KATEGORI TEORI SELEKSI TINGKAT PROVINSI OSN PERTAMINA 2014
BIDANG FISIKA
PETUNJUK PENGERJAAN
1. Tuliskan secara lengkap identitas Anda di Lembar Jawab Komputer (LJK): Nama Lengkap, Nomor Ujian, dan Data lainnya. 2. Ujian seleksi tingkat propinsi kategori teori terdiri dari 40 soal pilihan ganda. 3. Penilaian setiap nomor soal: a. Jawaban yang benar mendapatkan nilai 4 (plus empat), b. Jawaban yang salah mendapatkaan nilai -1 (minus satu), c. Tidak menjawab soal mendapatkan nilai 0 (nol). 4. Waktu ujian adalah 120 menit. 5. Gunakan pensil 2B untuk mengisi jawaban pada lembar LJK. 6. Semua jawaban harus ditulis di lembar LJK yang tersedia. 7. Peserta boleh bekerja bila sudah ada tanda “mulai” dari Pengawas. 8. Peserta harus segera berhenti bekerja bila ada tanda “berhenti” dari Pengawas. 9. Peserta tidak diperkenankan meninggalkan ruang ujian sebelum waktu ujian berakhir. 10. Letakkan lembar jawaban di atas meja dan segera meninggalkan ruangan. 11. Tidak diperkenankan menggunakan kalkulator.
Pilihlah jawaban yang tepat dari soal berikut ! 1. Suatu bahan memiliki kalor jenis C J/kg °C dan kalor lebur L J/kg. Pada temperatur 27°C, 300 gr bahan tersebut melebur secara reversibel. Perubahan entropi bahan tersebut sebesar … . A. 3,00 × 10-1 L J/K B. 1,00 × 10-3 L J/K. C. 1,11 × 10-2 L J/K D. 3,00 × 10-1 C(T2-T1) J/K. E. 9,00 × 101 L J/K. 2. Di pagi yang dingin temperatur udara di luar rumah 15°C dan di dalam rumah 25°C. Energi mengalir melalui jendela kaca dengan konduktivitas termal 1,0 W/mK, ketebalan 5,0 mm, dan luas 0,6 m2. Laju perubahan energi di dalam rumah … . A. -1,2 × 103 W B. +1,2 × 103 W. C. -1,2 × 103 J. D. +1,2 × 103 J. E. 0 3. Sebuah sistem katrol yang dihubungkan dengan tali ditunjukkan pada gambar di samping. Kedua katrol dianggap sangat licin. Massa tali dan katrol dapat diabaikan. Massa balok pertama adalah 25 kg dan massa balok kedua 8 kg. Antara balok pertama dan lantai terdapat gesekan, dengan koefisien gesek statik 0,5 dan koefisien gesek kinetik 0,2. Besar gaya gesek antara balok pertama dan lantai adalah … . A. 135 N B. 125 N D. 50 N E. 40 N
C. 80 N
4. Sebuah simpal konduktor berbentuk lingkaran dengan radius R berotasi dengan kecepatan angular ω dalam suatu daerah medan magnet homogen B seperti terlihat pada OSN Pertamina 2014
Hal : 1/13
gambar. Jika tegangan induksi yang dihasilkan dalam simpal tersebut V0 sin ωt , maka kecepatan angular ω loop tersebut adalah … A. D.
V0 R B V02
B.
2 V0 R
V E. tan 1 0 BR
BR2
C.
V0 BR2
5. Sistem gas ideal monoatomik berada dalam wadah bertemperatur 27°C dan tekanan 1,0 × 105 Pa. Energi kinetik rata-rata molekul gas tersebut adalah ... A. 2,07 × 10-21 J. D. 2,07 × 10-23 J.
B. 6,21 × 10-23 J. E. 0
C. 6,21 × 10-21 J.
6. Pada sebuah eksperimen, Andi menggunakan bahan bermassa 10,0 gr. Setelah dipanaskan dengan pemanas berdaya 10 W dalam waktu satu menit, temperatur bahan berubah dari 27°C menjadi 57°C. Andi memperoleh kalor jenis bahan tersebut sebesar … A. 400 eV/kg°C. D. 33,3 W/kg°C
B. 200 kal/kg°C E. 2,0 × 103 J/kg°C.
C. 200 J/kg°C.
Kerjakanlah soal nomor 7 s.d. 9 berdasarkan keterangan berikut. Sebuah sistem terdiri dari lima elektron. Semua interaksi yang dialami oleh tiap elektron dalam sistem tersebut direpresentasikan oleh sebuah potensial efektif, yang bentuknya sebagai berikut: b, 0 x a V x . , x 0 dan x a 7. Jika massa elektron dinyatakan dengan m, maka energi rata-rata elektron di sistem adalah … . A.
2
2ma
2 2
b
OSN Pertamina 2014
B.
2
2
2ma 2
19 2 2 b C. 10ma 2
Hal : 2/13
D.
19 2 2 10ma 2
E.
19 2 2 b 2 . 10ma 2
8. Jika 1 , nilai spin terkecil yang mungkin di sistem itu adalah … . A. 0 B. 1/2 C. 1 D. 3/2 E. 2 9. Anggap semua elektron dalam sistem itu berada pada keadaan spinup dan nilai momentum angular orbital sistem itu 1 (di sini digunakan 1). Jika sistem itu berada pada keadaan dengan nilai momentum angular total terkecil yang mungkin, maka operator spin-orbit, yaitu L S , memberikan nilai … . A. 2,5 B. 2,125 C. -2,5 D. -3,5 E. -3,825 10. Suatu partikel fermion dapat mempunyai tiga tingkat energi dengan nilai masing-masing 0 eV, 1 eV, dan 2 eV. Untuk sistem yang berisi dua partikel tersebut pada temperatur T, fungsi partisi dinyatakan dengan .... ( 1 dalam (eV)-1) kT
A. 1 e 3 B. 1 e 2e 2 2e 3 e 4 C. 1 e e / 2 D. e e 2 e 3 E. 1 e e 2 e 3 e 4 11. Rapat massa emas (79Au197) adalah 19,32 g/cm3. Sebuah lembaran tipis emas setebal 0,1 µm mengandung atom emas per cm2 sebanyak … . (Bilangan Avogadro = 6,022 × 1023 mol-1.) A. 6,10×1019 B. 6,10×1017 C. 6,84 × 1018 D. 5,91 × 1017 E. 5,91 × 1015
OSN Pertamina 2014
Hal : 3/13
12. Diketahui rasio jumlah atom C14 terhadap jumlah atom C12 di alam adalah 1:1012. Radioisotop C14 meluruh dengan waktu paruh 5730 tahun. Jika sampel dari sebuah fosil menunjukkan aktivitas radioisotop C14 sebesar 0,29 Bq dan mengandung isotop C12 sebanyak 12 gram, berarti umur fosil tersebut … . (Bilangan Avogadro = 6,022 × 1023 mol-1, ln 2 = 0,693, 1 tahun = 31,536 × 106 detik.) A. antara 18 juta sampai 19 juta tahun B. antara 17 juta sampai 18 juta tahun C. antara 16 juta sampai 17 juta tahun D. antara 15 juta sampai 16 juta tahun E. antara 14 juta sampai 15 juta tahun 13. Sebuah silinder konduktor yang sangat panjang (radius R) dialiri arus I dengan rapat arus J R, adalah konstanta. Medan magnet B pada jarak r ( r R ) dari pusat sumbu silinder adalah ….
1 A. 0 r 2 2 R3 1 D. 0 r 2
1 B. 0 r 2 3 1 R3 E. 0 3 r
C. 0 r 2
14. Seberkas elektron dipercepat dengan beda potensial 10 kV, lalu diarahkan ke suatu target logam. Sinar-X yang keluar dengan frekuensi tertinggi diarahkan ke suatu bahan kristal. Sinar-X terhambur ke arah 60° relatif terhadap arah datang dan menimbulkan pola terang pertama. Jarak bidang Bragg pada bahan tersebut adalah … . A. 0,31 angstrom B. 0,45 angstrom C. 0,62 angstrom D. 0,96 angstrom E. 1,24 angstrom
OSN Pertamina 2014
Hal : 4/13
15. Sebuah bola beradius R, memiliki rapat muatan yang sebanding
dengan kuadrat jarak dari pusat bola, yaitu AR 2 , A adalah konstanta. Medan listrik pada jarak R/2 dari pusat bola adalah …. 3 3 A AR AR A. B. C. 40 40 24 0 AR3 D. 5 0
AR3 E. 3 0
16. Sebuah partikel yang massa diamnya 0,5200 MeV bergerak di dalam pipa yang panjangnya 80,00 cm, menurut pengamat di laboratorium. Energi total partikel itu 0,8125 MeV. Menurut pengamat di laboratorium partikel itu bergerak di sepanjang pipa selama waktu T. Jika diamati menurut kerangka acuan partikel itu, lama waktu tempuh partikel adalah … . A. 0,6400 T B. 1,2800 T C. 1,5625 T D. 1,6125 T E. 1,8250 T Kerjakanlah soal nomor 17 dan 18 berdasarkan keterangan berikut. Seekor burung, massa 1,0 kg, berusaha menangkap ikan di laut. Dari ketinggian 40 m, burung tersebut menukik turun dengan laju awal 12 m/det sedemikian hingga menyentuh permukaan air secara tegak lurus dengan laju 30 m/s. Diperlukan waktu 10-3 detik agar seluruh tubuh burung masuk ke dalam air. Kemudian burung bergerak lurus dengan laju 8,0 m/s ke bawah. Sejauh 10 m tepat di bawah burung seekor lumba-lumba sedang bergerak vertikal ke atas dengan laju 12 m/s sambil mengeluarkan suara dengan frekuensi 21 kHz (kecepatan suara di air laut 1512 m/s). 17. Saat menukik turun, burung mengalami gaya gesek udara dan saat menembus permukaan laut juga mengalami gaya karena air laut. Besar kedua gaya tersebut berturut-turut adalah... . A. 9,5 N dan 9,8 N D. 4,9 N dan 8,0 × 101 N. B. 9,8 N dan 3,0 × 103 N. E. 3,5 N dan 7,7 × 104 N. C. 0,35 N dan 2,2 ×104 N. OSN Pertamina 2014
Hal : 5/13
18. Frekuensi suara lumba-lumba yang terdeteksi di detektor yang ditempelkan di burung ... . A. 22,1 Hz B. 21,6 Hz C. 20,1 Hz D. 21,3 Hz E. 19,4 Hz 19. Sebuah benda titik berada di permukaan bumi bergerak dalam lintasan parabola dengan persamaan y ax 2 , y adalah sumbu vertikal. Lagrangian benda titik tersebut adalah… .
1 1 A. L my2 1 mgy a y 2 4
1 1 B. L my2 1 mgy a y 2 4 1 1 C. L mx2 1 mgy 2 4a x 1 D. L mx2 1 4a 2 x2 mgy 2 1 1 E. L mx2 my2 mgy 2 2
20. Sebuah molekul terdiri dari 2 atom, yang masanya m1 dan m2. Jarak antar kedua atom yaitu d. Molekul tersebut berotasi. Molekul itu bertransisi dari tingkat energi rotasi j ke j-1, dengan j adalah bilangan kuantum momentum angular. Molekul memancarkan foton dengan frekuensi … . j m1 m2 j m1 m2 D. A. m1m2 d 2 2 m1m2 d 2 j j 1 m1 m2 j 2 m1 m2 E. . B. N. 2 m1m2 d 2 m1m2 d 2 j m1 m2 C. . 2 m1m2 d
OSN Pertamina 2014
Hal : 6/13
21. Tentukan nilai rata-rata vektor Poynting gelombang elektromagnetik terhadap waktu untuk fungsi gelombang berikut E y ( x, t ) 2E0 cos kx cos t , By ( x, t ) 2 B0 sin kx sin t.
0
A.
E 0 B0
D.
E 0 B0
0
B. 4
0
E0 B0
C.
0
E 0 B0
sin kx
E. 0
sin 2kx
22. Pada model Einstein, bahan padat dimodelkan dengan sekumpulan fonon identik yang masing-masing dapat berenergi 0 atau . Anggaplah, suatu bahan padat mempunyai 1000 fonon dan berenergi total 998 di temperatur 90 K dan tekanan 1,0 × 105 Pa. Entropi bahan padat tersebut sebesar ... . A. k ln 499500 J/K. B. k ln 7920 J/K. C. k ln 1663200 J/K. D. k ln 330 J/K. E. k ln 4 J/K. 1 23. Sistem osilator harmonik mempunyai energi (n ) eV, 2 dengan n = 0, 1, 2, 3, .... Pada temperatur T, energi sistem tersebut 1 dinyatakan dengan ... ( kT dalam eV, )
A. B. C. D. E.
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
N eV.
e e
e
1
1
1
e
OSN Pertamina 2014
kT
eV. eV. eV. eV.
Hal : 7/13
24. Sebuah cincin tipis non konduktor (radius R) bermuatan Q yang terdistribusi homogen. Titik P terletak pada sumbu simetri (tegak lurus bidang cincin) berjarak x dari pusat cincin. Potensial listrik di titik P adalah …. A. B. C.
40 x Q
Q
40 R 2 x 2 Qx
40 R 2 x 2 Qx
40 R x QR E. 40 R 2 x 2 D.
2
2
3
2
25. Sebuah bola berjejari R memiliki rapat massa ρ yang homogen. Bola itu tidak pejal, melainkan di dalamnya terdapat sebuah rongga berbentuk bola, yang diameternya ½R. Posisi rongga ditunjukkan pada gambar di samping. Jika G menyatakan konstanta gravitasi universal, maka besar medan gravitasi bola tersebut di titik P seperti ditunjukkan pada gambar oleh panah putus-putus adalah … . 1 2 5 A. G R B. G R C. G R 3 6 3 35 E. G R D. G R 27
OSN Pertamina 2014
Hal : 8/13
26. Sebuah partikel bergerak dengan energi kinetik 250 MeV. Laju partikel itu 0,6c (c = laju cahaya di vakum = 3 × 108 m/s). Massa diam partikel itu setara dengan energi sebesar … MeV. A. 1000 B. 1100 C. 1210 D. 1230 E. 1300 27. Sebuah kawat tembaga dengan radius R dan panjang L dialiri arus listrik I yang terdistribusi homogen pada luas penampang lintangnya. Besar energi magnetik yang tersimpan dalam kawat tersebut adalah …
0 I 2 L2 A. 2R 0 I 2 L D. 2
0 I 2 L B. 16 IL E. 0 2 2R
0 I 2 L2 C. 16R 2
28. Sebuah muatan titik q Coulomb diletakkan pada jarak d dari keping konduktor berukuran sangat besar yang di-ground-kan. Kerapatan muatan (C/m2) di permukaan konduktor pada jarak D dari muatan tersebut adalah …. q q d qD A. C. B. 2 5 4D 2d 3 2D 2 D.
qd
2D 3
E.
qD
40 d 3
29. Gelombang elektromagnetik (e.m.) bidang merupakan superposisi dari dua gelombang e.m. bidang yang saling orthogonal. Persamaan gelombang tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: E xˆE1 exp i kz t yˆE2 exp i kz t . Setelah melewati sebuah layar, kedua bagian gelombang mempunyai beda lintasan optis sebesar 2 / k . Intensitas rata-rata gelombang e.m. setelah melewati layar adalah… . A. E12 E 22 B. E12 E 22 C. E1 E 2 2 E. 0 D. E E 2 1
2
OSN Pertamina 2014
Hal : 9/13
30. Sebuah kapasitor bola koaksial dengan radius dalam a dan radius luar b tersusun seperti pada gambar. Ruang kapasitor diisi dengan bahan dilektrik dengan permitivitas ε1 dan ε 2 yang masingmasing mengisi tepat ½ volume total (lihat gambar). Kapasitas kapasitor tersebut adalah … . A. C B.
C. D. E.
2 ε1 ε 2 ab
(b a ) 1 ε1 ε 2 ab C 2 (b a ) 2 1 1 ab ε2 ε1 C (b a ) ε1 ε 2 ab C (b a ) 16 ε1 ε 2 ab C (b a )
31. Sekeping koin yang massanya 100 gram diletakkan di meja. Mulamula koin itu diam. Kemudian, koin itu digeser oleh sebuah gaya konstan sebesar 0,4 N. Setelah gaya itu berhenti bekerja, koin masih bergerak selama 1,0 detik, sampai akhirnya berhenti. Jika besar percepatan gravitasi 10 m/s2 dan koefisien gesek koin dan meja 0,2, kerja yang dilakukan gaya tersebut adalah sebesar … . A. 0,1 J B. 0,2 J C. 0,4 J D. 2,0 J E. 4,0 J 32. Eigenstate-eigenstate operator s z , yaitu
1 0
dan
0 1
, dipilih
sebagai basis untuk menyatakan sembarang keadaan suatu sistem 1 berspin . Untuk keadaan spin N 1 , dengan N konstanta 2 2 normalisasi, nilai harapan sx adalah … . OSN Pertamina 2014
Hal : 10/13
A. 0 D. 0,3
B. 0,1 E. 0,4
C. 0,2
33. Sebuah partikel berosilasi di sepanjang sumbu-x dalam pengaruh gaya F = -kx (k adalah konstanta) dengan amplitudo A dan frekuensi f. Kecepatan partikel pada posisi x = A/2 adalah … A. 2fA B. 3fA C. 2fA D. fA 1 E. fA 3 34. Tentukan medan magnet dalam parameter I, a dan b pada titik origin 0 yang disebabkan oleh loop berarus I seperti pada gambar. A. B. C. D. E.
0 I a 2b a 2 b 2 0 I b 1 2b b2 a 2 0 I 1 b a 2 b2 b2 a 2 2a a 2 b 2 0 I 1 b a 2 b2 b2 a 2 2ab a 2 b 2 0 I 1 a a 2 b2 b2 a 2 2a a 2 b 2
35. Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian h terhadap lantai. Ketika memantul dari lantai kecepatan bola adalah 80% dari kecepatan sesaat tepat sebelum menumbuk lantai. Ketinggian bola maksimum setelah memantul dari lantai adalah … A. 0,94 h B. 0,80 h C. 0,75 h D. 0,64 h E. 0,50 h
OSN Pertamina 2014
Hal : 11/13
36. Sebuah partikel bermassa M bergerak dalam orbit lingkaran berjariK jari r di bawah pengaruh gaya tarik-menarik F 3 , dengan K r adalah konstanta. Jika energi potensial pada jarak tak berhingga dari pusat gaya sama dengan nol, maka energi total partikel dalam orbit lingkaran tersebut adalah …. A.
K
r K D. 2R
2
B. E.
K 2R K
C. 0
r2
37. Sebuah bola yang jejarinya 15 cm diletakkan di air. Tampak 1/3 bagian bola berada di atas permukaan air. Kemudian seseorang menahan bola, sehingga bola seluruhnya berada di bawah permukaan air. Besar gaya yang dikerjakan orang itu pada bola adalah … . A. 10 N B. 15 N C. 20 N D. 25 N E. 30 N
Kerjakanlah soal nomor 38 s.d. 40 berdasarkan keterangan berikut. Satu mol gas ideal monoatomik mengalami proses seperti pada gambar. Di keadaan B gas bertekanan P B = 3,00×105 Pa pada temperatur 27°C. Pada proses AB kerja yang dilakukan pada gas sebesar 2493 J, sementara pada proses BC energi dalam gas bertambah sebesar 249,3 Joule. Proses CA merupakan proses irreversibel. (Gunakanlah R=8,31 J/molK, ln 3=1,10, ln1,6 = 0,47, dan ln 2 = 0,69). OSN Pertamina 2014
Hal : 12/13
38. Tekanan gas di keadaan C sebesar ... A. 1,60 × 104 Pa. B. 3,20 × 104 Pa. C. 1,50 × 105 Pa. D. 2,99 × 103 Pa. E. 3,20 ×105 Pa. 39. Kalor yang diserap gas selama proses ABC ... A. 5983,2 J. B. 3490,2 J. C. -3490,2 J. D. -5983,2 J. E. -249,3 J. 40. Perubahan entropi gas selama proses irreversibel CA ... A. –13,6 J/K. B. 13,6 J/K. C. -0,80 J/K. D. 14,4 J/K. E. 0,80 J/K.
OSN Pertamina 2014
Hal : 13/13
