •
Sinar-X mempunyai daya tembus besar Alasan benar tapi tidak ada hubungan sebab akibat antara pernyataan dan alasan
Jawaban : B 40.
Sesudah 2 jam, seperenambelas bagian suatu unsur radioaktif masih radioaktif, maka waktu paronya adalah (A) 15 Menit (B) 30 menit
(C) 45 menit (D) 60 menit
(E) 120 menit
Penyelesaian : Hubungan bahan radioaktif yang tersisa terhadap waktu paruh adalah : 1
N = N0 ( 2 ) 1 16
1
t/T
4
= (2 ) →
→
2 T
1 N 16 0
= N0
(
= 4 → T =
1 2
1 2/T ) 2
jam = 30 menit
Waktu paro bahan radioaktif adalah 30 menit. Jawaban : B 41.
Pada model atom Bohr, elektron atom hidrogen bergerak dengan orbit lingkaran dengan laju sebesar 2,2 x 106 m/s. Besarnya arus pada orbit tersebut (e = 1,6 x 10-19 coulomb, me = 9,1 x 10-13 kg) (A) 1,06 pA (B) 1,06 nA
(C) 1,06 A (D) 1,06 m A
(E) 1,06 A
Penyelesaian : q Kuat arus pada orbit elektron : I = t Untuk lintasan berbentuk lingkaran, untuk satu putaran : t = perioda T. Karena v = I =
q 2π(R/v)
2πR T
=
, maka T =
2πR v
sehingga
qv 2π R
Dengan mengingat jari-jari orbital elektron pada kulit pertama model atom Bohr : R = 0,53 Å diperoleh 1,6 x 10-19 x 2,2 x 106
I = 2 x 3,14 x (0,53 x 10-10) = I = 1,06 x 10-3 a = 1,06 mA
1,6 x 2,2 2 x 3,14 x 0,53
X 10-3
Jawaban : D 42.
Semikonduktor intrinsik pada 0 K bersifat sebagai isolator, karena (A) jarak celah energi antara pita valensi dan pita konduksi terlalu besar (B) tidak ada tingkat energi akseptor pada pita energi (C) tidak ada tingkat energi donor pada pita energi (D) tidak cukup energi bagi elektron untuk pindah ke pita konduksi (E) tidak ada pembawa muatan yang diberikan dari luar
Penyelesaian : Sifat konduktivitas listrik suatu bahan ditentukan oleh celah (perbedaan) energi antara pita valensi dan pita konduksi. Semikonduktor intrinsik pada 0 K mempunyai elektron yang mengisi pita valensi secara penuh dan tidak cukup energi bagi elektron untuk pindah ke pita konduksi sehingga bersifat sebagai isolator. Jawaban : D 43.
Bila elektron berpindah dari kulit M ke kulit K pada atom hidrogen dan R adalah konstanta Rydberg, maka panjang gelombang yang terjadi besarnya (A)
8 9R
(B)
9 8R
17 9R
(C)
9 17R
(D)
(E)
1 R
Penyelesaian : • •
Pada inti atom kulit K = kulit 1 dan kulit M = kulit 3 Perpindahan elektron menghasilkan λ sebagai berikut : 1 λ
= R(
1 λ
= R (
1 n A²
-
1 n B²
1 3²
) →
nA = kulit yang dituju nB = kulit yang ditinggalkan Elektron dari kulit M ke K, maka nB = 3 dan nA = 1 1 1²
-
) ;
1 λ
=R
8 9
atau λ =
9 8R
Jawaban : B 44.
Dalam model atom Bohr, energi yang dibutuhkan oleh elektron hidrogen untuk pindah dari orbit dengan bilangan kuantum 1 ke 3 adalah (energi dasar = -13,6 eV). (A) 1,50 eV (B) 1,90 eV
(C) 2,35 eV (D) 12,10 eV
Penyelesaian : • Energi yang dibutuhkan : ∆E = E3 – E1 • Diketahui E1 = - 13,6 eV E1 Dari rumus : En = diperoleh : E3 = n²
• ∆E = -13,6 - ( -13,6) = 9
∆E = 13,6 x Jawaban : D 45.
8 9
-13,6 1
-
-13,6 9
(E) 13,60 eV
-13,6 3²
=
-13,6 9
= 13,6 ( 1 -
1 9
eV )
= 12,10 eV
Bila laju partikel 0,6 c, maka perbandingan massa relativistik partikel itu terhadap massa diamnya adalah (A) 5 : 3 (B) 25 : 9
(C) 5 : 4 (D) 25 : 4
(E) 8 : 5
Penyelesaian : Rumus relativitas massa adalah : m= m mo
mo v² 1 - c² 1 10 0,8 8
m mo
5 4
√ maka :
=
=
→
=
Jawaban : C 46.
2
4
Massa inti 2 He dan 1 H masing-masing 4,002603 sma dan 2,014102 sma. Jika 1 sma = 931 MeV, maka energi minimum yang diperlukan untuk memecahkan partikel alpha menjadi dua deuteron adalah (A) 4 MeV (B) 14 MeV
(C) 24 MeV (D) 34 MeV
(E) 44 MeV
Penyelesaian : 2 2 4 • Reaksi pembentukan : 1 H + 1 H → 2 He 2 2 Massa defek : ∆m = 2 (massa 1 H) - massa 1 He ∆m = 2 (2,014102) – 4,002603 = 0,0025601 sma Energi ikat = ∆m 931 MeV = 24 MeV •
Energi pemecahan minimum = 24 MeV
Jawaban : C 47.
100 g unsur P dengan paruh 122 hari meluruh menjadi unsur Q. Massa P dan Q setelah 1 tahun ialah P (dalam g) (A) (B) (C) (D) (E)
Q (dalam g)
100 87,5 50 25 12,5
0 12,5 50 75 87,5
Penyelesaian : Unsur P : No = 100 g ; t = 366 hari ; T = 122 hari 1
N = No ( 2 ) t/T 1
→ N = 100 (
N = 100 ( 2 )³ = 100 x
1 8
1 2
) 366/122
= 12,5 gram (unsur P yang tinggal)
Unsur Q yang terbentuk = 100 – 12,5 = 87,5 gram Jawaban : C
