KUNCI JAWABAN SOAL TEORI FISIKA OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2006
1. a.
Dihitung dahulu waktu yang diperlukan dari beban dilepas sampai ke vt
ketinggian maksimum yaitu t1.
v0
at1
0
2 10t1
t1 =0,2 sekon.
Ketinggian maksimum yang dicapai beban dihitung dari permukaan tanah (yt)
yt b.
y0
v0 t1
1 2 at 1 =72,2 m. 2
Energi kinetik beban, yaitu Ek
1 2 mv0 = 0,5x4x22=8 joule. 2
Karena gaya yang bekerja hanya gaya gravitasi (bersifat konservatif) maka berlaku hukum kekekalan energi mekanik. Ek = Ep = mg h= 4x10x0,2 = 8 joule. Dengan h jarak antara beban dilepas dengan posisi tinggi maksimum. c.
lamanya waktu untuk beban sampai di tanah dihitung sejak beban dilepaskan
yt
y0
v0 t
1 2 at 2
0
72 2t
1 2 10t 2
t = 4 sekon.
d. kecepatan beban tepat pada saat menyentuh tanah vt
v0
at =2-10x4=-38 m/s.
Tanda minus menyatakan arah kecepatan ke bawah.
2.
Rangkaian
disederhanakan
seperti
pada
R1
gambar di samping ini.
1 Rp
1 R2
Rp
R2 R3 R2 R3
i
R r
Rp
,r
1 R3 6 6
8 18
9volt 4,5 0,5
13
iR p
i1 R2
i1
iR p
i2 R3
i2
4,5
iR p R2 iR p R3
0,5 A
0,5 A 4,5 6
0,375 A
0,5 A 4,5 18
0,175 A
a. Kuat arus pada R3 adalah i2 = 0,125A b. Kuat arus pada R2 adalah i1 = 0,375 A ; R2 = 6 Ω Daya yang disera (didisipasi) R2 adalah P2
2
i1 R2
c. Hambatan luar :
0,375 A 6
R
R1
0,84375 watt
Rp
13
4,5
17,5
Kuat arus pada hambatan luar i = 0,5 A Daya pada hambatan luar adalah : P
i
2
R
2
0,5 A 17,5
4,375watt
3. a. Waktu tersingkat yang diperlukan oleh beban untuk bergerak dari titik seimbang kembali ke titik seimbang adalah setengah perioda T. Jadi T = 2 x (0,2 detik) = 0,4 detik. Maka frekuensi f = 1/T = 1/0,4 Hertz = 2,5 Hertz b. Karena tali terhubung dengan m yang bergetar harmonik, maka getaran tersebut akan diteruskan di sepanjang tali. Akibatnya pada tali akan ada gelombang tali, gelombang ini adalah gelombang transversal. c. Gelombang merambatkan gangguan (pada kasus ini yang diteruskan adalah simpangan) dan energi. Gelombang tidak merambatkan medium. d. Gerak getaran yang dialami beban akan bergantung pada besarnya sudut simpangan. Semakin kecil sudut simpangan yang diberikan, getaran yang dialami beban akan semakin mendekati getaran harmonik sederhana.
4. a. Berkas cahaya yang masuk ke akuarium akan dibiaskan oleh air. Sinar bias ini akan tiba pada bidang kanan akuarium, lalu akan dibiaskan lagi oleh udara. Sinar yang keluar dari akuarium ini akan sejajar dengan sinar yang masuk ke akuarium. Hal ini dapat dibuktikan dengan hukum Snell: Untuk sinar datang ke sisi kiri akuarium: sin i1 / sin b1 = n air / n udara atau sin b1 = (n udara / n air) sin i1 (1) Untuk sinar yang dibiaskan oleh air, akan menjadi sinar datang bagi sisi kanan akuarium: b1 = i2 karena sin i2 / sin b2 = n udara / n air maka sin b1 / sin b2 = n udara / n air atau sin b1 = (n udara / n air) sin b2 (2) Dari persamaan (1) dan (2) diperoleh bahwa i1 = b2 Jadi berkas sinar datang ke sisi kiri akuarium sejajar dengan berkas sinar yang keluar dari sisi kanan akuarium. b. Lihat skema jalan sinar pada gambar 3: sin i1 / sin b1 = n air / n udara sin b1 = (n udara / n air) sin i1 Untuk menentukan sudut datang pada sisi kanan akuarium, dapat dilihat dari geometri pada gambar: 90° + 90° + b1 + + = 360° = 90° + i2 sin i2 / sin b2 = n udara / n air sin b2 = (n udara / n air ) sin i2 Dengan menggunakan nilai i1 = 10 ° akan diperoleh b2 = 30,7° c. Sudut yang dibentuk oleh arah sinar datang dengan arah sinar yang keluar dari akuarium ditunjukkan oleh perpotongan arah arah sinar datang dan sinar pantul. Dari geometri pada gambar. Dari geometri, dapat ditentukan besarnya sudut = 10,7 °
5. Tandon dingin
Tandon panas
Ag
Q
Tandon panas
Al
Al
Cu
Q TC
TH
L1
Ag
Tandon dingin
TH
L2
TC
L1
L2
L3
a. Misal T adalah suhu pada titik persambungan kedua logam maka kalor yang mengalir dari tandon panas ke titik persambungan adalah T T H k1 A H L1 dan kalor yang mengalir dari titik persambungan ke tandon dingin adalah T TC H k2 A L2 Kedua kalor ini harus sama karena kekekalan energi, sehingga diperoleh: k1 A
TH
T
k2 A
L1
T
TC L2
Masukkan besaran yang diketahui. Selesaikan persamaannya. Akhirnya didapatkan suhu pada titik persambungan kedua logam (T) = 190 oC. b. Besar laju transfer kalor dari tandon panas ke tandon dingin (H) adalah
H
A
TH L1 k1
TC L2 k2
L3 k3
Masukkan besaran yang diketahui. Selesaikan persamaannya. Akhirnya didapatkan laju transfer kalor (H) = 20 J/s. c. Pada soal b, selisih suhu di kedua ujung logam aluminium adalah: T = T1-T2 Dengan T1 adalah suhu pada titik persambungan antara perak dan aluminium dan T2 adalah suhu pada titik persambungan antara aluminium dan tembaga. Gunakan prinsip kekekalan energi maka diperoleh persamaan: H
k1 A
TH
T1 L1
k2 A
T1 T2 L2
k3 A
T2
TC L3
Masukkan besaran yang diketahui. Selesaikan persamaannya. Akhirnya didapatkan T1 = 140 oC dan T2 = 40 oC sehingga T = 100 oC. Hasil ini dapat dimasukkan kembali untuk menghitung laju transfer kalor (H) dan hasilnya sesuai dengan jawab b yaitu 20 J/s.
