01 Kunci FISIKA 11B K-13 2017.pdf

Setelah mempelajari bab Termodinamika ini, peserta didik mampu: menjelaskan menjelask an kalor, usaha, dan energi serta penerapannya dalam kehidupan. Berdasarkan pengetahuan dan keterampilan yang dikuasai, peserta didik: 1. menjelaska menjelaskan n keterhubungan keterhubungan antara kalor, kalor, usaha, dan energi energi untuk meningkatkan meningkatkan keimanan keimanan kepada kepada Tuhan Yang Yang Maha Esa; 2. bersikap teliti, cermat, cermat, dan penuh tanggung tanggung jawab jawab dalam melakukan kegiatan.

Termodinamika

Mempelajari

Usaha dan Proses-Proses dalam Termodinamika

Hukum I Termodinamika dan Kapasitas Kalor Gas

Mencakup • • • •

Usaha Usah a dan dan Pro Prose ses s Ter Termo modi dina nami mika ka Proses Is Isobarik Pro ros ses Is Iso ote term rmiik Pro ros ses Adi dia aba bati tik k

Siklus Termodinamika dan Hukum II Termodinamika

Mencakup • • •

Hukum Huku m I Te Term rmod odin inam amik ika a Kons Ko nsep ep Ka Kapa pasi sita tas s Kal Kalor or Ga Gas s Maca Ma camm-Ma Maca cam m Kapa Kapasi sita tas s Kalo Kalorr

Mencakup • • • • • • •

Pen enge gert rtiian Si Siklus Siklus Ca Carnot Mes esiin Ka Kalo lorr Ca Carn rno ot Mesi Me sin n Pen Pendi ding ngin in Ca Carn rnot ot Mesi Me sin n Pe Pema mana nas s Ca Carn rnot ot Entropi Huku Hu kum m II II Ter Termo modi dina nami mika ka

Mampu

• • • • • •

Menjelaskan Menjelas kan usah usaha a dan dan prosesproses-pros proses es dalam dalam termo termodina dinamika mika.. Menjel Men jelask askan an huk hukum um I Term Termodi odinam namik ika. a. Menjel Men jelask askan an huk hukum um II Ter Termod modina inamik mika. a. Menjelas Menj elaskan kan kons konsep ep kapas kapasitas itas kalo kalorr dan dan siklus siklus Carn Carnot. ot. Menjelas Menj elaskan kan hubung hubungan an kalor, kalor, usaha, usaha, dan energi energi dalam dalam siste sistem m termodina termodinamik mika a guna meningkatkan keimanan kepada Tuhan Yang Maha Esa. Membiasa Memb iasakan kan diri diri bersikap bersikap teliti, teliti, cermat cermat,, dan bertanggu bertanggung ng jawab jawab dalam melaku melakukan kan kegiatan.

Fisika Kelas XI

1

A.

Pilihan Pilih an Gan Ganda da

Jawab:

1.

Jawaban:: d Jawaban

ln ⎜ V 2 ⎟ W = nRT ln

Diketahui:

⎛

⎝ V 1 ⎠

V 1 = 2 L

⎛

T 1 = 47°C = 320 K

= (2 mol)(8,314 J/mol K)(320 K)(0,693) = 3.687,4 J ≈ 3,7 kJ Jadi, usaha yang dilakukan gas helium sebesar 3,7 kJ.

p = 2 × 105 N/m2

Ditanyakan: W Jawab: =

2L 320 320 K

V 2 T 2

V 2

4.

⇒ V 2 = 2,5 L = 400 400 K W = p (V 2 – V 1) 5

2

5

2

Jawaban:: a Jawaban

Diketahui:

p 1 = 200 kPa V 1 = 10 L

= (2 × 10 N/m )(2,5 L – 2 L) –3

V 2 =

3

= (2 × 10 N/m )(0,5 × 10 m )

γ

⎛ V 1 ⎞ ⎟ (p 1) ⎝ V 2 ⎠

p 1V 1γ = p 2V 2γ ⇒ p 2 = ⎜

Jawaban:: a Jawaban

1,4

Diketahui:

⎛ V ⎞ p 2 = ⎜ 1 1 ⎟ ⎜ V 1 ⎟ ⎝ 10 ⎠

p (×10 (×105 Pa)

A

6 5

5.

Jawaban:: b Jawaban

Diketahui:

2

3

4

(5 × 105 Pa) + (6 × 105 Pa) 2

(2 × 10–3 m3)

= 3,0 × 105 Pa (1 × 10–3 m3 – 4 × 10–3 m3) = –900 J Jadi, usaha pada proses A ke B sebesar –900 J.

= 1.100 J Jadi, usaha pada proses A-B sebesar 1.100 J. 3.

Jawaban:: c Jawaban

Diketahui:

m = 8 g M = 4 g/mol V 2 = 4 L V 1 = 2 L

T = 47°C = 320 K Ditanyakan: W

2 Termodinamika

p = 3 atm = 3,0 × 105 Pa V 1 = 4 L = 4 × 10–3 m3 V 2 = 1 L = 1 × 10–3 m3

Ditanyakan: W Jawab: Pada grafik menunjukkan tekanan tetap yang berarti proses isobarik. W = p ΔV = p (V 2 – V 1)

V (×10 (×10–3 m3)

Ditanyakan: W Jawab: W = luasan di bawah garis A–B W =

(200 kPa)

= 5.023 kPa ≈ 50 atm Jadi, tekanan akhir gas sebesar 50 atm.

B

1

1 V 10 1

Ditanyakan: p 2 Jawab:

= 100 J Jadi, usaha gas sebesar 100 J. 2.

⎛4L⎞

⎞

8g

= ⎜ ⎟ (8,314 J/mol K)(320 K) ln ⎜ 2 L ⎟ ⎝ ⎠ g/moll ⎠ ⎝ 4 g/mo

T 2 = 127°C = 400 K

V 1 T 1

⎞

6.

Jawaban:: e Jawaban

Diketahui:

p 1 = 250 kPa V 1 = 7.000 mL V 2 = 4.000 mL

Ditanyakan: p 2

10. Jawaban: Diketahui:

Jawab: γ

p 2 = ⎛⎜ V 1 ⎞⎟ (p 1)

c

p A = p D = 105 Pa p B = p C = 3 × 105 Pa V A = V B = 1 L = 1 × 10–3 m3 V C = V D = 2 L = 2 × 10–3 m3

⎝ V 2 ⎠

5

⎛ 7.00 7.000 0 mL ⎞ 3 = ⎜ ⎟ (250 kPa) 4.000 0 mL ⎠ ⎝ 4.00

= 635 kPa Jadi, tekanan akhir gas sebesar 635 kPa. 7. Jawaban: Diketahui:

e

V 1 = 18 L = 1,8 × 10–2 m3

W AB = W CD = 0

W = 2,4 kJ = 2,4 × 103 J

W BC = luasan di bawah garis B-C

= (3 × 105 Pa)(10–3 m3) = 300 J

p = 2 × 105 N/m2 T 1 = 27°C = 300 K

Ditanyakan: T 2 Jawab: Sistem bekerja pada tekanan konstan yang berarti pada sistem terjadi proses isobarik. (V 2 – V 1) W = p ( 2,4 × 103 J = 2 × 105 N/ N/m m2 (V 2 – 1,8 × 10–2 m3) –2

3

–2

3

–2

3

V 2 – 1,8 × 10 m = 1,2 × 10 m

V 2 = 3,0 × 10 m = 30 L V 1 T 1

=

V 2 T 2

W DA = luasan di bawah garis DA

= (105 Pa)(–10–3 m3) = –100 J = 0 + 300 J + 0 + (–100 J) = 200 J W = Jadi, kerja yang dihasilkan sebesar 200 J. 11. Jawaban:

⎛ V ⎞

e

W AB = 0 (Isokhorik)

Proses B–C adalah isotermik. W BC =

(8 + 4) × 105 N/m 2 2

(12 – 2) × 10–3 m3

= (6 × 105 N/m2)(10 × 10–3 m3)

T 2 = ⎜ V 2 ⎟ T 1 ⎝ 1⎠

= 6 × 103 J

⎛ 30 L ⎞

= ⎜ 18 L ⎟ (300 K) ⎝ ⎠ = 500 K Jadi, suhu gas hidrogen setelah melakukan melakuka n usaha sebesar 500 K. 8. Jawaban: Diketahui:

Ditanyakan: W Jawab: W = W AB + W BC + W CD + W DA

Proses C–A adalah isobarik. W CA = (4 × 105 N/m2)(2 – 12) × 10–3 m3

= (4 × 105)(–1 × 10–2) J = –4 × 103 J W total = W AB + W BC – W CA

d

n = 1 mol V 2 = 8 V 1 Ditanyakan: W Jawab: Usaha pada proses isotermis sebagai berikut. ⎛ V 2 ⎞ ⎟ ⎝ V 1 ⎠

ln ⎜ W = nRT ln

⎛ 8 V 1 ⎞ ⎟ ⎝ V 1 ⎠

= (1)(RT ) ln ⎜

= RT ln ln 8 Jadi, usaha yang dilakukan sebesar RT ln ln 8. 9. Jawaban: e Adiabatik merupakan proses perubahan sistem tanpa ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem. Dengan demikian, usaha yang dilakukan sistem hanya untuk mengubah energi dalam.

= 0 J + 6 × 103 J + (–4 × 103 J) = 2 × 103 J Jadi, usaha yang dihasilkan pada proses tersebut sebesar 2 × 103 J. 12. Jawaban: Diketahui:

c

c v* = 12,47 J/mol K n = 3 mol T 1 = 47°C = 320 K T 2 = 147°C = 420 K

Ditanyakan: W Jawab: W = nc v* (T 1 – T 2) = (3 mol)(12,47 J/mol K)(320 K – 420 K) = (3 mol)(12,47 J/mol K)(–100 K) = –3.741 J Jadi, usaha dalam proses tersebut sebesar –3.741 J.

Fisika Kelas XI

3


a

B. 5

2

p = 2 × 10 N/m V 2 = 3,5 L = 3,5 × 10–3 m3 W = 420 J Ditanyakan: V 1 Jawab: Proses pada sistem ini adalah isobarik. W = p (V 2 – V 1)

420 J = (2 × 10 105 N/ N/m m2)(3,5 × 10–3 –V 1) m3 2,1 × 10–3 m3 = 3,5 × 10–3 m3 –V 1 V 1 = (3,5 × 10–3 – 2,1 × 10–3) m3 = 1,4 × 10–3 m3 = 1,4 L Jadi, volume awal gas sebesar 1,4 L. 14. Jawaban: Diketahui:

Urai Ur aian an

V 2 = 30 m3 T 1 = 47°C = 320 K p 1 = 100 kPa = 105 Pa γ = 1,4 Dita Di tany nyak akan an:: a. p 2

b. γ

a.

⎛ V ⎞ p 2 = ⎜ 1 ⎟ (p 1) ⎝ V 2 ⎠ 1,4

⎛ 60 m3 ⎞ = ⎜⎜ 3⎟ ⎟ ⎝ 30 m ⎠

(105 Pa)

= 2,6 × 105 Pa

c

p A = p D = 105 Pa p B = p C = 3 × 105 Pa V A = V B = 1 L = 1 × 10–3 m3 V C = V D = 2 L = 2 × 10–3 m3

Jadi, tekanan akhir udara 2,6 × 105 Pa. γ − −

b.

W BC = luasan di bawah garis B-C (isobarik)

= (3 × 105 Pa)(10–3 m3) = 300 J W DA = luasan di bawah garis D-A (isobarik)

3

V 2 = 1,7 m

W = 6 × 106 J Ditanyakan: p Jawab: Proses pada sistem ini adalah isobarik. W = p (V 2 – V 1)

6 × 106 J= p (1,7 (1,7 m3– 0,2 m3) 6 × 106 J 1,5 m3

= 4 × 106 Pa = 40 atm Jadi, besar tekanan gas adalah 40 atm.

4 Termodinamika

(T 1) (320 K)

= (2)0,4(320 K) = 422 K Jadi, suhu akhir udara 422 K. 2. Proses ini mengalami perubahan tekanan dan volume. a.

W CA =

(1 + 4) Pa Pa 2

(8 – 3) m3

= (2,5 Pa)(5) m3 = 12,5 J Jadi, usaha yang dilakukan gas dari C ke A sebesar 12,5 J. b.

V 1 = 0,2 m3

1

1,4 − 1

= (105 Pa)(–10–3 m3) = –100 J W = 0 + 300 J + 0 + (–100 J) = 200 J Jadi, kerja yang dihasilkan sebesar 200 J. d

⎛ V ⎞ T 2 = ⎜ 1 ⎟ ⎝ V 2 ⎠

⎛ 60 m3 ⎞ = ⎜⎜ 3 ⎟ ⎟ ⎝ 30 m ⎠

W AB = W CD = 0 (isokhorik)

p =

T 2

Jawab:

Ditanyakan: W Jawab: W = W AB + W BC + W CD + W DA


V 1 = 60 m3

1. Di Dike keta tahu huii:

Pros Pr oses es AB AB sec secar ara a iso isoba bari rik k W AB = p (V B – V A)

= (4 Pa)(4 – 8) m3 = (4 Pa)(–4 m3) = –16 J Proses B-C mengalami perubahan tekanan dan volume. ⎛ (1 + 4) ⎞ ⎟ Pa (3 – 4) m3 ⎝ 2 ⎠

W BC = ⎜

= (2,5 Pa)(–1 m3) = –2,5 J W ABC = W AB + W BC

= –16 J + (–2,5 J) = –18,5 J Jadi, usaha yang dilakukan gas dari A melalui B ke C sebesar –18,5 J.

3. Diketahui:

Jawab: W AE = W AB + W BC + W CD + W DE

1 V 5 1

V 2 =

T 1 = 227°C = 500 K

Proses A–B adalah isobarik.

p 1 = 1 × 105 N/m2

W AB = (105 N/m2)(2 m3 – 0)

T = 273 K

= 2 × 105 J

5 3

γ =

Proses B–C adalah isotermik.

Dita Di tany nyak akan an:: a. p 2

W BC =

b. T 2

Jawab: a. p 1V 1γ = p 2V 2γ

= 4 × 105 J Proses C–D adalah isobarik. W CD = (3 × 105 N/m2)(2 m3)

γ

⎛ V 1 ⎞ ⎟ ⎝ V 2 ⎠

p 2 = ⎜

p 1

= 6 × 105 J Proses D–E adalah isokhorik. W DE = 0 J

5

⎛ ⎞3 = ⎜ 1V 1 ⎟ (1 × 105 Pa) ⎜ 5 V 1 ⎟ ⎝ ⎠

W AE = (2 × 105 + 4 × 105 + 6 × 105 + 0) J

= 12 × 105 J = 28,8 kkal Jadi, usaha pada proses A–E sebesar 28,8 kkal.

5 3

= ( 5 ) (1 × 105 Pa) = (14,6)(1 × 105 N/m2) = 1,46 × 106 N/m2 Jadi, tekanan 1,46 × 106 N/m2. b.

T 1V 1γ – 1

=

(105 + 3 × 105 ) N/m2 (4 ( 4 m3 − 2 m3 ) 2


pada

keadaan

akhir

2

T = 273 K V 2 = 7 V 1

γ − 1

⎛ V 1 ⎞ ⎟ ⎝ V 2 ⎠

T 2 = ⎜

= ( 5)

2

m N = 280 g p = 1 atm

T 2V 2γ – 1

5 −1 3

M N = 28 g/mol

T 1

Ditanyakan: W Jawab:

⎛ V ⎞

(500 K)

2 ln ⎜ V ⎟ W = nRT ln ⎝ 1⎠

2 3

= ( 5 ) (500 K)

⎛ 280 280 g ⎞

⎛7

⎞

V 1 = ⎜ ⎟ (8,314 J/mol K)(273 K) ln ⎜ ⎟ 28 g/mol g/m ol ⎝ ⎠ ⎝ V 1 ⎠

= (2,92)(500 K) = 1.460 K Jadi, suhu pada keadaan akhir 1.460 K. 4. Diketahui: p (×105 N/m2)

= (10 mol)(8,314 J/mol K)(273 K)(1,946) = 44.166,7 J = 10.600 kal = 10,6 kkal Jadi, usaha yang dilakukan gas sebesar 10,6 kkal.

4 C

3

D

2 1

A

E

B 1

2

3

4

5

6

V (m3)

Ditanyakan: W AE

Fisika Kelas XI

5

A.


1.

Jawaban:: e Jawaban

Diketahui:

Q = +60 kal = 252 joule W = –120 joule ΔU

T 2 – T 1 = 5 K T 2 = 5 K + 300 K = 305 K Jadi, suhu gas menjadi 305 K.

5.

Ditanyaka: Jawab: ΔU = Q – – W = 252 J – (–120 J) = 372 J Jadi, perubahan energi dalam gas sebesar 372 J. 2.

Diketahui:

γ = 5 3

6.

7.

Q p = C p ΔT Q p

ΔT = C p

3.000 3.000 J

= 600 = 5 K 600 J/K J/K

6 Termodinamika

(65 J/K)(3) J/K)(3) = 5

39 J/K

Jawaban:: b Jawaban

Jawaban:: b Jawaban

ΔT = 330 K – 300 K = 30 K Q v = 500 kal

Ditanyakan: W Jawab: W = Q p – Q v = 400 kalori – 500 kalori = –100 kalori = –420 joule Jadi, usaha dalam proses tersebut sebesar –420 joule.

c p = 1.200 J/kg K

= 600 J/K

65J/K C v

Q p = 400 kal

T 1 = 27°C = 300 K

= (1.200 J/kg K)(0,5 kg)

C v

Diketahui:

m = 500 g = 0,5 kg Q p = 3.000 J

Ditanyakan: T 2 Jawab: C p = c p m

C p

ΔU = = Q – – W Pada proses adiabatik, Q = = 0 sehingga ΔU = = –W . Oleh karena sistem menerima usaha maka W bernilai negatif. = –200 J W = ΔU = = –(–200) = 200 J Jadi, nilai ΔU = = 200 J.

Jawaban:: c Jawaban

Diketahui:

1,67

Jadi, kapasitas kalor pada volume tetap sebesar 39 J/K.

Diketahui:

4.

=

C v =

Jawaban:: a Jawaban

C = 2.100 J/K T 1 = 127°C = 400 K T 2 = 157°C = 430 K Ditanyakan: Q Jawab: Q = C ΔT = (2.100 J/K)(430 K – 400 K) = 63.000 J = 63 kJ Jadi, kalor yang diperlukan sebesar 63 kJ.

5 atau 3

Ditanyakan: C v Jawab:

Diketahui:

3.

γ monoatomik = C p = 65 J/K

Jawaban:: e Jawaban

Q = –800 kal = –3.360 J W = +800 J Ditanyakan: ΔU Jawab: ΔU = Q – – W = –3.360 J – (+800 J) = –4.160 J Oleh karena ΔU bertanda bertanda negatif artinya sistem mengalami penurunan energi sebesar 4.160 J.

Jawaban:: a Jawaban

8.

Jawaban:: d Jawaban

W = +5,4 × 105 J ΔU = –2,1 × 105 J Ditanyakan: Q Jawab: – W ΔU = Q – 5 –2,1 × 10 J = Q – – (+5,4 × 105 J) Q = (–2,1 × 105 + 5,4 × 105) J = 2,3 × 105 J Jadi, kalor yang diserap pelari sebesar 2,3 × 105 J.

Diketahui:

9. Jawaban: c ΔU = Q – – W a.

ΔU = +Q – (+W ) = 200 J – 200 J = 0

b.

ΔU = –Q – (–W ) = –800 J – (–100 J) = –700 J

c.

ΔU = –Q – (–W ) = –200 J – (–800 J) = 600 J

d.

ΔU = –Q – (+W ) = –400 J – (+200 J) = –600 J

e.

ΔU = +Q – (–W ) = +400 J – (–100 J) = 500 J


d

p = 3 × 105 N/m2 V 1 = 2 × 10–3 m3 V 2 = 4 × 10–3 m3

T 1 = 47°C = 320 K Ditanyakan: n Jawab: W = p (V 2 – V 1)

= (3 × 105 N/m2)(4 × 10–3 m3 – 2 × 10–3 m3) = 600 joule ⎛ 4 × 10−3 m3 ⎞ ⎛ V 2 ⎞ ⎟ (T 1) = ⎜⎜ 3 ⎟ −3 ⎟ (320 K) = 640 K ⎝ V 1 ⎠ ⎝ 2 × 10 m ⎠

T 2 = ⎜

W = n R Δ R ΔT W

n = R ΔT

=

≈ 0,23 mol

Jadi, jumlah zat kira-kira 0,23 mol. a

Diketahui:

m = 80 g T 1 = 27°C = 300 K T 2 = 107°C = 380 K Q p = 2,4 × 103 J

Ditanyakan: C p Jawab: C p =

Q p

ΔT

=

2, 4 × 10 3 J (380 − 300) K

=

2, 4 × 103 J 80 K

= 30 J/K Jadi, kapasitas kalor gas nitrogen pada keadaan tersebut sebesar 30 J/K.

d

Diketahui:

m T 1 T 2 C v V p

= 800 g = 0,8 kg = 30°C = 303 K = 90°C = 363 K = 200 J/kg K = 250 J/kg K

Ditanyakan: W Jawab: C = m m c c W = (C p – C v)(T 2 – T 1) = m (c p – c v)( T 2 – T 1) = (0,8 kg)(250 J/kg K – 200 J/kg K)(363 K – 303 K) = (0,8 kg)(50 J/kg K)(60 K) = 2.400 J = 2,4 kJ Jadi, usaha gas sebesar 2,4 kJ. 13. Jawaban: Diketahui:

d

ΔT = 100 K W = 60 kJ Q p = 80 kJ

Ditanyakan: C v Jawab: W = Q p – Q v 60 kJ = 80 kJ – Q v Q v = 20 kJ = 20.000 J C v =

600 joule joule (8,31 (8,314 4 J/mo J/mol. l.K) K)(6 (640K 40K − 320 320 K)

11. Jawaban:

12. Jawaban:

=

Q v ΔT 20.00 20.000 0J 100 100 K

= 200 J/K Jadi, kapasitas kalor gas saat volume tetap 200 J/K. 14. Jawaban: Diketahui:

a

p = 120 kPa = 1,2 × 105 Pa V 1 = 2 L = 2 × 10–3 m3 V 2 = 3,5 L = 3,5 × 10–3 m3 ΔU = 430 joule Ditanyakan: Q Jawab: – p (V 2 – V 1) ΔU = Q –

430 J = Q – 430 – (1,2 × 105 Pa)(3,5 × 10–3 m3 – 2 × 10–3 m3) 430 43 0 J = Q – – 180 J Q = +610 J Jadi, tanda positif menunjukkan bahwa gas menerima kalor sebesar 610 J. 15. Jawaban: Diketahui:

e

Q = +300 kalori = 1.260 J ΔU = +250 kalori = 1.050 J ΔV = 2,5 L = 2,5 × 10–3 m3 Ditanyakan: p

Fisika Kelas XI

7

Jawab: ΔU = Q – – p ΔV 1.050 1.0 50 J = 1.260 1.260 J – p (2,5 (2,5 × 10–3 m3)

b.

– W ΔU = Q – = +1.600 kalori – (+1.200 joule) = +6.720 J – 1.200 J = 5.520 J

c.

ΔU = Q – – W = –450 kalori – (–900 joule) = –1.890 J + 900 J = –990 J

210 210 J

p = 2, 5 × 10 −3 m3

= 84.000 Pa = 84 kPa Jadi, tekanan dalam sistem sebesar 84 kPa.


B.

Urai Ur aian an

1.

Diketahui:

n = 2 mol ΔT = 347 K – 315 K = 32 K Q p = 4,8 kJ = 4.800 J

M H = 2 g/mol 2

ΔT = 395 K – 325 K = 70 K Q p = 9,45 kJ Q V = 8,4 kJ

Dita Di tany nyak akan an:: a. C p dan C v b.

a.

m H

C p =

n ΔT

4.80 4.800 0J

= (2 mol)(32K) )(32K)

=

9,45 kJ 70 K

= 75 J mol–1 K–1

=

9.45 9.450 0J 70 K

c v* = c p* – R

= 135 J/K

= (75 – 8,314) J mol–1 K–1

Q v ΔT

≈ 66,7 J mol–1 K–1

=

8,4 kJ 70 K

=

8.400 8.400 kJ = 70 K

Jadi, kalor jenis molar pada tekanan dan volume tetap besarnya berturut-turut 75 J mol–1 K–1 dan 66,7 J mol–1 K–1. 120 J/K

Jadi, kapasitas kalor pada tekanan tetap 135 J/K dan pada volume tetap 120 J/K. C p – C v =

m R M m

b.

γ =

= =

(135 (13 5 – 120) 120) J/K = ( 2 g/m )(8,314 J/mol K) g/mol ol m =

(15)(2) 8,314

g = 3,6 g

Jadi, massa gas hidrogen sebesar 3,6 g. 2.

Q p

ΔT

C v =

b.

n

=

Q p

c p* dan c v* γ

C p

c p* =

2

Jawab: a.

Dita Di tany nyak akan an:: a. b. Jawab:

Diketahui: a. Q = = –1.800 kalori, V = = konstan b. Q = = +1.600 kalori, W = = +1.200 joule c. Q = = –450 kalori, W = = –900 joule Ditanyakan: ΔU Jawab: a. Pada V = = konstan, sistem tidak melakukan usaha sehingga W = = 0 – W ΔU = Q – = –1.800 kalori – 0 = –1.800 kalori = –7.560 joule

=

C p C v cp∗ n c v∗ n c p∗ c v∗

75 J mo mol−1 K−1 66, 7 J mo mol−1 K−1

= 1,12 Jadi, tetapan Laplace sebesar 1,12. 4. Diketahui:

p A = p D = 0,2 × 105 N/m2 p B = p C = 0,6 × 105 N/m2 V A = V B = 0,2 L V C = V D = 1,2 L

Ditanyakan: ΔU , Q , W masing-masing masing-masing siklus Jawab: a. Siklus A → B ΔU AB = 20 J W AB = p (ΔV ) = 0 J Q AB = ΔU AB + W

= 20 J + 0 J = 20 J

8 Termodinamika

b.

Siklus B → C ΔU BC = –12 J


W BC = p B(V C – V B)

= (0,6× 105 N/m2)(1,2 × 10–3 m3 – 0,2 × 10–3 m3) = 60 J Q BC = ΔU BC + W BC = 48 J

ΔV (C p – C v) ΔT = p p Δ

Siklus C → D

ΔV =

Q CD = 17 J W CD = p (ΔV ) = 0 J

=

ΔU = Q CD – W CD

= 17 J d.

= 30,2 J/K = 33,6 J/K = 1,5 atm = 1,5 × 105 N/m2 = 2 L = 2 × 10–3 m3

ΔT = 200 K Ditanyakan: V 2 Jawab: Q p – Q v = W

= –12 J + 60 J c.

C v C p p V 1

=

Siklus D → A Q DA = 32 J

(C p − C v ) ΔT p

(33, 6 − 30, 2) 2) J/K (200 K ) 1, 5 × 10 5 N/m 2 (3,4 (3,4 J/K) J/K)(200 (200 K) 1, 5 × 105 N/m 2

= 4,53 × 10–3 m3 ΔV = V 2 – V 1

W DA = p D(V A – V D)

V 2 = ΔV 1 + V 1

= (0,2× 105 N/m2)(0,2 × 10–3 m3–1,2×10–3m3)

= (4,53 + 2) × 10–3 m3 = 6,53 × 10–3 m3 Jadi, volume gas pada kondisi akhir sebanyak 6,53 × 10 m3.

= –20 J ΔU DA = Q DA – W DA

= 32 J – (–20 J) = 52 J Siklus

ΔU (J) (J)

Q (J) (J)

W (J) (J)

A → B B → C C → D D → A

20 –12 17 52

20 –48 17 32

0 60 0 –20

A.


Jawab:

1.

Jawaban:: c Jawaban

Q r Q t

Diketahui:

Q t = 400 kal = 1.680 J Q r = 210 kal = 882 J Ditanyakan: W Jawab: W = Q t – Q r

= 1.680 J – 882 J = 798 J Jadi, usaha dalam mesin penghangat sebesar 798 J. 2.

Jawaban:: c Jawaban

Diketahui:

Q t = 6.000 J T t = 468 K T r = 312 K Ditanyakan: Q r

=

T r T t

⎛ 312K ⎞

Q r = ⎜ ⎟ (6.000 J) 468 K ⎠ ⎝ 468

= 4.000 J Jadi, mesin melepas kalor sebesar 4.000 J. 3.

Jawaban:: b Jawaban

Diketahui: K p = 5 Ditanyakan: η Jawab: K p =

1 η

1

η = = 0,2 = 20% 5 Jadi, efisiensi mesin penghangat ruangan sebesar 20%.

Fisika Kelas XI

9


d

m = 2 kg T 2 = 87°C = 360 K T 1 = 27°C = 300 K c = 1 kal/g°C = 4.200 J/kg K Ditanyakan: ΔS Jawab: ⎛ T 2 ⎞

ΔS = mc ln ln ⎜ T ⎟ ⎝

1

⎠ ⎛ 360 360 K ⎞

⎟ = (2 kg)(4.200 J/kg K) ln ⎜ 300 300 K ⎝

⎠

= 1.531,5 J/K Jadi, perubahan entropi dalam proses pemanasan sebesar 1.531,5 J/K. 5. Jawaban:

c Q r Q t

Diketahui:

=

11 20

η = ⎜1 −

Q r ⎞ ⎟ × Q t ⎠

100%

⎛ = ⎜1 −

11 ⎞ × 20 ⎟⎠

100%

⎝

⎝

T r 500K

T r = (1 – 0,3)(500 K) = 350 K = 77°C

Jadi, suhu pada reservoir suhu rendah 77°C. 8. Jawaban: Diketahui:

e

Q t = 6.000 J Q r = 2.400 J T t = 927°C = 1.200 K Ditanyakan: T r Jawab: Q r Q t

=

T r T t

T r =

Q r Q t

=

T t

2.40 2.400 0J (1.200 6.00 6.000 0J


b

K d = 30 T t = 37°C = 310 K Ditanyakan: T r Jawab:

= (0,45)(100%)

K d =

= 45% Jadi, efisiensi mesin sebesar 45%. 6. Jawaban: Diketahui:

a

W = 6.000 J T t = 527°C = 800 K T r = 127°C = 400 K

Ditanyakan: Q t Jawab:

Q t =

W Q t

=1–

T r T t

6.00 6.000 0J Q t

=1–

400 400 K 800 800 K

6.00 6.000 0J Q t

= 1 – 0,5

6.00 6.000 0J 0,5

30 =

Jadi, mesin menyerap kalor 12.000 J. d

η = 30% T t = 227°C = 500 K

Ditanyakan: T r Jawab: ⎛ T ⎞ η = ⎜1− r ⎟ × 100% T t ⎠ ⎝ ⎛

T ⎞

⎝

t

30% = ⎜1− r ⎟ × 100% T ⎠

10 Termodinamika

T r Tt − T r T r

310 310 K − T r

9.300 K – 30 T r = T r 31 T r = 9.300 K T r = 300 K = 27°C

Jadi, suhu reservoir rendah adalah 27°C. 10. Jawaban: b Empat proses dalam siklus Carnot: 1) pe pemu muai aian an sec secar ara a isot isoter ermi mik k (a – b); b); 2) pe pemu muai aian an sec secar ara a adia adiaba bati tik k (b – c) c);; 3) pe pema mamp mpat atan an sec secar ara a isot isoter ermi mik k (c – d); d); 4) pe pema mamp mpat atan an sec secar ara a adia adiaba bati tik k (d – a). a). 11. Jawaban: Diketahui:

d

= 12.000 J 7. Jawaban: Diketahui:

K) = 480 K = 207°C

Jadi, suhu reservoir rendah 207°C.

Ditanyakan: η Jawab: ⎛

0,3 0, 3 = 1–

T = 127°C = 400 K Q = 3,2 MJ = 3,2 × 106 J S 1 = 1.700 J/K

Ditanyakan: S 2 Jawab: S 2 – S 1 =

Q T

Q + T

S 1

S 2 =

=

3, 2 × 106 J 400 400 K

+ 1.700 J/K

= 8.000 J/K + 1.700 J/K = 9.700 J/K Jadi, entropi akhir sistem sebesar 9.700 J/K.


b

Jawab:

Q t = 6.500 J Q r = 1.300 J Ditanyakan: K d Jawab: K d =

=

T r T t

Q r =

T r T t

Q r Q t

Q r Q t − Q r

=

1.30 1.300 0J

= 0,25 13. Jawaban: Diketahui:

b


0,4 0, 4=1– 400K T t

T r T t 400 400 K T t

T t =

4.000 K 6

B.

Urai Ur aian an

1.

Diketahui:

T r T t′

) 250 250 K 800 K

)

Q r = 4.500 J

W = 1.800 J Ditanyakan: K d dan η Jawab:

400 400 K T t′

4.000 K 4

K d =

Q r 4.50 4.500 0J = = W 1.80 1.800 0J

K d =

η

1

– 1 ⇒ η =

2,5

1 K d + 1

1

ΔT t = T t′ – – T t

=

4.000K 4.000K 4

=

6.000 − 4.000 K 6

=

2.000 K 6

–

= 3,5 ≈ 0,029 ≈ 29% AC memiliki koefisien performansi 2,5 dan efisiensi 29%.

4.000 K 6

≈ 333 K

Jadi, reservoir suhu tinggi dinaikkan sebesar 333 K. 14. Jawaban: Diketahui:

T r T t

= (1.000 J)(1 –

= 0,4

T t′ =

T r T t

= 687,5 J Jadi, usaha yang dilakukan mesin sebesar 687,5 J.

400 400 K 0,6

0,6 0, 6=1–

= 1 –

W = Q t(1 –

T t =

400K T t′

W Q t

= 0,6

η′ = 1 –

b

T t =800 K T r = 250 K Q t = 1.000 J Ditanyakan: W Jawab:

η = 40% T r = 127°C = 400 K η′ = 60% Ditanyakan: T t′ Jawab: η=1–

(1.050 J)

W = Q t – Q r = 1.050 J – 450 J = 600 J Jadi, usaha yang dilakukan mesin sebesar 600 J.

= 5.20 5.200 0J Jadi, koefisien performansi mesin sebesar 0,25.

300 300 K 700 700 K

= 450 J

1.30 1.300 0J 6.500 J − 1.300 J

=

Q t

b

Q t = 1.050 J T t = 427°C = 700 K T r = 27°C = 300 K Ditanyakan: W

2.

Diketahui:

Q t = 8.000 J

W = 3.000 J Ditanyakan: K p Jawab: a. Q r = Q t – W

= 8.000 J – 3.000 J = 5.000 J Jadi, kalor pada reservoir rendah sebesar 5.000 J.

Fisika Kelas XI

11

b.

K p =

=

Q t W 8.00 8.000 0J 3.00 3.000 0J

= 2,67

0,04 =

Q r Qt − Q r

0,04 =

2.50 2.500 0J Q t − 2.500 2.500 J

0,04 Q t – 100 100 J = 2.50 2.500 0J

Jadi, koefisien kerja mesin penghangat adalah 2,67. 3. Di Dike keta tahu huii:

Q t =

= 65.000 J

m = 700 g = 0,7 kg T 1 = 30°C = 303 K

Jadi, kalor yang dibuang ke reservoir panas 65.000 J.

T 2 = 100°C = 373 K S 2 c Dita Di tany nyak akan an:: a. b. Jawab:

a.

= 4.250 J/K = 4.200 J/kg K ΔS S 1 ⎛ T 2 ⎞ ⎟ ⎝ T 1 ⎠

b.

=

Q t Q r

65.00 65.000 0J 26 1

=

Jadi, perbandingan T t : T r = 26 : 1.

ln ⎜ ΔS = mc ln

⎛ 373 373 K ⎞


P Q r Dita Di tany nyak akan an:: a. b.

S 1 = S 2 – ΔS

= 4.250 J/K – 611,06 J/K = 3.638,94 J/K Jadi, entropi mula-mula sistem 3.638,94 J/K. 4. Diketahui:

η = 96% Q r = 2.500 J Dita Di tany nyak akan an:: a. Q t

b. Jawab: a.

T t T r

= 2.500 2.500 J

= (0,7 kg)(4.200 J/kg K) ln ⎜ ⎟ 303 K ⎠ ⎝ 303 = 611,06 J/K Jadi, perubahan entropi sistem 611,06 J/K. b.

K d =

=

1 η

T t T r

2.60 2.600 0J 0,04

c.

= 2.000 W = 3.000 J W K p K d

Jawab: a. W = Pt = = (2.000 W)(1s) = 2.000 J Jadi, kerja mesin sebesar 2.000 J. b.

+ Q r = 2.000 J + 3.000 J = 5.000 J Q t = W + K p =

Q t W

5.00 5.000 0J

= 2.00 = 2,5 2.000 0J

Jadi, koefisien kerja mesin 2,5. c.

K d =

Q r W

3.00 3.000 0J

= 2.00 = 1,5 2.000 0J

Jadi, koefisien mesin 1,5. – 1

1 0,96

– 1

≈ 0,04

12 Termodinamika

)

2

T –

1

T (

* v

c n

= ) 1

T –

)

1

V –

2

2

)

T (

* v

c n

V ( p

V V V V

V Δ p

V Δ p

T R n

U

W

W

W

W

=

s e s a o k r i P m n a a n d i d a o h m a r s e U T

=

=

k i r a b o s I s e s o r P

2 1

( n l

=

k i m r e t o s I s e s o r P

s e a s k o r i m P - a s i n e s d o o r P m r e n T a d m a a h l a a d s U

– =

Δ

– =

k i t a b a i d A s e s o r P

0 = ) 0 (

p

=

V Δ p =

W k i r o h k o s I s e s o r P

a k i m a n i d o m r e T I m u k u H

s a G r o l a K s a t i s a p a K p e s n o K

a s a k i G m r a o n l i a d K o s m a r t e i T s I a p m a u K k n u a H d

r o l a K s a t i s a p a K m a c a M m a c a M

s u l k i S n a i t r e g n e P

t o n r a C s u l k i S

t o n r a C r o l a K n i s e M

t o n r a C n i g n i d n e P n i s e M

t o n r a C s a n a m e P n i s e M

i p o r t n E

a k i m a n i d o m r e T I I m u k u H

n a a d k i a m k i a n i m a d n o i d m r o e T m r I e I T m s u u k l u k i H S

a k i m a n i d o m r e T

Fisika Kelas XI

13

A.


1.

Jawaban:: a Jawaban

Diketahui:

4. Jawaban: c Proses A – B adalah proses isokhorik. Proses B – C adalah proses isobarik. Pada proses isokhorik, W = = 0 sehingga ΔU = = Q . Pada proses isobarik, usaha tergantung pada volume. Persamaan energi dalamnya ΔU = = Q – – W = = Q – – p (V 2 – V 1).

V 1 = 5 L V 2 = 10 L

W = 4.200 J T = 27°C = 300 K Ditanyakan: n Jawab:

Jadi, pernyataan yang benar adalah 2) dan 4).

⎛ V ⎞


ln ⎜ V 2 ⎟ W = nRT ln ⎝ 1⎠

d

J/mol K c v* = 12,5 J/mol n = 8 mol T 1 = 152°C = 425 K

⎛ 10 L ⎞

4.200 J = n (8,314 (8,314 J/mol K)(300 K) ln ⎜ ⎟ ⎝ 5L ⎠ 4.20 4.200 0J

≈ 2,4 mol n = (2.494,2 (2.494,2 J/mol)(0,693) )(0,693)

Jadi, jumlah zat gas sebesar 2,4 mol. 2.

Jawaban:: a Jawaban

Proses isobarik adalah proses termodinamika gas pada tekanan tetap. Grafik p – V pada pada proses Isobarik sebagai berikut. p

T 2 = 27°C = 300 K

Ditanyakan: W Jawab: W = n n c c v* (T 1 – T 2) = (8 mol)(12,5 J/mol K)(425 K – 300 K) = 12.500 J Jadi, usaha yang dilakukan gas 12.500 J. 6. Jawaban: Diketahui:

W

V

Usaha pada proses isobarik: ΔV = = p (V 2 – V 1) W = p p Δ Jadi, usaha pada proses isobarik sebanding dengan perubahan volume. 3.

T = 77°C = 350 K V 2 = 4 V 1 n = 2 mol Ditanyakan: W Jawab: ⎛ V 2 ⎞ ⎟ ⎝ V 1 ⎠

ln ⎜ W = nRT ln

⎛ 4 V ⎞

1 = (2 mol)(8,314 J/mol K)(350 K) ln ⎜ V ⎟ ⎝ 1 ⎠

= (5.819,8 J)(ln 4)

Jawaban:: e Jawaban

Diketahui:

d

T 1 = 127°C = 400 K 1 8

V 2 =

V 1

γ = 1,67 Ditanyakan: T 2 Jawab: – 1 – 1 = T 2V 2γ – T 1V 1γ –

⎛ V ⎞ T 2 = ⎜ 1 ⎟ ⎝ V 2 ⎠

− γ −

1

T 1

≈ 8.068 J

Jadi, usaha yang dilakukan sistem 8.068 J. 7. Jawaban: b Proses A ke B = isokhorik. Proses B ke C = isobarik. Proses C ke A = isotermik. Usaha dari A ke B = 0 karena ΔV = = 0. Proses dari B ke C kalor keluar sebesar ΔQ = ΔU + ΔV . + p p Δ

1,67 − 1

⎛ V ⎞ 1 = ⎜⎜ 1V ⎟⎟ ⎝8 2⎠

(400 K)

= (8)0,67 (400 K) = 1.611 K = 1.338°C Jadi, suhu pada akhir pemampatan sebesar 1.338°C.

14 Termodinamika


d

η = 20% = 0,2

Ditanyakan: K d

Jawab: K d =

=

1 η

Jawab: γ =

– 1

1 – 0,2

1,4 =

1

=4

C p C v C p

45 J/K J/K

C p = (1,4)(45 J/K)

Jadi, koefisien permormansi mesih sebesar 4. 9. Jawaban: Diketahui:

Jadi, kapasitas kalor pada tekanan tetap 63 J/K.

c 3

V 1 = 8.000 L = 8 m

4

W = –16 kJ = –1,6 × 10 J p = 4 × 105 Pa Ditanyakan: V 2 Jawab: (V 2 – V 1) W = p ( 4

5

3

–1,6 × 10 J = (4 (4 × 10 Pa)(V 2 – 8 m ) V 2 – 8 m3 = –0,04 m3 V 2 = 7,96 m3 = 7.960 L Jadi, volume akhir gas 7.960 L.


= 63 J/K

e

M = 4 g/mol m = 160 g J/mol K c v* = 12 J/mol


d

Q t = 960 kalori Q r = 120 kalori Ditanyakan: η Jawab: ⎛

Q ⎞

⎝

t

η = ⎜1− r ⎟ × 100% Q ⎛

⎠

120 ⎞

= ⎜1− 960 ⎟ × 100% ⎝ ⎠ = (0,875)(100%) = 87,5% Jadi, efisiensi mesin sebesar 87,5%. 14. Jawaban: Diketahui:

e

C p = 28 J/K C v = 16 J/K

Ditanyakan: C p Jawab: C v = n c v*

p = 250 kPa = 2,5 × 105 Pa ΔV = 16,2 L – 15 L

160 g ⎞ = ⎛⎜ 160 ⎟ (12 J/mol K) = 480 J/K g/moll ⎠ ⎝ 4 g/mo

C p – C v = nR

+ C v C p = nR + = (40 mol)(8,314 J/mol K) + 480 J/K ≈ 813 J/K Jadi, kapasitas kalor gas saat tekanan tetap 813 J/K. 11. Jawaban: Diketahui:

a

C p = 15,8 J/K C v = 7,8 J/K T 1 = 27°C = 300 K

T 2 = 277°C = 550 K Ditanyakan: W Jawab: W = (C p – C v)(T 2 – T 1)

= (15,8 J/K – 7,8 J/K)(550 K – 300 K) = (8 J/K)(250 K) = 2.000 J = 2 kJ Jadi, gas melakukan usaha sebesar 2 kJ. 12. Jawaban: Diketahui:

e

γ diatomik = 1,4

Ditanyakan: C p

C v = 45 J/K

= 1,2 L = 1,2 × 10–3 m3 Ditanyakan: ΔT Jawab: ΔV = = (C p – V v) ΔT W = p p Δ ΔT =

p ΔV Cp − C v

=

(2, 5 × 105 Pa)(1, 2 × 10 −3 m3 ) (28 J/K − 16 J/K)

=

300 300 J 12 J/K J/K

= 25 K Jadi, kenaikan suhu gas sebesar 25 K. 15. Jawaban: Diketahui:

c

K d = 4 T r = –33°C = 240 K

Ditanyakan: T t Jawab: K d =

4=

T r Tt − T r

240 240 K T t − 240 240 K

4T t – 960 960 K = 240 240 K 4T t = 1.200 K T t = 300 K = 27°C Jadi, suhu di luar lemari es 27°C.

Fisika Kelas XI

15


c


ΔT = 20°C C v = 9,2 J/K R = 8,31 J/mol K Ditanyakan: n Jawab: C v = n =

=

p = 400 kPa = 4 × 105 Pa ΔV = (14 – 10) L = 4 L

= 4 × 10–3 m3 Ditanyakan: ΔT Jawab: ΔV = = (C p – V v) ΔT W = p p Δ

2C v 3R 2(9,2 2(9,2 J/K) J/K) 3(8,31J/molK) 3(8,31J/molK)

Jadi, jumlah mol gas sebanyak 0,74 mol. d

=

(4 × 10 5 Pa)(4 × 10 −3 m 3 ) (40 J/K − 20 J/K )

=

1.60 1.600 0J 20 J/K J/K

5

p = 5 × 10 Pa V A = 2 × 10–3 m3 V B = 12 × 10–3 m3 T A = 127°C = 400 K Ditanyakan: n Jawab:


⎛ 12 × 10 − 3 m 3 ⎞ 3 ⎟ −3 ⎟ (400 K) = 2.400 K ⎝ 2 × 10 m ⎠

γ = =

C p C v

nR ΔT = p nR Δ p Δ ΔV

= =

p ΔV R ΔT

= 3

−3

3

=

(5 × 10 Pa)(12 × 10 m − 2 × 10 m ) (8 8,, 31 314 J/m ol ol K )( )( 2 2.. 40 400 K − 400 K )

=

(5 × 105 Pa)(10 × 10 −3 m 3 ) (8,314 (8,314 J/molK)(2. J/molK)(2.000K) 000K)

=

5.000 5.000 J = 16.628 J/mol 16.628 J/mol

d

= 800 kPa = 8 × 105 Pa = 500 kalori = 2.100 J = 4 L = 4,0 × 10–3 m3 = 4,5 L = 4,5 × 10–3 m3

Ditanyakan: ΔU Jawab: ΔU = Q – – W = Q – p (V 2 – V 1) = 2.100 J – (8 × 10 105 Pa)(4,5 × 10–3m3 – 4,0 × 10–3m3) = 2.100 J – 400 J = 1.700 J Jadi, perubahan energi dalam sebesar 1.700 J.

16 Termodinamika

* n c p

n c v * * c p

c v * 29 J/mo J/moll K 21J/mol 21J/mol K

= 1,38

Jadi, tetapan Laplace gas nitrogen adalah 1,38. 21. Jawaban: Diketahui:

e

Q t = 800 kalori W = 200 kalori

0,3 mol

Jadi, jumlah gas oksigen sebanyak 0,3 mol. p Q V 1 V 2

m = 14 g

J/mol K c v* = 21 J/mol Ditanyakan: γ Jawab:

= ⎜⎜

−3

b

J/mol K c p* = 29 J/mol

⎛ V B ⎞ ⎟ T A ⎝ V A ⎠

5

= 80 K

Jadi, kenaikan suhu gas sebesar 80 K.

T B = ⎜


p ΔV Cp − C v

ΔT =

≈ 0,74 mol

n =

C p = 40 J/K C v = 20 J/K

3 nR 2


d

Ditanyakan: Jawab: Q r = Q t – W

T t T r

= 800 kalori – 200 kalori = 600 kalori T t T r

= =

Q t Q r

4 800 kalori = 3 600 kalori

Jadi, perbandingan T t : T r = 4 : 3. 22. Jawaban: Diketahui:

c

Q 2 = 3.000 K T 1 = 800 K T 2 = 500 K Ditanyakan: Q 1


Jawab: Q 1 Q 2

=

T 1 T 2

Q 1 =

T 1 T 2

T 2 = –13°C = 260 K T 1 = 17°C = 290 K Ditanyakan: K p Jawab:

Q 2

⎛ 800 800 K ⎞

⎟ (3.000 J) = ⎜ 500 ⎝ 500 K ⎠ = 4.800 J Jadi, kalor yang diserap sistem 4.800 J.


a

K p =

=

T 2 T1 − T 2 260 260 K (290 − 260) K

260 260 K

b

= 30 K

Q r = 4.000 J

W = 2.000 J Ditanyakan: η Jawab: + Q r Q t = W +

= 8,67 Jadi, koefisien pendingin mesin sebesar 8,67. 27. Jawaban: Diketahui:

e

V = 2 L = 2 × 10–3 m3 T 1 = 27°C = 300 K T 2 = 100°C = 373 K c air = 4.200 J/kg K ρ air = 1.000 kg/m3

= 2.000 J + 4.000 J = 6.000 J η=

=

W Q t ×

100%

2.000 (100%) 6.000

= 33%

Jadi, efisiensi mesin 33%. 24. Jawaban: Diketahui:

e

K d = 5 T r = –10°C = 263 K Ditanyakan: T t Jawab: K d =

5=

T r Tt − T r

263 263 K T t − 263 263 K

5 T t – 1.315 1.315 K = 263 263 K 5 T t = 1.578 K T t = 315,6 K = 42,6°C

Jadi, suhu di luar lemari es adalah 42,6°C. Jawaba: b 25. Jawaba: Diketahui: K p = 2,5

W = 4.000 J Ditanyakan: Q r Jawab: K p =

2,5 =

Q t W Q t 4.00 4.000 0J

Q t = 10.000 J

= Q t – Q r ⇒ Q r = Q t – W W = Q r = 10.000 J – 4.000 J = 6.000 J Jadi, kalor yang berada dalam ruangan sebesar 6.000 J.

Ditanyakan: ΔS Jawab: m = ρ V V = (1.000 kg/m3)(2 × 10–3 m3) = 2 kg ⎛ T 2 ⎞ ⎟ ⎝ T 1 ⎠

ΔS = mc ln ln ⎜

⎛ 373 373 K ⎞

= (2 kg)(4.200 J/kg K) ln ⎜ ⎟ 300 K ⎠ ⎝ 300 ≈ 1.829 J/K Jadi, perubahan entropi pada sistem 1.829 J/K. 28. Jawaban: Diketahui:

a

Q 2 = 500 K T 1 = 1.200 K T 2 = 400 K Ditanyakan: Q 1 Jawab: Q 1 Q 2

=

T 1 T 2

Q 1 =

T 1 T 2

Q 2

⎛ 1.200 1.200 K ⎞

⎟ (500 J) = ⎜ 400 ⎝ 400 K ⎠

= 1.500 J Jadi, kalor yang diserap sistem sebesar 1.500 J. 29. Jawaban: Diketahui:

a

T t = 300 K T r = 250 K Ditanyakan: η

Fisika Kelas XI

17

Jawab: K d = K d =

5+1= η=

2. Di Dike keta tahu huii: 250 250 K

T r Tt − T r

1 η

= 300 K − 250 K = 5

Dita Di tany nyak akan an:: a. b. Jawab:

– 1

1

a.

η

1 6

Jadi, efisiensi mesin sebesar 16%.

n =

d

b.

0,3 0, 3=1–

T 2 T 1′ 280 280 K T 1′

0,5 0, 5=1– = 0,5

4

C v n

= =

30,5 30,5 J/K = 20,3 J/mol K 1,5 mol 18,5 18,5 J/K J/K = 12,3 J/mol K 1,5 mol

III

2

3

4

5

6

V (cm (cm3)

W I = p (V 2 – V 1)

= (5 × 105 N/ N/m m2)(10–6 m3 – 4 × 10–6 m3) = (5 × 105 N/m2)(–3 × 10–6 m3) = –1,5 J

150 J/K= 800 J/K – C v

W II = p (ΔV )

C v = 650 J/K

=0

Jadi, kapasitas kalor saat volume tetap sebesar 650 J/K. C p – C v = nR

=

IV

1

6.000 J = (800 J/K – Cv)(40 K)

R

II

1

W = (C p – C v) ΔT

Cp − C v

I

2

Dita Di tany nyak akan an:: a. C v b. n Jawab: a. W = Q p – Q v

150 150 J/K J/K 8,314 8,31 4 J/molK J/molK

W III = p (V 2 – V 1)

= (2 × 105 N/m2)(4 × 10–6 m3 – 10–6 m3) = (2 × 105 N/ N/m m2)(3 × 10–6 m3) = 0,6 J

≈ 18 mol

Jadi, jumlah zat tersebut 18 mol.

18 Termodinamika

n

3

ΔT = 40°C = 40 K W = 6.000 joule C p = 800 J/K

n =

C p

5

Urai Ur aian an

b.

≈ 1,5 mol

p (× (× 105 N/m2)

Jadi, efisiensinya menjadi 50% jika reservoir suhu tinggi menjadi 560 K.

Diketahui:

(30 (30,5 − 18,3) ,3) J/K 8,314 8,31 4 J/molK J/molK

Siklus IV → p 1 = 2 × 105 N/ N/m m2, p 2 = 5 × 105 N/m2, = 4 cm2 V = Ditany Dit anyaka akan: n: Gam Gambar bar sik siklus lus p –V dan dan W Jawab:

T 1′ = 560 K

1.

R

=

J/K) = 30,5 J/K

3. Siklus I → p = 5 × 105 N/m2, V 1 = 4 cm3, V 2 = 1 cm3 Siklus II → p 1 = 5 × 105 N/m2, p 2 = 2 × 105 N/m2, = 1 cm3 V = Siklus III → p = 2 × 105 N/m2, V 1 = 1 cm3, V 2 = 4 cm3

T 2 = 280 K

B.

Cp − C v

5 (18,3 3

Jadi, kalor jenis molar pada tekanan tetap 20,3 J/mol K dan kalor jenis molar pada volume tetap 12,3 J/mol K.

T 2 400 400 K

η′ = 1 –

c p* = c v* =

T 2 T 1 T 2 400 400 K

η=1–

280 280 K T 1′

⇒ C p =

5 3

Jadi, jumlah mol gas sebanyak 1,5 mol.

η = 30% T 1 = 127°C η′ = 50% Ditanyakan: T 1′ Jawab:

0,7 =

n c p* dan c v*

Tetapa Tet apan n Lapl Laplace ace unt untuk uk gas mon monoat oatomi omik k C p 5 = C 3 v

≈ 0,16 = 16%


ΔT = 337 K – 317 K = 20 K C v = 18,3 J/K

W IV = p (ΔV )

=0

W = W I + W II + W III + W IV

Jawab:

= –1,5 J + 0 + 0,6 J + 0

K d =

= – 0,9 J Jadi, usaha total dalam proses – 0,9 J.

4=


n = 5 mol T = 300 K W = 9.000 J V 1 = 8 m3 Ditanyakan: V 2 Jawab: ⎛ V 2 ⎞ ⎟ ⎝ V 1 ⎠

6.30 6.300 0J W

6.300 0J W = 6.30 4

= 1.575 J Jadi, energi listrik yang dibutuhkan sebanyak 1.575 J. 7. Di Dike keta tahu huii:

ln ⎜ W = nRT ln

⎛ V ⎞

9.000 J = (5 mol)(8,314 mol)(8,314 J/mol J/mol K)(300 K)(300 K) ln ⎜ V 2 ⎟ ⎝ 1⎠ ⎛ V ⎞

9.000 J = (12.471 J) ln ⎜ V 2 ⎟ ⎝ 1⎠ ⎛ V 2 ⎞ ⎟ = 0,72 ⎝ V 1 ⎠

ln ⎜

V 2 V 1

Q r W

= 2,05

V 2 = 2,05(8 m3) = 16,46 m3

Jadi, volume akhir gas sebanyak 16,46 m3. 5. Diketahui:

n = 20 mol V 1 = 8 m3 T 1 = 35°C = 308 K V 2 = 2 m3 W = –9.620 J γ = 1,4 Ditanyakan: c v* Jawab: – 1 – 1 = T 2V 2γ – T 1V 1γ –

K = 9 m = 3 kg L = 333,5 kJ/kg c air = 4,2 kJ/kg Ditanyakan: W Jawab: ΔT Q 1 = mc mc Δ = (3 kg)(4,2 kJ/kg °C)(–30°C) = –378 kJ Q 2 = mL = –(3 kg)(333,5 kJ/kg) = –1.000,5 kJ Q total = Q 1 + Q 2

= –(378 + 1.000,5 kJ (melepas kalor) W =

=

Q total K 1.378,5 kJ 1.378 9

= 153,16 kJ Jadi, usaha yang dibutuhkan sebesar 153,16 kJ. 8. Di Dike keta tahu huii:

T t = 900 K η = 80%

γ −1

⎛ V ⎞ T 2 = ⎜ 1 ⎟ ⎝ V 2 ⎠

1,4−1

⎛8⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ 2⎠

(308 K)

0,4

= (4) (308 K) = 536 K = n c v* (T 1 – T 2) W = c v* =

=

W n(T1 − T 2 )

9.620 0J −9.62 (20 (20 mol)(3 )(308 K − 536K)

= 2,1 J/mol K Jadi, kalor jenis molar pada volume tetap 2,1 J/mol K. 6. Di Dike keta tahu huii:

T t′ = 1.200 K

T 1

Q r = 1.500 kalori = 6.300 J K d = 4 Ditanyakan: W

Ditanyakan: η′ Jawab: ⎛

T ⎞

⎝

t

η = ⎜1− r ⎟ × 100% T ⎛

⎠

⎞

T

80% 80 % = ⎜1− r ⎟ × 100% 900 900 K ⎝

⎠

T r

0,8 0, 8 = 1 – 900 900 K T r 900 900 K

= 0,2

T r = 180 K ⎛

T ⎞

⎝

t

⎛

180 180 K ⎞

⎝

⎠

η′ = ⎜1− r ⎟ × 100% T ⎠

⎟ = ⎜1− 1.200 1.200 K × 100%

= (1 – 0,15) × 100% = 85% Jadi, efisiensi mesin sekarang sebesar 85%. Fisika Kelas XI

19

9. Diketahui:

Perubahan entropi sampai suhu sistem menjadi 20°C.

m = 100 g L = 80 kal/g

ΔS 3 = mc ln ln

T 1 = 0°C = 273 K T 2 = 20°C = 293 K

293 K ⎞ = (100 g)(1 kal/g K) In ⎛⎜ 293 ⎟ 273 K ⎠ ⎝ 273

C = 1 kal/g K

= (100 kal/K)(0,07) = 7,07 kal/K

Dita Di tany nyak akan an:: a. ΔS pada pada T = = 0°C

Total perubahan entropi es. ΔS 3 = ΔS 2 + ΔS 3

b. ΔS pada pada T 2 = 20°C Jawab: a. Kal Kalor or yan yang g dipe diperlu rlukan kan unt untuk uk mel melebu eburka rkan n separuh es Q 1 = mL =

1 (100 2

g)(80 kal/g)

= (29,3 + 7,07) kal/K = 36,37 kal/K Jadi, perubahan entropi es hingga suhunya 20°C sebesar 36,37 kal/K. 10.. Di 10 Dike keta tahu hui: i:

= 4.000 kal ΔS 1 =

=

= 14,65 kal/K Jadi, perubahan entropi dari es yang melebur menjadi mencair 14,65 kal/K. b.

Perubahan Peruba han ent entropi ropi sam sampai pai sel seluru uruh h es es melebur. ΔS 2 = 2ΔS 1 = 2(14,65 kal/K) = 29,3 kal/K

T r = 300 K T t = 500 K

Q 1 T 1

4.000 4.000 kal 273 273 K

T 2 T 1

W = 4.000 J

Ditanyakan: Q r dan Q t Jawab: Q r Q t Q r Q t

300K

=

T r T t

= 500K = 5

=

3 5

⇒ Q r = 0,6 Q t

3

Q t – Q r = W Q t – 0,6 Q t = 4.000 J

0,4 Q t = 4.000 J Q t = 10.000 J Q r = 0,6 Q t

= (0,6)(10.000 J) = 6.000 J Jadi, Q t = 10.000 dan Q r = 6.000 J.

20 Termodinamika

Setelah mempelajari bab ini, peserta didik mampu: 1. menj menjelas elaskan kan karakte karakterist ristik ik gelomba gelombang ng mekanik; mekanik; 2. meng menganal analisi isis s besaran besaran gelom gelombang bang mekan mekanik; ik; 3. mene menerapk rapkanny annya a untuk menyel menyelesai esaikan kan persoal persoalan. an. Berdasarkan pengetahuan dan keterampilan yang dikuasai, peserta didik: 1. mengagumi dan dan mensyukuri mensyukuri kebesaran Tuhan Tuhan yang telah telah menciptakan menciptakan keseimbangan keseimbangan dan perubahan perubahan alam meliputi meliputi gejala gejala gelombang sehingga memungkinkan manusia mengembangkan teknologi gelombang; 2. menunjukka menunjukkan n perilaku ilmiah, ilmiah, bijaksana, bijaksana, sopan, bertanggung bertanggung jawab, dan menghargai menghargai orang lain lain dalam aktivitas aktivitas sehari-hari. sehari-hari.

Gelombang Mekanik

Mempelajari

Sifat Gelombang Mekanik

Mencakup

• • •

Jenis-Je JenisJenis nis Gel Gelomb ombang ang Meka Mekanik nik Besara Bes aran n Gelo Gelomba mbang ng Mek Mekani anik k Karakt Kar akteri eristi stik k Gelomb Gelombang ang Mekan Mekanik ik

Mampu

• • • • • •

Menjelas Menje laskan kan jeni jenis-j s-jeni enis s gelomb gelombang ang mekan mekanik. ik. Mengan Men ganali alisi sis s besara besaran n gelomb gelombang ang meka mekani nik. k. Mengapli Meng aplikas kasikan ikan kara karakteri kteristik stik gelo gelomban mbang g meka mekanik nik.. Mensyukuri Mensyu kuri dan mengagumi mengagumi gejala gelomb gelombang ang mekanik mekanik sehing sehingga ga memungki memungkinkan nkan manusia manusia mengembangkan teknologi gelombang. Berperila Berpe rilaku ku teliti, teliti, cermat, cermat, hati-hati, hati-hati, memilik memilikii rasa ingin ingin tahu, objektif objektif,, jujur, dan kritis kritis dalam dalam kehidupan sehari-hari. Mengharga Meng hargaii kerja individ individu u dan kelompok kelompok serta serta bertanggun bertanggung g jawab dalam dalam aktivita aktivitas s sehariseharihari.

Fisika Kelas XI

21

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: b Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal. Slinki digerakkan naik turun dan ombak pantai merupakan gelombang transversal. Shockbreaker dan dan bandul menggunakan konsep gerak harmonik sederhana. 2. Jawaban: c Cepat rambat gelombang dirumuskan sebagai v = = λ f f . Periode gelombang dirumuskan sebagai T =

t dan n

T =

1 . f

7. Jawaban: c Diketahui : v = 3 m/s t = 5 sekon n = 2,5 gelombang Ditanyakan: λ Jawab : v = λ f f v = λ λ

=

vt n

=

(3 m/s)(5 s) (2,5)

Berdasarkan persamaan

tersebut, dapat diketahui bahwa semakin besar panjang gelombang, semakin kecil frekuensi. Periode gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi. 3. Jawaban: a Karakteristik gelombang mekanik berupa pemantulan, pembiasan, dan perpaduan. Pelayangan merupakan karakteristik gelombang mekanik, tetapi peristiwa yang dapat terjadi pada gelombang bunyi. Pengutuban merupakan karakteristik gelombang cahaya.

n t

=6m Jadi, panjang gelombang tersebut sebesar 6 m. 8. Jawaban: e Posisi dan jarak antara dua benda dapat menentukan nilai panjang gelombang (λ ). ). Besaran panjang gelombang digunakan untuk mengetahui nilai besaran lain seperti cepat rambat gelombang. Hubungan antara panjang gelombang (λ ) dan cepat rambat gelombang dituliskan dengan persamaan λ = = v T.

4. Jawaban: b Satu gelombang ditunjukkan dengan satu puncak dan satu lembah gelombang. Sehingga titik b – f merupakan satu gelombang. 5. Jawaban: a Pada bagian A, gelombang air mengalami pemantulan yang berlawanan arah dengan sumber gelombang. Pada bagian B, gelombang air mengalami interferensi yang saling menguatkan atau disebut interferensi. 6. Jawaban: c Diketahui:

λ

= 20 m T = 2,5 sekon Ditanyakan: v Jawab: v =

2 s

Jarak bukit dan lembah adalah 1 λ 2

=3m

λ

=

1 λ . 2

3m 1 2

λ

λ

T 20 m

= 2,5 sekon = 8 m/s Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 8 m/s.

22

3 m

Gelombang Mekanik

=6m Waktu tempuh setangah gelombang adalah 2 sekon sehingga periode gelombang adalah 4 sekon. v = =

λ

T

=

6m 4 sekon

= 1,5 m/s

Jadi, panjang gelombang dan kecepatan gelombang berturut-turut adalah 6 m dan 1,5 m/s.

9. Jawaban: c Diketahui: v = 3 m/s t = 4 sekon λ = 2 m Ditanyakan: n Jawab: v = v = n =

3. Di Dike keta tahu hui: i:

=3m f = 2,5 Hz Ditanyakan: v Jawab: Gelombang mempunyai dua rapatan dan satu renggangan, sehingga berlaku

λ

T

3 λ 2

λ t n

vt λ

=

(3 m/s)(4 sekon) = (2 m)

10. Jawaban: a Diketahui: s = 3 m t = 6 s Ditanyakan: v dan dan λ Jawab : s 3m = t 6s

3 λ = = . 2

=3m

λ

6

Jadi, banyaknya gelombang yang terbentuk adalah 6.

v = =



= 0,5 m/s 3 m

=2m = λ f f = (2 m)(2,5 Hz) = 5 m/s Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 5 m/s. v


f 1 = 80 Hz f 2 = 120 Hz

Ditanyakan: λ 1 : λ 2 Jawab: v 1 = v 2 λ 1f 1

(80 0 λ 1(8

= λ 2f 2

Hz) = λ 2(120 Hz) Hz)

λ 1 : λ 2

=3:2

Jadi, perbandingan panjang gelombang senar gitar tersebut adalah 3 : 2. 5. Di Dike keta tahu hui: i: 6 s

s = 2λ λ

=

1 1 s = = 2 2

(3 m) = 1,5 m

Jadi, cepat rambat gelombang 0,5 m/s dan panjang gelombangnya 1,5 m. B. Uraian 1. Karakteri Karakteristik stik gelomb gelombang ang air sama sama dengan dengan karakteristik karakteristi k gelombang mekanik sebagai berikut. a. Dap Dapat at dipa dipantu ntulka lkan n jika jika meng mengena enaii pengh penghala alang. ng. b. Da Dapat pat dilen dilentu turka rkan n (difra (difraks ksi) i) melalu melaluii celah celah sempit. c. Dap Dapat at dip dipadu adukan kan ji jika ka terd terdapa apatt dua dua gelom gelom-bang atau lebih melalui peristiwa superposisi. 2. Pengelom Pengelompokk pokkan an gelombang gelombang longitudi longitudinal nal dan transversal didasarkan pada arah rambatan gelombang terhadap arah getarnya. Gelombang transversal adalah gelombang yang memiliki arah rambat tegak lurus dengan arah getarnya. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang memiliki arah rambat sejajar dengan arah getarnya.

=2m t = 1,25 sekon λ = 0,8 m Ditanyakan: v Jawab: Panjang gelombang merupakan panjang setiap satu gelombang sehingga dapat digunakan persamaan sebagai berikut. λ =  n λ n (0,8 (0,8 m) = (2 m) m) n = n = 2,5 gelombang v = v = λ f f = λ



n t 2,5

= (0,8 m) 1,25 s = 1,6 m/s Jadi, cepat rambat gelombang tali adalah 1,6 m/s.

Fisika Kelas XI

23

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: c Gelombang longitudinal mempunyai arah rambat sejajar dengan arah getar. Adapun, gelombang transversal mempunyai arah rambat tegak lurus dengan arah getar. 2. Jawaban: a Pada saat kita berbicara pada ruangan yang kosong akan menimbulkan gema. Peristiwa gema merupakan karakteristik gelombang mekanik yaitu dapat dipantulkan (refleksi). 3. Jawaban: d Saat dua buah gelombang saling berinteraksi akan menimbulkan peristiwa interferensi. Interferensi konstruktif terjadi saat kedua gelombang mempunyai fase sama. Interferensi destruktif terjadi saat kedua gelombang mempunyai fase berbeda. 4. Jawaban: b Periode gelombang dapat dihubungkan dengan cepat rambat gelombang seperti berikut. v = =

λ

T

atau T = =

λ

v

Periode gelombang dihubungkan dengan jumlah gelombang dan frekuensi seperti berikut. T = =

t dan n

T = =

1 f

5. Jawaban: c Cara yang tepat untuk memperbesar cepat rambat gelombang sebagai berikut. 1) Mem Memper perbes besar ar pan panjan jang g gelo gelomba mbang ng dua kal kalii semula. 2) Mem Memper perkec kecilil peri periode ode sete setenga ngah h kali kali semu semula. la. 3) Mem Mempeb pebesa esarr frek frekuen uensi si dua kal kalii semu semula. la. 4) Mem Memper perkec kecilil wak waktu tu sete setenga ngah h kali kali semu semula. la. Dengan demikian, jawaban yang tepat adalah angka 1) dan 4). 6. Jawaban: b Frekuensi dipengaruhi oleh periode gelombang, dan kecepatan sudut gelombang. Energi dan amplitudo gelombang tidak memengaruhi frekuensi. 7. Jawaban: b Amplitudo gelombang merupakan simpangan terbesar gelombang secara vertikal. Amplitudo gelombang ditunjukkan pada bagian b – b , d – d , dan f – f . ′

′

24

Gelombang Mekanik

′

8. Jawaban: e Diketahui:

=3m f 1 = 8 Hz f 2 = (8 Hz)(2) = 16 Hz n 1 = 1,5 Ditanyakan: n 2 Jawaban: n 1λ 1 =  (1,5)λ 1 = 3 m λ 1 = 2 m v 1 = v 2 λ 1f 1 = λ 2f 2 (2 m)(8 m)(8 Hz) = λ 2(16 Hz) λ 2



=

16 16

m=1m

n 2λ 2 =  n 2(1 m) = 3 m n 2 =

3 1

= 3

Jadi, akan terbentuk 3 rapatan dan 3 renggangan. 9. Jawaban: c Diketahui: T A = 5 sekon T B = 3 sekon v A = 21,6 km/jam = 6 m/s Ditanyakan: Jawab: λ A = λ B v AT A = v BT B (6 m/s)(5 m/s)(5 sekon sekon)) = v B(3 sekon) v B =

30 3

m/s = 10 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang B adalah 10 m/s. 10. Jawaban: a Diketahui:

=8m v = 3,2 m/s n = 1,25 Ditanyakan: f Jawab: n λ λ =  1,25λ = 8 m λ = 6,4 m v = v = λ f f f =



v λ

3,2 m/s

f = 6,4 m = 0,5 Hz Jadi, frekuensi gelombang yang diarsir adalah 0,5 Hz.

11. Jawaban: d Diketahui: t = 4 sekon v = 3 m/s n = 1 Ditanyakan: Jawab: T = =

t 4 sekon = n 1

= 4 sekon

λ =

vT = (3 m/s)(4 sekon) = 12 m Jadi, panjang gelombang tersebut adalah 12 m. 12. Jawaban: e Diketahui: n = 5 n = λ = 50 cm = 0,5 m v = v = 20 cm/s = 0,2 m/s Ditanyakan: t Jawab: v = T = T =

λ

T λ

v

=

0,5 m 0,2 m/s

= 2,5 sekon

t n

t = Tn = (2,5 sekon)(5) = 7,5 sekon Jadi, waktu tempuh tali adalah 7,5 sekon. 13. Jawaban: a Diketahui: v = 2 m/s f = 4 Hz Ditanyakan: λ Jawab: v = λ f f λ

=

v 2 m/s = f 4 Hz

15. Jawaban: a Diketahui:

= 53° v 1 = 45 m/s n 1 = 1 n 2 = 1

1 2

Ditanyakan: v 2 Jawab: Pada peristiwa pembiasan gelombang berlaku hukum Snellius sebagai berikut. sin θ i sin θ t

=

n 2 n 1

n 2 n 1

=

v 1 v 2

=

45 m/s v 2

11 2

1

=

v 1 v 2

v 2 = 30 m/s Jadi, kecepatan gelombang pada medium sebesar 30 m/s. 16. Jawaban: b Diketahui: θ i = 37° θ t = 53° n A = 1,6 Ditanyakan: n B Jawab: sin θ i sin θ t

=

sin sin 37 sin sin 53

° °

0,6 0,8

n B n A

n

B = 1,6

n

B = 1,6

0,96

= 0,5 m

Jadi, panjang gelombangnya sebesar 0,5 m. 14. Jawaban: a Diketahui: v 1 = 20 m/s v 2 = 10 m/s f 1 = 30 Hz Ditanyakan: f 2 Jawab: λ 1 = λ 2

n B = 0,8 = 1,2 Jadi, indeks bias medium B adalah 1,2. 17. Jawaban: a Diketahui: n = 2  = 12 m v = 30 m/s Ditanyakan: T Jawab: n λ λ =  2λ = 12 m

v 1 f 1

=

v 2 f 2

λ =

20 m/s 30 Hz

=

10 m/s f 2

v = v =

300 20

T = T =

f 2 =

θ 1

Hz = 15 Hz

f = f 1 + f 2 = (30 + 15) Hz = 45 Hz

12 2

m=6m

λ

T λ

v

=

6m 30 m/s

= 0,2 sekon

Jadi, periode gelombang tersebut sebesar 0,2 s.

Jadi, jumlah frekuensi sebelum menumbuk dan setelah menumbuk adalah 45 Hz.

Fisika Kelas XI

25

18. Jawaban: d  = 15 m Diketahui: t = 18 sekon n = 3 Ditanyakan: v Jawab: n λ λ =  3λ = 15 λ = 5 m v = v = λ f f = λ

n t

= (5 m) 5 6

=

3 18 s

20. Jawaban: d Diketahui: v = 4 km/s T = 5 sekon Ditanyakan: λ Jawab: v = v =

λ

T

λ =

vT = (4 km/s)(5 sekon) = 20 km Jadi, letak stasiun gempa dari pusat gempa adalah 20 km. B. Uraian 1 . a.

Gelombang lon longitudinal

m/s

Arah rambatan

Jadi, cepat rambat gelombang tersebut sebesar 5 6

m/s.

Rapatan

Arah getaran

19. Jawaban: b Diketahui:

n ae = 1  = ae

3 4

=

7 4

b.

Gelo Ge lomb mban ang g tra trans nsve vers rsal al Arah rambatan

14 m

n ad = 1

1 2

=

3 2

t ad = 4 s

Puncak

Ditanyakan: v Jawab: n aeλ = ae

=8m


14 m 14 7 4

m 4 7

=

n ad t ad

Ditanyakan: Jawab: v = λ f f

3 2

4 3 8

λ

Hz

= (8

3 m)( 8

=

v = 12 m/s f = 4 Hz λ

v 12 m/s = f 4 Hz

= 3 m

Jadi, panjang gelombangnya adalah 3 m.

v = λ f f

4. Di Dike keta tahu hui: i: Hz)

= 3 m/s Jadi, cepat rambat gelombang tersebut adalah 3 m/s.

26

Lembah

= (14 m)( )

λ =

=

Arah getaran

2. Interferens Interferensii terjadi terjadi saat ada dua gelomb gelombang ang atau atau lebih bertemu dan menimbulkan perpaduan. Perpaduan gelombang tersebut bersifat saling menguatkan dan saling melemahkan. Difraksi terjadi saat ada gelombang yang melalui celah sempit sehingga muka gelombang dilenturkan sesuai dengan luas celah tersebut.

7 λ = 4

f =

Renggangan

Gelombang Mekanik

=2m n = 2,5 T = 10 sekon Ditanyakan: v Jawab: n λ λ =  2,5λ = 2 m 

λ =

0,8 m λ

v = v =

T

=

Jawab:

0,8 m = 10 s

0,08 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang adalah 0,08 m/s. 5. Di Dike keta tahu hui: i:

Ditanyakan: Jawab: v 1 = v 2 λ 1

=

T 1

75 cm 4s

=

λ 2

=

T 1 = 4 sekon T 2 = 3 sekon λ 1 = 75 cm

λ 2

λ 2

3s

cm = 56,25 cm

Jadi, panjang gelombang transversal 56,25 cm. =8m n = 2 T = 2 sekon Ditanyakan: v Jawab: n λ λ =  2λ = 8 m λ

v = v =

8 2

= λ

T

n 2 n 1

n 2 n 1

=

v 1 v 2

1,5 1

=

v 1 25 m/s

4 2



sin θ 1 sin θ 2

=

n 2 n 1

sin sin 53 sin sin 37

=

n 2 1

0,8 0,6

=

n 2 1

° °

0,8

= 2 m/s

n 3 n 2

= 20 m f = 2 Hz v = 16 m/s Ditanyakan: n Jawab: v = λ f f λ

=

= 8 m

n λ λ =  n =



λ

n 3



v 16 m/s = f 2 Hz

4

n 2 = 0,6 = 3

Jadi, cepat rambat gelombang air laut adalah 2 m/s. 7. Di Dike keta tahu hui: i:

θ 1

= 53° θ 2 = 37° n 1 = 1 v 2 = 24 m/s v 3 = 16 m/s Ditanyakan: n 2 dan n 3 Jawab:

m=4m

=

v 1 v 2

=

9. Diketahui:

λ 2


=

v 1 = (1,5)(25 m/s) = 37,5 m/s Jadi, cepat rambat gelombang sebelum dibiaskan sebesar 37,5 m/s.

T 2

225 4

sin θ i sin θ t

4 3

=

v 2 v 3

=

24 m/s 16 m/s

16n 16 n 3 = 32 n 3 =

32 16

= 2

Jadi, indeks bias medium 2 dan 3 berturut-turut adalah

4 3

dan 2.

10.. Di 10 Dike keta tahu hui: i: =

20 m 8m

= 2,5

Jadi, banyaknya gelombang yang terbentuk adalah 2,5. 8. Di Dike keta tahu hui: i:

n 1 = 1 n 2 = 1,5 θ i = 60 v 2 = 25 m/s Ditanyakan: v 1

T = 0,2 sekon λ = 2,5 km Ditanyakan: v Jawab: v = =

λ

2,5 km

= 0,2 sekon = 12,5 km/s T

Jadi, cepat rambat gelombang primer sebesar 12,5 km/s.

Fisika Kelas XI

27

Setelah mempelajari bab ini, peserta didik mampu: 1. menj menjelas elaskan kan gelo gelomban mbang g berjal berjalan an dan dan stasi stasioner oner;; 2. menerapk menerapkan an persamaan persamaan gelombang gelombang berjalan dan gelombang gelombang stasion stasioner er dalam dalam pemecahan pemecahan masalah. Berdasarkan pengetahuan dan keterampilan yang dikuasai, peserta didik: 1. mengagumi dan mensyukuri mensyukuri kebesaran kebesaran Tuhan yang yang telah menciptaka menciptakan n keseimbangan keseimbangan dan perubahan alam alam meliputi meliputi gejala gejala gelombang sehingga dapat dimanfaatkan dalam kehidupan; 2. menunjukk menunjukkan an perilaku perilaku ilmiah, ilmiah, bertanggung bertanggung jawab, jawab, dan menghargai pendapat orang lain lain dalam kegiatan yang dilakukan. dilakukan.

Gelombang Berjalan dan Stasioner Mempelajari

Gelombang Berjalan

Gelombang Stasioner

Mencakup

• • • • • •

Mencakup

Persam Pers amaa aan n Sim Simpa pang ngan an Pers Pe rsam amaa aan n Kec Kecep epat atan an Pers Pe rsam amaa aan n Perc Percep epat atan an Sudut Fase Fase Ge Gelombang Beda Be da Fa Fase se An Anta tara ra Du Dua a Tit Titik ik

• • • •

Penent Pene ntu uan Gel Gelom omb ban ang g Inte In terf rfer eren ensi si Ge Gelo lomb mban ang g Gellom Ge omba bang ng St Stas asiion oner er C ep ep at at R am am ba ba t Ge Ge lo lo mb mb an an g pada Dawai

Mampu

• • • •

28

Menjelaskan Menjelas kan gelo gelomban mbang g berja berjalan lan dan stas stasion ioner. er. Menerap Men erapkan kan persam persamaan aan gelomb gelombang ang berjal berjalan an dan gelomb gelombang ang stasio stasioner. ner. Mensyuku Mens yukuri ri kebesara kebesaran n Tuhan yang yang telah mencipt menciptakan akan gejala gejala gelomba gelombang ng dalam kehidu kehidupan pan sehingga dapat dimanfaatkan. Menunjuk Menu njukkan kan sikap sikap ilmiah, ilmiah, bertangg bertanggung ung jawab, jawab, dan mengharga menghargaii pendapat pendapat orang orang lain dalam dalam melakukan kegiatan.

Gelombang Berjalan dan Stasioner

4. Jawaban: e

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: c Diketahui: y = = 0,04 sin (40π (40π x x + 8π x x) Ditanyaka Dita nyakan: n: k dan dan arah arah ram rambat bat Jawab: y = A sin (kx + ω t t ) = 0,04 sin (40π (40π x x + 8π x x) 40π π /m k = 40 Tanda kx adalah adalah positif (+) sehingga gelombang merambat ke kiri. Jadi, besar konstanta gelombang adalah 40π 40π /m dan gelombang merambat ke kiri. 2. Jawaban: d Diketahui: y = = 0,05 sin (4π (4π t 20π π x t + 20 x) Ditanyakan: f dan dan λ Jawab: (ω t y = A sin (ω t + kx ) (4π t 20π π x y = 0,05 sin (4π t + 20 x) ω = ω f = 2π f 4 π rad/ rad/s s = 2π 2π f f

f = k = 2π m

=

λ = λ =

4π 2π

π x y = x – = –0,8 sin (6 (6π

f =

4)

k =

t )

2π 3π 4

rad/s 2π

= 0,375 Hz

2π λ

λ = λ =

2π k

λ = λ =

2π 6π /m

=

1 3

≈ 0,33 m

v = λ f f =(

λ

1 3

m)(0,375 Hz) = 0,125 m/s

Jadi, pernyataan yang benar sesuai persamaan gelombang tali ditunjukkan oleh angka 3) dan 4).

λ

m = 0,1 m

Jadi, frekuensi dan panjang gelombang berturutturut adalah 2 Hz dan 0,1 m. 3. Jawaban: a Diketahui: A = 60 cm = 0,6 m λ = 2 m T = 4 sekon Ditany Dit anyaka akan: n: pe pers rsam amaa aan n y Jawab: Gelombang bergerak ke kiri sehingga kx bertanda bertanda positif (+). = A sin (ω (ω t y = t + kx ) 2π 2π t + x ) T λ 2π 2π ( 4 sekon sekon t + 2 m x )

= 0,6 sin ( y = = 0,6 sin y =

3π 4

ω

2π

2π 20π

t )

– ω t y = A sin (kx – t) 1) N i l a i A yang negatif (–) menunjukkan gelombang mula-mula bergerak ke bawah. 2) ω ω = = 2π f f

3)

2π

3π 4

Ditanyakan: Ditanyaka n: ara arah h gelo gelomba mbang, ng, f , λ , dan v Jawab:

f =

Hz = 2 Hz

= –0,8 sin (6π (6π x y = x –

Diketahui:

5. Jawaban: b Diketahui: v = 12 m/s T = 4 sekon Ditanyakan: gambar gelombang Jawab:

v =

λ

T

λ = vT λ = = (12 m/s)(4 sekon) = 48 m Amplitudo bertanda negatif (–) sehingga gelombang mula-mula bergerak ke bawah. Nilai kx bertanda negatif (–) sehingga gelombang bergerak ke kanan. Gambarnya sebagai berikut.

π

y = x) = 0,6 sin ( t + π x 2 π

Jadi, persamaan gelombang y = = 0,6 sin ( t + + π x ) . x). 2

72 m

Jadi, gambar gelombang yang benar adalah pilihan b.

Fisika XI

29

6. Jawaban: a Diketahui : f = λ = λ = x = t = Ditanyakan: θ Jawab:

T =

1 1 = 2 Hz f

θ = 2π 2 π ( ( = 2π 2 π ( (

9. Jawaban: b Diketahui: a = –102,4π –102,4π 2 sin (ω (ω t t + 4π x x) A = 40 cm = 0,4 m Ditanyakan: f Jawab: –102,4π 2 sin (ω (ω t a = –102,4π t + 4π x x) 2 (ω t + 4π x a = –Aω sin (ω t + x) –Aω 2 = –102,4π –102,4π 2 –(0,4)ω –(0,4) ω 2 = –102,4π –102,4π 2

2 Hz 80 cm = 0,8 m 120 cm = 1,2 m 2 sekon

= 0,5 sekon

t x – ) T λ

ω 2

2 sekon sekon 1,2 m – ) 0,5 sekon sekon 0,8m

= 2π 2π (4 (4 – 1,5) = 2π 2 π (2,5) (2,5) = 5π 5π Jadi, sudut fase gelombang sebesar 5π 5π .

λ = λ =

m=2m

x A − x B λ

=

(4 m) m) − (2 m) m) 2m

=

2 2

= 1

Jadi, beda fase antara titik A dan B sebesar 1. 8. Jawaban: a = 20 20π π cos cos (40π (40π t – v = t –

Diketahui:

3 x ) 2

Ditanyakan: A dan λ Jawab:

v = t – = 20π 20π cos cos (40π (40π t –

3 x ) 2

= Aω cos cos (ω (ω t v = t – kx ) 20 π Aω = 20π (40π π rad/s) rad/s) = 20π 20π A(40

A= k = λ = λ =

20π 40π rad/s

= 0,5 m

λ

20π k 3 2

40π 3

16π 2π

= 8

dy dt

v =

d (0, 8 sin ((2t 2 + 4t )π − 12π x )) dt

4)π π cos cos ((2t 2 + 4t )π – 12 12π π x v = 0,8(4t + 4) x) Pada kecepatan maksimum nilai cos = 1, sehingga menjadi sebagai berikut. π v maks = 0,8(4t + 4) 4)π = (3,2t + + 3,2)π 3,2)π Saat t = 2 sekon, maka kecepatan maksimum menjadi sebagai berikut. 3,2)π v maks = (3,2t + 3,2)π = (3,2(2) + 3,2)π 3,2)π = (64 + 3,2)π 3,2)π = 9,6π 9,6π Jadi, kecepatan maksimum pada saat 2 sekon adalah 9,6π 9,6π m/s. m/s. B. Uraian

f =

m

Jadi, amplitudo dan panjang gelombang berturutturut adalah 0,5 m dan

30

2π

=

v =

f = =

ω

1. Dike Diketa tahu hui: i: y = = 0,3 sin (16π (16π t t – 8π x x) Ditanyakan: v Jawab: (16π t y = 0,3 sin (16π t – 8π x x) (ω t – kx ) y = A sin (ω t – ω = 2π f f

20π

20π

f = =

10. Jawaban: b Diketahui: y = 0,8 sin ((2t 2 + 4t )π – 12 12π π x x) t = 2 sekon Ditanyakan: v maks Jawab:

Titik A pada 1λ 1λ = 1( 2 m) = 2 m dan titik B pada 2λ = = 2(2 m) = 4 m.

Δ ϕ =

ω 2 = 256 π 2 256π ω = ω = 16 16π π ω = ω = 2π f f

Jadi, frekuensi gelombang adalah 8 Hz.

7. Jawaban: c Diketahui:  = 5 m = 2,5 n = Ditanyakan: Δ ϕ Jawab: λ =  n λ = 2,5λ 2,5 λ = =5m 5 2,5

−102,4π 2 = −0,4

40π m. 3


k =

ω

2π 16π rad/s 2π 2π λ

= 8 Hz

(ω t – kx ) y = A sin (ω t –

λ =

2π k

λ =

2π π 8 /m

= A sin (2π (2π ft ft – = 0,25 m

v = λ f f = (0,25 m)(8 Hz) = 2 m/s Alternatif cara lain: v = =

= 2 m/s

A = 0,3 m = 3 sekon T = Ditany Dit anyaka akan: n: pe pers rsam amaa aan n y Jawab: λ =  n λ = 2λ λ = = 4 m

2. Diketahui:

ω = ω =

2π T

ω = ω =

k = k =

V = 40 m/ m/s s=

rad/s

2π λ

2π 2m

=

π

m

Gelombang mula-mula bergerak ke atas sehingga tanda A positif (+). Gelombang bergerak ke kanan sehingga tanda kx negatif (–). y = t – = A sin (ω (ω t – kx )

y = 0,2 sin

2π ( 3

– π x t – x)

Jadi, persamaan simpangan gelombangnya adalah y = = 0,2 sin (

v f A x t Ditanyakan: y Jawab: v = λ f f


λ = λ =

v f 4 m/s m/s

= = = = =

(0,4 m))

2π 3

– π x t – x) .

4 m/s 6 Hz 50 cm = 0,5 m 0,4 m 2 sekon

λ = λ = 6 Hz = m Gelombang bergerak ke kanan sehingga kx bertanda negatif (–).

ω

k ω

0,1π /m

ω = 4π rad/s ω = rad/s Nilai b dihitung dihitung sebagai berikut. π b b = 4π b = 4 y = A sin (kx – t) – ω t = 4 sin (0,1π (0,1π x x – 4π t t ) = 4 sin π (0,1 (0,1x – 4t ) Jadi, harga b = = 4 dan persamaan gelombangnya = 4 sin π (0,1 (0,1x – 4t ). ). y = 1,2π cos cos π π (2 (2t + 12x ) v = 1,2π A = 80 cm = 0,8 m x = 0,2 m t = 2 sekon Ditanyakan: θ dan dan amaks Jawab: 1,2π cos cos π π (2 (2t + 12x ) v = 1,2π π x) = 1,2π 1,2π cos (2π (2π t 12π x) t + 12 = Aω cos cos (ω (ω t t + kx ) ω = 2π rad/s

5. Diketahui:

ω =

T = T =

2 3

m

y = 4 sin π (ax – – bt ) v = 40 m/s a = 0,1 Ditanyakan: b dan dan persamaan y Jawab: Persamaan umum gelombang – ω t y = A sin (kx – t) y = 4 sin π (ax – bt ) (0,1) = 0,1π 0,1π k = π a = π (0,1)

m = 2 m

2π 3

2π 2 3

4. Diketahui:

Jadi, cepat rambat gelombang tali adalah 2 m/s.

4 2

x )

= 0,5 sin (24π (24π – – 1,2π 1,2π ) = 0,5 sin (22,8π (22,8π ) = 0,5(0,6) = 0,3 m Jadi, simpangan gelombang pada jarak 0,4 m dan waktu 2 sekon adalah 0,3 m.

k

λ = λ =

λ

π (6 = 0,5 sin (2 (2π (6 Hz)(2) –

ω

16π rad/s 8π /m

2π

k = λ =

2π T 2π ω

2π 2π rad/s

= 1 sekon

2π λ

2π k

Fisika XI

31

λ =

2π 12π

=

1 6

m

x ⎞ ⎛t ⎝ ⎠ ⎛ 2 se s ekon θ = 2π ⎜⎜ 1sekon ⎝

θ = 2π ⎜ T − λ ⎟

−

0, 2 m ⎞ 1 6

A. Pilihan Ganda

Ai = 2A cos (

θ

2

) sin (kx – ω – ω t + ( t +

θ

2

= k = 2)

4,5π 2

)

2 ) = 0, 4 2 m

v =

λ

T

2m 4 seko sekon n

Jadi, pernyataan yang tepat ditunjukkan oleh angka 1) dan 3). 3. Jawaban: e Diketahui:

= 10 m n = 5 Ditanyakan: x S 3 Jawab: λ =  n λ = 5λ λ = = 10 m λ =

10 m 5

= π / m (benar) ϕ

Ai = 2A cos ( 2 )

Ai = 2A cos (

180 2

)

Ai = 2A cos 90 = 0 (salah)




=2m 1 4

x S = (2n ) λ n

= (2(2))

Jika fase gelombang 180, dapat ditulis sebagai berikut.

32

2π T 2π 4 seko sekon n

= 0,5 m/s (salah)

2π

2m

v =

))

2. Jawaban: b Diketahui: λ = 2 m T = 4 sekon Ditanyakan: k , Ai , ω , dan v Jawab: λ 2π

ω = ω =

4)

0, 4 2 m.

= k =

Jadi, sudut fase gelombang dan percepatan maksimum gelombang berturut-turut adalah 1,6π 1,6π dan –2,4π –2,4π 2.

π rad/s = 0,5 0,5π rad/s (benar)

Jadi, amplitudo interferensi gelombang adalah

1)

π 2 –2,4π amaks = –2,4

ω = ω =

= 0,8 m cos 2,25π 2,25π = (0,8

Pada percepatan maksimum nilai sin = 1, sehingga dapat disederhanakan sebagai berikut.

)

= 2(0,4 m) cos ( 1 m)( 2

d (1, 2π cos (2π t + 12π t )) dt

3)

1. Jawaban: a Diketahui: ω = 6π rad/s rad/s θ = 4,5π 4,5π A = 40 40 cm cm = 0, 0,4 4m Dita Di tany nyak akan an:: Ai Jawab: 2

a =

–2,4π π 2 sin (2π (2π t 12π π x a = –2,4 t + 12 x)

θ = 2π (0,8) (0,8) = 1,6π 1,6π Persamaan percepatan gelombang pada jarak x m dan dan waktu t sekon sekon sebagai berikut. cos (ω (ω t v = A ω cos t + kx ) π x v = 1,2π t + 12 x) 1,2π cos cos (2π (2π t 12π

y = 2 A cos (

dv dt

–1,2π (2 (2π π ) sin (2π (2π t 12π π x ) ) a = –1,2π t + 12 x))

⎟ ⎟ ⎠

θ = 2π 2 π (2 (2 – 1,2)

θ

a =

=

8 4

1 4

(2 m)

= 2 m dari ujung terikat

Jadi, jarak simpul ke-3 dari ujung terikat adalah 2 m. 4. Jawaban: c Diketahui: λ = 2,5 m v = 5 m/s A = 60 cm = 0,6 m Ditany Dit anyaka akan: n: pe pers rsam amaa aan n y

Jawab: v = λ f f

f = =

k =

v

λ = λ =

λ

5m/s 2,5 m =

2π λ

2π k

λ = λ = 2π π

2 Hz

3

=6m

k =

2π

λ =  n λ = 6 m) m) = (15 (15 m m)) n ((6

λ

2π

= 2,5 = 0,8π 0,8π ω = 2π f f = 2π 2 π (2 (2 Hz) = 4π rad/s rad/s Persamaan simpangan gelombang stasioner ujung terikat sebagai berikut. = 2A sin kx cos cos ω t y = t = 2(0,6) sin 0,8π 0,8π x cos 4π 4π t y = x cos t = 1,2 sin 0,8π 0,8π x cos 4π 4π t y = x cos t Jadi, persamaan gelombangnya adalah = 1,2 sin 0,8π 0,8π x cos 4π 4π t y = x cos t. 5. Jawaban: e Diketahui: y = = 5 cos 2π 2 π x sin 25π 25π t x sin t  = 12 m Ditanyakan Ditan yakan:: jarak titik perut ke-4 ke-4 dari dari sumber sumber getaran Jawab:

k = = λ = = λ = =

n =

= 2,50 Jadi, banyaknya gelombang yang terbentuk adalah 2,50. 7. Jawaban: b Diketahui: x S = 2 m dari ujung terikat 3

x P = 7,5 m dari sumber getar 5

= (  – 7,5 ) dari ujung terikat Ditanyakan: Jawab:

x S

n



1 4

= (2n ) λ 1 4

2 m = (2(2) (2(2))) λ λ =

2π

8 4

m = 2 m 1

λ 2π

+ 1) 4 λ x P = (2 n + n

k 2π 2π /m

n

= 1 m ( – 7,5 7,5)) m =

1 λ 4

= (2(3)) 6 4

1 4

( – 7,5) 7,5) m = (2(4) (2(4) + 1) (2 m)

x p = (2n )

=

15 6

1 4

(1 m)

= 1,5 m dari ujung bebas Titik perut ke-4 dari sumber getar  – x p = 4 (12 – 1,5) m = 10,5 m Jadi, jarak perut ke-4 dari sumber getaran adalah 10,5 m. = 15 m As = 0,6 m x = 1 m Ditanyakan: n Jawab: As = 2A cos kx (0,6 m) = 1,2 cos k (1 (1 m) cos k = 0,5

8. Jawaban: d Diketahui:  = 12 m n = 3 Ditany Dit anyaka akan: n: le leta tak k P dan dan Q Jawab: λ =  n λ = 3λ λ = = 12 m



k = cos–1 0,5 = 60° =

m

( – 7,5) m = 4,5 m  = (4,5 + 7,5) m = 12 m Jadi, panjang tali adalah 12 m.

m

6. Jawaban: c Diketahui:

18 4

λ = λ =

π

12 3

= 4 m

Letak titik P 1,75λ P = 1,75λ = 1,75(4 m) = 7 m Letak titik Q = λ = = 4 m Q = Jadi, letak titik P dan Q berturut-turut dari B adalah 7 m dan 4 m.

3

Fisika XI

33

9. Jawaban: a = v =

F  m

v ≈

F

v ≈



v ≈

1 m

v ≈

1 μ

=

Jawab: F

ϕ = ⎛⎜ t − x ⎞⎟ T λ

μ

⎝

⎛ ⎞ = ⎜ t1 − x ⎟

= 2,5 m m = 25 gram = 2,5 × 10–2 kg F = 100 N



1 2

gelombang

Ditanyakan: v dan dan λ Jawab: λ = =  n λ 1 2

2 λ = = 2,5 m 2,5

λ = = 2,5 = 1 m F  m (100 (100 N)(2,5 N)(2,5 m) 2, 5 × 10−2 (250 (250 Nm) Nm) 2, 5 × 10−2

= 10.000 = 100 m/s v = Jadi, cepat rambat gelombang pada dawai dan panjang gelombang berturut-turut adalah 100 m/s dan 1 m. B. Uraian λ = 1,5 m f = 8 Hz A = 75 cm = 0,75 m t = 1 s x = 3,75 m Ditany Dit anyaka akan: n: pe pers rsam amaa aan n y

1. Diketahui:

34

= ⎛ ft − ⎜

x ⎞

⎠

⎟

λ ⎠

(1, 5 m) m) ⎠

⎝

n = 2

= v =

λ ⎟

(3,75 (3,75 m) ⎞ = ⎛⎜ (8 Hz)(1sekon) Hz)(1sekon) − ⎟

10. Jawaban: c Diketahui:

= v =

⎜ f ⎝

⎝

Berdasarkan persamaan di atas, kecepatan gelombang transversal berbanding lurus dengan beberapa besaran fisika yaitu akar gaya tegangan dawai dan akar panjang dawai. Di samping itu, kecepatan gelombang transversal berbanding terbalik dengan akar massa dawai dan akar massa persatuan panjang dawai (μ ). ) . Jadi, pernyataan yang benar ditunjukkan oleh angka 1) dan 2).

= v =

⎠


= (8 – 2,5) = 5,5 ω = 2π f = 2π (8 (8 Hz) = 16π 16π rad/s rad/s

y = 2A cos (

ϕ

2

) sin ((ω ω t t + (

y = 2(0,75) cos (

5,5 2

ϕ

2

))

) sin (16 (16π π t t + (

5,5 2

))

(16π t + (2,75)) y = 1,5 cos (2,75) sin (16π t + Jadi, persamaan simpangan interferensi interferen si gelombang gelombang pada waktu 1 sekon dan jarak 3,75 m adalah = 1,5 cos (2,75) sin (16π (16π t + (2,75)). y = t + λ = 5 m x = 2 m A = 120 cm =1,2 m Ditanyakan: As Jawab:


= k = = k =

2π λ

2π 5m

= 0,4π 0,4π /m

As = 2 A sin kx = 2(1,2) sin (0,4π (0,4π /m)(2 m) = 2,4 sin 0,8π 0,8π = 2,4(0,6) = 1,44 m Jadi, amplitudo gelombang stasioner (As) pada jarak 2 m sebesar 1,44 m. 3 . D i k e t a hu i :

=2m k = 8π Ditanyakan: x S dan x P 2 5 Jawab: = k =



2π λ

λ=

2π k

λ=

2π 8π

=

1 4

m

1

x S = (2n ) λ 4 2

= (2(1)) =

2 16

1 4

(

1 4

)

m = 0,125 m dari ujung terikat

Jarak simpul ke-2 dari sumber getaran: x S = ( – 0,125) m 2 = (2 – 0,125) m = 1,875 m dari sumber geraran 5

=

9 16

1 4

(

1 4

)

m = 0,5625 m dari ujung terikat

Jarak perut ke-5 dari sumber getaran: x S = ( – 0,5625) m 2 = (2 – 0,5625) m = 1,4375 m dari sumber getaran Jadi, jarak simpul ke-2 dan perut ke-5 dari sumber getaran berturut-turut berturut-tu rut adalah 1,875 m dan 1,44 m. 4. Diketahui:

Ditanyakan: Jawab: x S

1 4

(1 m) =  – ((2 × 6 + 1) 8 4

m =  –

= x S x S 5 terikat 7 bebas λ terikat = 1 m λ bebas = 4 m


m



v = (40 (4 0 m/s) m/s) = (1.600 m2 /s2) =

m =

= x S

1 4

(4 m))

= 80 cm = 0,8 m F = 50 N v = 40 m/s Ditanyakan: m Jawab:



5 terikat

52 4

1 4

2 m =  – 13 m  = (13 + 2) m = 15 m Jadi, panjang tali gelombang adalah 15 m.

1

+ 1) λ x P = (2n + 4 = (2(4) + 1)

(2(4))

7 bebas

1 4

F  m (50N)(0,8 (50N)(0,8 m) m (40Nm) m 40 1.600

kg = 0,025 kg = 25 gram

Jadi, massa dawai yang digunakan Lukman adalah 25 gram.

(2n ) λ terikat =  – ((2n + + 1) λ terikat)

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: b Arah getaran gelombang berjalan dapat dilihat dari tanda amplitudo dan kx . Jika amplitudo bertanda positif, gelombang mula-mula bergerak ke atas. Sebaliknya jika amplitudo bertanda negatif, gelombang mula-mula bergerak ke bawah. Jika kx bertanda positif, gelombang merambat ke arah kiri. Adapun jika kx bertanda bertanda negatif, gelombang merambat ke arah kanan. 2. Jawaban: d Diketahui: y = = –2 sin π (0,5 (0,5x – – 200t ) Ditanyakan: A dan λ Jawab: (0,5x – – 200t ) y = –2 sin π (0,5 = –2 sin (0,5π (0,5π x – 200π 200π t x – t) = A sin (kx – – ω t t) A = 2 cm

k =

2π λ

λ = λ = λ = λ =

2π k 2π 0, 5π /cm

= 4 cm

Jadi, amplitudo dan panjang gelombang berturutturut adalah 2 cm dan 4 cm. 3. Jawaban: b λ = 4 m λ = D i k e t a hu i : T = 2 sekon A = 1,5 m Ditany Dit anyaka akan: n: pe pers rsam amaa aan n y Jawab: ω = = ω = = = k = = k =

2π T 2π 2 sekon sekon

= π rad/s rad/s

2π λ

2π 4m

= 0,5π 0,5π /m

Gelombang bergerak ke kanan sehingga kx bertanda negatif (–).

Fisika XI

35

= A sin (ω (ω t – kx ) y = t – = 1,5 sin (π (π t – 0,5π 0,5π x y = t – x) = 1,5 sin π (t – – 0,5x ) y = Jadi, persamaan simpangan gelombang yang tepat adalah y = = 1,5 sin π (t – – 0,5x ). ). 4. Jawaban: a Diketahui: y = –20 sin π (12 (12x + + 3t ) Ditanyakan: T dan dan v Jawab: ω = =

T= T= = v =

2π 3π rad/s

=

= 0,67 sekon

3π rad/s 12π /m

= 0,25 m/s

Jadi, periode dan cepat rambat gelombang berturut-turut adalah 0,67 sekon dan 0,25 m/s. 5. Jawaban: a Diketahui:

= 80 cm n = 2,5 gelombang t = 5 sekon Ditanyakan: λ , v , f , tanda A, dan tanda kx Jawab: λ =  n λ = 2,5λ 2,5 λ = = 80 cm

f = f =

80 2,5 n t 2,5 5s



cm = 32 cm

= 0,5 Hz

v = λ f f v = (32 cm)(0,5 Hz) = 16 cm/s Jika gelombang merambat ke kanan maka kx bertanda negatif (–). Jadi, pernyataan yang sesuai gambar gelombang adalah angka 1) dan 2). 6. Jawaban: e Diketahui: y = 2 sin π (20 (20t – – 40x ) t = 2,5 sekon x = 1 cm Ditanyakan: θ Jawab: ω = = = T = = T =

36

2π k

λ = =

2π 40π /cm

= 0,05 cm

⎛t ⎝

x ⎞

θ = θ = 2π 2 π ⎜ T − λ ⎟ ⎠

⎛ 2, 5 se sekon

1 cm

⎞ ⎠

θ = = 2π (25 (25 – 20) = 10π 10π Jadi, sudut fase gelombang saat waktu 2,5 sekon dan jarak 1 cm sebesar 10π 10π .

ω

λ = λ =

λ = =

⎝

2π

k

λ

− ⎟ θ = θ = 2π 2 π ⎜ 0,1 se sekon 0, 05 05 cm

2π T

ω

2π

= k =

2π T

2

λ = λ = 2,5 m = 0,8 m

Δϕ =

x 2 − x 1 λ

Δϕ =

(4, 5 − 3, 3) m 0,8m

Δϕ =

1,2 0,8

8. Jawaban: d Diketahui: v = 18 18π π cos cos π (9 (9t + + 0,2x ) Ditany Dit anyaka akan: n: A da dan n λ Jawab: 18π π cos cos π (9 (9t + + 0,2x ) v = 18 = Aω cos cos (ω (ω t v = t + kx ) π Aω = = 18 18π (9π π ) = 18π 18π A(9

A = = k =

18π 9π

= 0,1 sekon


= 2

2π λ

2π k

2π

ω

= 1,5

Jadi, beda fase antara jarak 3,3 m dan 4,5 m adalah 1,5.

λ = =

2π

2π 20π rad/s

7. Jawaban: b Diketahui:  = 2 m n = 2,5 gelombang x 1 = 3,3 m x 2 = 4,5 m Ditanyakan: Δϕ Jawab: λ =  n λ = λ = 2,5λ 2,5 = 2m

λ = = 0,2π = 10 Jadi, amplitudo dan panjang gelombang air berturut-turut adalah 2 m dan 10 m.

9. Jawaban: d Diketahui: v = 2 m/s λ = 80 cm = 0,8 m A = 60 cm = 0,6 m Ditanyakan: v maks dan amaks Jawab: = λ f v = f = f = = f =

θ

2

θ = (30)(2) = 60° ω = 2π f f ω

f =

2π 16π 2π

f =

v λ

2 m/s m/s 0,8m =

= 30

Jadi, sudut fase gelombang dan frekuensi gelombang berturut-turut adalah 60° dan 8 Hz.

2,5 Hz

ω = = 2π f f ω = ω = 2π (2,5 (2,5 Hz) = 5π 5π rad/s rad/s v maks = Aω m)(5π rad/s) rad/s) = 3π 3π m/s v maks = (0,6 m)(5π 2 amaks = Aω m)(5π rad/s)2 amaks = (0,6 m)(5π = (0,6 m)(25π m)(25π 2 rad2 /s2) 2 = 15 15π π m/s2 Jadi, besarnya kecepatan maksimum dan percepatan maksimum adalah 3π 3π m/s dan 2 2 15π 15 π m/s . 10. Jawaban: c Diketahui: v = 12 cos π (20 (20t – – 0,4x ) t = 3 sekon Ditanyakan: amaks Jawab:

a =

dv dt

a =

d (12 co cos π (20t) − 0, 4 x ) dt

–12(20)π sin sin ((20t ) – 0,4x ) a = –12(20)π –240π sin sin π (20 (20t – – 0,4x) a = –240π Jika dihitung percepatan maksimum, maka nilai sin = 1. –240π cm/s2 amaks = –240π Jadi, pecepatan maksimum gelombang adalah –240π –240 π cm/s2. 11. Jawaban: d Pada pemantulan gelombang ujung terikat, fase gelombang pantul merupakan kebalikan dari fase gelombang datang. Apabila gelombang datang secara terus-menerus, pemantulan juga terjadi secara terus-menerus sehingga membentuk gelombang stasioner ujung terikat. 12. Jawaban: c Diketahui: y = = 24 cos 30 sin (20π (20π x – 16π 16π t + 30) x – t + Ditanyakan: θ dan f Jawab: (20π x – 16 16π π t + 30) y = 24 cos 30 sin (20π x – t + θ

– ω t + y = 2 A cos ( 2 ) sin (kx – ω t +

= 8 Hz

θ

2

13. Jawaban: d Diketahui: Ai = 0,96 m A = 80 cm = 0,8 m Ditanyakan: θ Jawab: θ

Ai = 2A cos ( 2 ) θ

0,96 m = 2(0,8 2(0,8 m) cos ( 2 ) θ

0,96 m = (1,6 m) m) cos ( 2 ) cos ( (

θ

2 θ

2

) = 0, 0,6 ) = cos–1 0,6 = 53°

θ = (53)(2) = 106° θ = Jadi, sudut fase gelombang yang terbentuk adalah 106°. 14. Jawaban: c Diketahui: y = 24 cos 12π 12π t sin 4π 4π x t sin x Ditanyakan: v Jawab: = 24 cos 12π 12π t sin 4π 4π x y = t sin x = 2A sin kx cos cos ω t y = t = v = = v =

ω

k 12π rad/s 4π /cm

= 3 cm/s

Jadi, cepat rambat gelombang tali sebesar 3 cm/s. 15. Jawaban: a Diketahui: y = 20 cos 30π 30π t sin 0,5π 0,5π x t sin x λ = 10 m Ditanyakan: x P dari sumber getar 4 Jawab: = 20 cos 30π 30π t sin 0,5π 0,5π x y = t sin x y = t = 2A sin kx cos cos ω t = k =

2π λ

2π

λ = = 0,5π /m = 4 m

)

Fisika XI

37

Dari persamaan tersebut dapat diketahui termasuk gelombang stasioner ujung terikat, sehingga berlaku persamaan sebagai berikut. 1 4

+ 1) λ x P = (2n + n

= (2(3) + 1) = (7)

1 4

1 4

(4 m)

(4 m) = 7 m dari ujung terikat

Letak perut ke-4 dari sumber getar = ( – – x P ) m 4 = (10 – 7) m = 3 m. Jadi, letak perut ke-4 dari sumber getar adalah 3 m. 16. Jawaban: e Diketahui: v = 40 cm/s T = 5 s  = 12 m Ditanyakan: x S dan x P 4 6 Jawab:

v = =

k

24π rad/s 0, 8π /m

= 30 m/s

A = 5 m Jadi, penyataan yang tepat adalah pilihan d. 18. Jawaban: d

y = 4 sin (

Diketahui:

π x

15

) cos 96 96π π t t

x = 5 cm Ditanyakan: y maks Jawab: Pada x = = 5 cm, simpangan y sebagai berikut. = 4 sin ( y =

y = = 4 sin

π x

15

π

3

) cos 96 96π π t t

π t t cos 96 96π

T

persamaan menjadi:

1

1

x S = (2(3)) 4 (2 m) 4

=

12 4

m

= 3 m dari ujung terikat 1

x P = (2n + 1) 4 λ n

x P = (2(5) + 1) 6

=

22 4

1 4

(2 m)

m

17. Jawaban: d π t Diketahui: y = 10 cos 0,8π 0,8π x sin 24 24π x sin t Ditanyakan: λ , f , w , v , dan A Jawab: = 10 cos 0,8π 0,8π x sin 24π 24π t y = x sin t sin ω t y = 2 A cos kx sin t λ = =

2π k

λ = =

2π = 0, 8π /m

2,5 m

ω

2π

= 12 Hz


1 2

π

3

)(1)

3 ) = 2 3 cm

Jadi, nilai simpangan maksimum pada x = = 5 cm sebesar 2 3 cm. 19. Jawaban: d D i k e t a hu i : λ = 40 m λ = = 2 sekon T = μ = 2 × 10–2 kg/m Ditanyakan: F Jawab: = v =

= 5,5 m dari ujung terikat Jadi, letak simpul ke-4 dan perut ke-6 dari ujung terikat berturut-turut adalah 3 m dan 5,5 m.

24π rad/s 2π

y maks = 4(sin y maks = 4(

n

38

= v =

ω

maksimum jika cos 96π 96π t = 1, dengan demikian y maksimum t =

x S = (2n ) λ 4

= f =

= v =

λ

λ = = vT λ = = (40 cm/s)(5 s) = 200 cm = 2 m

= f =

ω = = 24 24π π

= v =

v = =

λ

T 40 m

2 sekon sekon

= 20 m/s

F μ

20 m/s m/s =

F 2 × 10 −2 kg/m F

400 m2 /s2 = 2 × 10−2 kg/m F = (400 m2 /s2)(2 × 10–2 kg/m) = 8 N Jadi, gaya yang mengenai dawai tersebut sebesar 8 N. 20. Jawaban: e Diketahui: v A : v B = 2 : 3 F A = 2 F B A = B Ditanyakan: m A : m B

Jawab: F  m

= v =

Dawai mempunyai panjang yang sama sehingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut. v A v B 2 3

F A m A

=

= k =

F B m B

2F B m A

=

= k = = T =

2 m A

4 9

=

4 9

=

2m B m A

4 m B

=

18 m A

m A m B

=

18 4

= T =

1 m B

ω = = ω = =

=

9 2

2π 1,5 m

=

λ = =

2π k

λ = =

2π = 0, 5π /m

T=

= v =

= π rad/s rad/s

= 0,5 sin (π (π t y = t –

f v A t x Ditanyakan: y Jawab: λ = =

4m

2π T 2π ω

2π 40π rad/s

4 π x x) 3

Jadi, persamaan simpangan gelombang adalah

= k =

= 0,05 sekon

Jadi, periode gelombang sebesar 0,05 sekon. = v =

2π T 2π 2 sekon sekon

4 π x ) . x). 3

= 4 Hz = 10 m/s = 60 cm = 0,6 m = 2 sekon =1m

v f 10 m/s m/s

λ = = 4 Hz = 2,5 m

Jadi, panjang gelombang sebesar 4 m.

T = =

2 sekon


1. Diketahui: y = 25 sin π (40 (40t – – 0,5x ) Dita Di tany nyak akan an:: a. A c. T b. λ d. v Jawab: (40t – – 0,5x ) y = 25 sin π (40 y = t – = A sin (ω (ω t – kx ) a. A = 25 m Jadi, amplitudo gelombang sebesar 25 m.

ω = =

t n 3s = 1,5

4 π /m 3

= 0,5 sin (π (π t y = t –

B. Uraian

d.

λ

= A sin (ω (ω t – kx ) y = t –

Jadi, perbandingan massa dawai A dan B adalah 9 : 2.

c.

2π

F B m B

b.

λ = 1,5 m t = 3 s n = 1,5 A = 50 cm = 0,5 m Ditany Dit anyaka akan: n: pe pers rsam amaa aan n y Jawab:


λ

T

4m 0,05 sekon sekon

= 80 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 80 m/s.

= k =

2π λ

2π 2,5 m =

π 0,8π 0,8

ω = = 2π f f ω = ω = 2π 2 π (4 (4 Hz) = 8π 8π rad/s rad/s = A sin (ω (ω t y = t + kx ) = 0,6 sin (8π (8π t + 0,8 π x y = t + x) Pada saat waktu 2 sekon dan jarak 1 m, persamaan menjadi sebagai berikut. y = 0,6 sin (8π (8π (2) (2) + 0,8π 0,8π (1)) (1)) = 0,6 sin (16π (16π + + 0,8π 0,8π ) = 0,6 sin (16,8π (16,8π ) = 0,6(0,59) = 0,35 m Jadi, simpangan gelombang pada waktu 2 sekon dan jarak 1 m adalah 0,35 m. 4. Diketahui: v = 18 18π π cos cos π (0,4 (0,4x + 9t ) Ditanyakan: A, v , dan θ

Fisika XI

39

Jawab: 18π π cos cos π (0,4 (0,4x + 9t ) v = 18 18π π cos cos (0,4π (0,4π x v = 18 x + 9π t t ) cos (kx + ω t v = Aω cos t ) a. Am Ampl plit itud udo o ge gelo lomb mban ang g ω = = 18 18π π Aω (9π π ) = 18π 18π A(9

A=

18π m/s 9π rad/s

= 2 m

Jadi, amplitudo gelombang sebesar 2 m. Cepa Ce patt ram ramba batt gel gelom omba bang ng

b.

= v = = v =

ω

k

9π rad/s 0, 4π /m

= T =

= 22,5 m/s

ω

2π 9π rad/s

λ = =

2π k

=

2 9

s

) sin (10 (10π π t t + (

60° 2

))

= 2,4 cos (30°) sin (10π (10π t + (30°)) y = t +

Ai = 2(1,2) cos

60 2

Ai = 2,4 cos 30 Ai = 2,4(

2π

θ = θ = 2π 2 π ⎛⎜

t − x ⎞⎟ T λ ⎠ ⎝

⎛

⎞

θ = θ = 2π 2 π ⎜ 22 − 1 ⎟ ⎜9 ⎝

5⎟

⎠

θ = = 2π (9 (9 – 0,2) θ = θ = 2π (8,8) (8,8) = 17,6π 17,6π Jadi, sudut fase gelombang sebesar 17,6π 17,6π . 5. Diketahui: v = = 4,8π 4,8π cos cos π (6 (6t – 20x ) Ditanyakan: y maks dan amaks Jawab: = ∫ v dt y = v dt (4,8π cos cos (6π (6π t – 20 20π π x y = ∫ (4,8π x) dt sin (6 (6π π t – 20 20π π x x)

= 0,8 sin (6π (6π t – 20 20π π x y = x) Simpangan maksimum terjadi jika nilai sin = 1, maka persamaan menjadi sebagai berikut. y maks = 0,8 m

a =

dv dt

a =

d (4, 8π cos (6π t − 20π x )) dt

–4,8π π (6π (6π ) sin (6π (6π t – 20 20π π x a = –4,8 x) 2 –28,8π sin (6π (6π t – 20 20π π x a = –28,8π x)

40

60° 2

= 2(1,2) cos ( y =

Ai = 2 A cos ( 2 )

= T =

4,8π 6π

θ

= 2A cos ( ) sin (ω (ω t y = t + ( 2 )) 2

θ

2π

λ = = 0, 4π /m = 5 m

y =

θ = 60° f = 5 Hz A = 120 cm = 1,2 m Ditany Dit anyaka akan: n: pe pers rsam amaa aan n y dan dan Ai Jawab: ω = = 2π f f ω = ω = 2π 2 π (5 (5 Hz) = 10π 10π rad/s rad/s


θ

Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 22,5 m/s Sud Su dut fa fas se gel gelo omb mban ang g

c.

Percepatan maksimum terjadi jika nilai sin = 1, maka persamaan menjadi sebagai berikut. –28,8π 2 m/s2 a = –28,8π Jadi, simpangan maksimum dan percepatan maksimum secara berturut-turut adalah 0,8 m dan –28,8π –28,8π 2 m/s2.


1 2

3 ) = 1,2 3 m

Jadi, persamaan interferensi dan amplitudo interferensi berturut-turut adalah 2,4 cos (30°) sin (10π (10π t + (30°)) dan Ai = 2,4 cos 30. t + π t x cos t 7 . D i k e t a hu i : y = 3 sin 20π x cos 9 9π Ditanyakan: λ , f , dan v Jawab: λ = λ = =

2π k 2π 20π /m

= 0,1 m

Jadi, panjang gelombangnya adalah 0,1 m.

f = =

ω

2π 9π rad/s 2π

= 4,5 Hz

Jadi, frekuensi gelombangnya adalah 4,5 Hz. v = λ f f = (0,1 m)(4,5 Hz) = 0,45 m/s Jadi, cepat rambat gelombangnya 0,45 m/s.

T = 4 sekon n = 3 gelombang  = 4,5 m A = 85 cm = 0,85 m Ditany Dit anyaka akan: n: pe pers rsam amaa aan n y Jawab: λ = =  n λ 3λ = = 4,5


λ = =

k = =

4,5 3 2π λ

= k =

2π 4π = 1,5 m 3m

ω = =

2π T

ω = =

2π 4 sekon sekon

f A =

v A v B

= 0,5π 0,5π rad/s

4 π x cos x cos 3

= 2(0,85) sin y =

y = 1,7 sin

4 π x cos x cos 3

0,5π 0,5 π t t

0,5 π t t

Jadi, persamaan gelombang tersebut adalah

y = 1,7 sin

4 π x cos x cos 3

0,5 π t t.

x P = 3 m dari ujung bebas 4 x S = 3,5 m dari sumber getar 6 = ( – 3,5) m dari ujung bebas


Ditanyakan: Jawab:



1 4

x P = (2n ) λ n

1 4

3m= 12 6

1 4

6

3,5 3, 5 m = ( – ((2)(5) + 1) 22 4

1 4

)m

=

F B m B 72 2

v A v B

=

v A v B

=

6 8

=

v A f A v A f B

=

3 1 4 2

=

3 2

λ A

(2 m))

F A m A

=

λ B

+ 1) λ ) x S = (  – ((2n +

F B  m B

v A v B

λ A

m = 2 m

3,5 3, 5 m = ( –

v A v B

λ B

6 λ 4

=

F A  m A

Dawai A dan B mempunyai panjang yang sama sehingga persamaan dapat ditulis menjadi sebagai berikut.

λ A

x P = (2(3)) λ 4

1 f 2 B

Ditanyakan: v A : v B dan λ A : λ B Jawab:

= 2A sin kx cos cos ω t y = t

λ = =

F A = 72 N F B = 64 N m A : m B = 2 : 1

10.. Di 10 Dike keta tahu hui: i:

m = 1,5 m

λ B

64 1

36 64

=

3 4

Jadi, perbandingan cepat rambat dawai sebesar 3 : 4 dan perbandingan panjang gelombang dawai sebesar 3 : 2.

3,5 3, 5 m = ( – 5,5) m = (3,5 + 5,5) m = 9 m Jadi, panjang keseluruhan tali adalah 9 m. 

Fisika XI

41

A.

Piliha Pil ihan n Gan Ganda da

1. Jawaban: a Diketahui: T t = 1.200 K η = 50% ´ η′ = 60% Ditanyakan: T t′ Jawab: Cari terlebih dahulu suhu pada reservoir suhu rendah. ⎛

⎞

T η = ⎜1 − r ⎟ × 100% T t

⎝ ⎠ ⎛ T ⎞ 50% = ⎜1 − r ⎟ × 100% T t ⎠ ⎝ T r

0,5 0, 5 = 1 – 1.200 1.200 K T r 1.200 1.200 K

= 0,5

T r = 600 K Setelah itu, dapat ditentukan suhu pada reservoir suhu tinggi agar efisiensinya 60%. ⎛

T

⎞

η′ = ⎜1 − r ⎟ × 100% T ′

t ⎠ ⎝ ⎛ 600 600 K ⎞ 60% = ⎜1 − ⎟ × 100% T t′ ⎠ ⎝

0,6 0, 6= 1– 600 600 K T t′

proses isokhorik, volume tetap sehingga usaha gas bernilai nol. Energi dalam pada proses isokhorik sama dengan kalor yang diterima gas. Jadi, pernyataan yang tepat ditunjukkan oleh angka 1) dan 3). 3. Jawaban: d Diketahui: n = 0,5 kmol p 1 = 120 kPa V 1 = 250 cc/kmol W = 4,2 J Ditanyakan: T 2 Jawab: V 1 = (250 cc/kmol)(0,5 kmol) = 125 cc = 1,25 × 10–4 m3 W = W = p ∆V 4,2 J = (1,2 (1,2 × 10 105 Pa)( Pa)(V V 2 – 1,25 × 10–4 m3) V 2 – 1,25 × 10–4 m3 = 3,5 × 10–5 m3 V 2 = 1,6 × 10–4 m3 W = W = nR ∆T 4,2 J = (0,5 kmol)(R kmol)(R J/kmol J/kmol K) K) ∆T 8,4 R

V 1 T 1

=

V 2 T 2

V 1 T 1

=

V 2 ΔT + T 1

1, 25 × 10 -- 4 m 3 T 1

=

1, 6 × 10-- 4 m 3 ΔT + T 1

600 600 K T t′

= 0,4

T t′ =

600 600 K T t′

= 1.500 K

Jadi, suhu pada reservoir tinggi harus dinaikkan menjadi 1.500 K atau 1.227°C. 2. Jawaban: b Pada proses isobarik, gas mengalami perubahan volume pada tekanan tetap. Gas melakukan usaha sehingga energi dalam pada proses isobarik sama dengan kalor yang diterima gas dikurangi dengan usaha yang dilakukan gas. Pada

42

T = = ∆T

Ulangan Tengah Semester

K

( ∆T + T 1)(1 )(1,25 ,25)) = 1,6 T 1 (

8,4 R

K + T 1)(1 )(1,25 ,25)) = 1,6 T 1

10,5 R

K + 1,25 T 1 = 1,6 T 1

0,35 T 1 = T 1 =

10,5 R 30 R

Jawab:

K

p1V 1y = p 2V 2y ⎛ V 1 ⎞ p 2 = p 1 ⎜ V ⎟ ⎝ 2⎠

K

T 2 = ∆T + + T 1 = =

8,4 R

K+

38,4 R

1,4

30 R

K

K

Jadi, suhu akhir gas adalah

38,4 R

K.

4. Jawaban: e Diketahui: T r = –10°C = 263 K T t = 10°C = 283 K Q r = 2.630 J Ditanyakan: W Jawab: Q r

T r

K d = W = T − T 1 t r 263 263 K

2.63 2.630 0J W

= (283 − 263) K 2.63 2.630 0J 263

W = = (20)

= 200 J

Jadi, usaha yang dilakukan kulkas sebesar 200 J. 5. Jawaban: a Diketahui: Q 1 = 2 × 104 J T 1 = 600 K T 2 = 400 K Ditanyakan: Q 2 Jawab: Q 2 Q1 − Q 2

=

T 2 T1 − T 2

Q 2 4

2 × 10 J − Q 2

Q 2 =

4 2

=

y

400 400 J 600 J − 400 J

(2 × 104 J – Q 2)

Q 2 = 4 × 104 J – 2Q 2Q 2 3Q 2 = 4 × 104 J Q 2 = 1,3 × 104 J Jadi, kalor yang dibuang sebanyak 1,3 × 104 J. 6. Jawaban: b Diketahui: V 1 : V2 = 10 : 1 V 1 =1L p 1 = 1,5 × 105 Pa = 150 kPa T 1 = 33°C = 306 K γ = 1,4 Ditanyakan: p 2

⎛ 10 ⎞ = (150 kPa) ⎜ ⎟ ⎝ 1⎠ = (150 kPa)(25,12) = 3.768 kPa Jadi, tekanan akhir sebesar 3.768 kPa.

7. Jawaban: c Diketahui: V 1 = 1 L = 0,001 m3 V 2 = 2 L = 0,002 m3 p = 100 kPa = 100.000 Pa Ditanyakan: Q Jawab: U = U = Q – – W 120 J= Q – – p ∆V Q = Q = 120 J + (100.000 Pa)(0,002 – 0,001) m3 = 120 J + 100 J = 220 J Oleh karena Q bertanda bertanda positif sehingga sistem menerima kalor sebanyak 220 J. 8. Jawaban: b Diketahui: p A = 2 × 105 N/m2 p B = pC = 6 × 105 N/m2 V A = V B = 5 × 10–3 m3 V C = 15 × 10–3 m3 Ditanyakan: W ABC Jawab: W AB = p ∆V = = 0 W BC = p B∆V CB = (6 × 105 N/m2)(15 – 5) × 10–3 m3 = 6.000 J ⎛ p + p ⎞ W CA = ⎜ A C ⎟ (V A – V C) ⎝ 2 ⎠ ⎛ (2 × 105 + 6 × 105) N/m2 ⎞ = ⎜⎜ ⎟⎟ (5 × 10–3 – 15 × 10–3) m3 2 ⎝ ⎠ 5 = (4 × 10 )(–10 × 10–3) J = –4.000 J W ABC = W AB + W BC + W CA

= (0 + 6.000 – 4.000) J = 2.000 J Jadi, usaha pada sistem memiliki nilai 2.000 J. 9. Jawaban: c Diketahui: K d = 5,2 T t = 27°C = 300 K Ditanyakan: T r

Fisika Kelas XI

43

Jawab:

Jawab: K d = 5=

T r Tt

η = ⎛⎜1 − T r ⎞⎟ × 100%

− T r

⎝ T t ⎠ T r ⎛ ⎞ ⎟ × 100% 60% 60 % = ⎜1 − 1.500 1.5 00 K ⎝ ⎠

T r 300 300 K − T r

(5)(300 K – T r) = T r 1.500 K – 5T 5T r = T r 6T r = 1.500 K T r = 250 K = –23°C Jadi, suhu pada reservoir rendah sebesar –23°C. 10. Jawaban: d Diketahui: n = 1 mol T = = 20°C = 20 K ∆T Q = 150 kal Ditanyakan: U Jawab: W = nR ∆T = (1 mol)(8,314 J/mol K)(20 K) = 166,28 J = 39,9072 kal ≈ 40 kal U = Q – – W = 150 kal – 40 kal = 110 kal Jadi, usaha dalam yang tersimpan sebesar 110 kal. 11. Jawaban: c Diketahui: W = 90 kal W = Q r = 540 kal T r = 27°C = 300 K Ditanyakan: T t Jawab: K d = = 540 kal 90 kal kal

=

Q r W T r Tt

− T r

300 300 K T t − 300 300 K

6(T t – 300 6(T 300 K) = 30 300 0K 6T t – 1.800 1.800 K = 300 K T t =

2.100 2.100 K 6

= 350 K Jadi, suhu pada reservoir suhu tinggi adalah 350 K. 12. Jawaban: e Diketahui: η = 60% T t = 1.500 K Ditanyakan: T r

44


0,6 0, 6= 1– T r 1.500 1.500 K

T r 1.500 1.500 K

= 0,4

T r = 600 K Jadi, nilai T r sebesar 600 K. 13. Jawaban: c Diketahui: x = 4 m t = 20 s Ditanyakan: λ Jawab: f = =

4 5s

= 0,8 Hz

v = =

x 4m = t 20 s

λ = =

v f

=

= 0,2 m/s

0,2 m/s m/s 0,8 Hz

= 0,25 m = 25 cm

Jadi, panjang gelombang air 25 cm. 14. Jawaban: d Diketahui: v

= 20 m/s

1 λ = 2

2m

Ditanyaka Ditany akan: n: per pernya nyataa taan n yang benar benar Jawab: Panjang gelombang sama dengan jarak dua bukit yang berdekatan atau jarak antara dua lembah yang berdekatan. Adapun jarak antara bukit dan lembah yang berdekatan adalah setengah panjang gelombang. Jadi, panjang gelombang air laut 4 m. v = v = 20 m/ m/s s=

λ

T

4m T

T = T = 0,2 s T = T = 0,2 0, 2s=

t n

1menit n 60 s

n = n = 0, 2 s = 300 gelombang Jadi, pernyataan yang benar adalah pilihan d.

15. Jawaban: a Diketahui: 3λ = 9 m → λ = = 3 m t = 2,4 s n = 3 Ditanyakan: v Jawab: v = λ f f n

= λ

t

⎛ 3 ⎞ = (3 m) ⎜ 2,4 s ⎟ ⎝ ⎠ = 3,75 m/s Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 3,75 m/s.

16. Jawaban: d Gelombang mekanik adalah gelombang yang selalu membutuhkan medium dalam perambatannya. Akibatnya, gelombang mekanik tidak dapat merambat di ruang angkasa. Contoh gelombang mekanik adalah gelombang bunyi. Kecepatan bunyi akan berubah ketika melewati medium yang memiliki kerapatan yang berbeda. Jadi, pernyataan yang benar ditunjukkan oleh angka 2) dan 4). 17. Jawaban: d Jarak antara bukit dan lembah yang berdekatan sama dengan setengah panjang gelombang. Oleh karena jarak kedua gabus 4 m, maka panjang gelombang adalah dua kali jarak tersebut yaitu 8 m. Jarak yang ditempuh gabus yaitu 2 sekon sehingga cepat rambat gelombang adalah jarak kedua gabus dibagi waktu tempuhnya yaitu 2 m/s. 18. Jawaban: e λ 1 = 500 m Diketahui: v 2 = 100 m/s λ 2 = 200 m Ditanyakan: v 1 Jawab: f 1 = f 2 v 1 λ 1

v 1 500 500 m

= =

v 1 =

v 2 λ 2

100 m/s 200 200 m 100 m/s 200 200 m

v = =

= 250 m/s Jadi, cepat rambat gelombang tsunami saat mulai terbentuk sebesar 250 m/s. 19. Jawaban: c Jarak dua lembah yang berurutan sama dengan panjang gelombang. Dengan demikian cepat rambat gelombang dapat dihitung dengan persamaan berikut.

T

24 cm 2s

= 12 cm/s Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 12 cm/s. 20. Jawaban: c Diketahui: L = 1 m Simpul = 4 Ditanyakan Ditan yakan:: letak perut kedua dari ujung pantul Jawab: Tali membentuk 4 simpul sehingga simpul keempat berjarak 1 m dari ujung pantul. Panjang gelombang dapat dicari dengan persamaan berikut. 1 4

1 m = (2n (2n )( )( λ ) 1 m = (2)(3)(

λ = =

2 3

1 4

)λ

m

Jarak perut kedua dari ujung pantul 1 4

X = (2n (2n + + 1)( λ ) = ((2)(1) + 1)( =

1 2

1 4

)(

2 3

m)

m

Jadi, jarak perut kedua dari ujung pantul adalah 1 2

m atau 50 cm.

21. Jawaban: e Persamaan gelombang secara umum dituliskan dalam persamaan berikut. y = = A sin (kx (kx ± ± ω t t) Persamaan gelombang pada soal adalah y = = 10 sin π (0,4 x + 5t ). ). dari persamaan tersebut dapat diperoleh nilai amplitudo (A (A) yaitu 10 cm. Oleh karena tanda kx positif sehingga gelombang merambat dari kanan ke kiri atau x negatif. Panjang gelombang dan frekuensi gelombang dapat dihitung dengan persamaan berikut. k = =

(500 m/s)

λ

= λ =

2π λ

2π 0, 4 π /cm

= 5 cm

ω = = 2π f f f = =

ω

2π 5π rad/s 2π

= 2,5 Hz Jadi, jawaban yang tepat adalah pilihan e.

Fisika Kelas XI

45

22. Jawaban: a

Jarak perut dan simpul yang berdekatan = (0,4 – 0) m = 0,4 m. Jadi, pernyataan yang tepat terdapat pada angka 2) dan 3).

Simpangan A = 2 cm

24. Jawaban: a Diketahui: n = 5  = 2 m Ditanyakan: Ditan yakan: letak perut ketiga dari ujung bebas dan ujung terikat. Jawab: Pada ujung terikat, letak perut ketiga dapat dihitung dalam persamaan berikut.

B A

3

6

8 9

12

t

x = 8 cm

= 12 cm λ = 2π T

= ω =

dan v = = f λ = λ =

y B = A sin (

λ

x v

)(gelombang merambat ke kanan) x ) v

Jadi, y Jadi, y B = A sin ω (t (t – – y B = A sin (ω t t – – kx ) = 2 sin (

3π 2

–

2π (8) 12

y B = 2 sin (

3π 2

–

16π 12

= 2 sin

2 π 12

= 2 sin

1 π 6

=

2π

v = k =

λ =

ω

=

k

8π rad/s 2π

8π rad/s 5π /m 4

v f

= ∆ϕ =

)

= λ

200 m/s

= 400 400 Hz = 0,5 m Δx λ

(0,5)(0,5 m) = 0,25 m Jadi, jarak dua titik yang memiliki beda fase 0,5 adalah 0,25 m.

= 4 Hz

26. Jawaban: e y = y = 12 sin (0,75π )x )x cos π (20t (20t – 10 ) = 12 sin (0,75π )(6) )(6) cos π ((20)(1,25) ((20)(1,25) – 10) = 12 sin 4,5π cos15 cos15π = 12(1)(–1) = –12 Jadi, simpangan gelombang adalah –12 cm. 27. Jawaban: c Kasus tersebut jika diilustrasikan sebagai berikut.

= 6,4 m/s

2π

y (cm) (cm)

λ

2π 5π

4

/m

x (cm) (cm)

= 1,6 m 60 cm

Jarak perut pertama = 0 m 1 4

Keterangan: n = 20 kali t = 10 s

Jarak simpu simpull pertama pertama = (2n (2n + + 1) λ = ((2)(0) + 1)( = 0,4 m

46

1 λ 4

= ∆ϕλ = = ∆x =

23. Jawaban: c ω = = 2π f f ω

λ = 1,25 λ

25. Jawaban: a Diketahui: v = 200 m/s f = 400 Hz ∆ϕ = 0,5 Ditanyakan Ditan yakan:: jarak titik yang berbeda fase Jawab:

λ = =

)

= 1 cm Jadi, simpangan di titik B sebesar 1 cm.

f = =

1 4

x = x = (2n (2n ) λ = ((2)(2))

Persamaan simpangan di setiap titik P yang ber jarak z cm dari ujung O adalah: y p = sin ω (t t – –

1 4

Pada ujung bebas, letak perut ketiga dapat dihitung dalam persamaan berikut.

2π t 2π x – ) λ T

2π t 3π = T 2

Fase A =

1

4

x = x = (2n (2n + + 1) λ = ((2)(2) + 1)

T


1 4

)(1,6 m)

Panjang gelombang diperoleh dari jarak dibagi dengan gelombang yang terbentuk.

λ =

Jawab: y = A sin (ω t t – – kx ) π ⎞ ⎛ = 4 sin ⎜100π t − 4 x ⎟ ⎝ ⎠

60 cm 1,5

= 40 cm

v =

Periode gelombang diperoleh dari waktu dibagi banyaknya gelombang. T = =

(

π

x ⎤⎥

)⎦

=

10 s 20

π ⎞ ⎛ = 4(100π ) cos ⎜100π t − 4 x ⎟ ⎝ ⎠

⎣

4

dt

π ⎛ ,4) − (25) 25) ⎞⎟ = 400π cos cos ⎜100π (0,4) 4 ⎝ ⎠ = 400π cos cos (40π – – 6,25π )

Cepat rambat gelombang sebagai berikut.

=

d ⎡⎢4 sin 10 100π t −

t n

= 0,5 s

v =

dy dt

λ

T

= 400π cos cos 33,75π

40cm 0, 5 s

= 400π cos cos 1,75π ⎛1 ⎞ = 400π ⎜ 2 2 ⎟ ⎝ ⎠

= 80 cm/s Jadi, periode dan cepat rambat gelombang berturut-turut adalah 0,5 s dan 80 cm/s. 28. Jawaban: d Diketahui: v = 4 m/s f = 10 Hz A = 5 cm x = 7,9 m t = 2 s Ditanyakan: y Jawab:

= 200π 2 Jadi, kecepatan gelombang 200π 2 cm/s. B. Ur Urai aian an 1.

c.

7,9 ⎞ ⎛ = (5 cm) sin 2π (10) (10) ⎜ 2 − 4 ⎟ ⎝ ⎠ = (5 cm) sin 2π (20 (20 – 19,75) = (5 cm) sin 0,5π =(5 cm)(1) = 5 cm Jadi, simpangan titik B adalah 5 cm.

29. Jawaban: a Jarak simpul dan perut yang berdekatan sama dengan seperempat gelombang. Dengan demikian, panjang gelombang adalah 40 cm. 30. Jawaban: b Diketahui: A = 4 cm k =

4

U = Q – – W = 2.500 kal – 1.800 kal = 700 kal U = U = Q – – W = –800 kal – 0 = –800 kal U = U = Q – – W = –600 kal – (–1.200 kal) = 600 kal

b.

x ⎞ ⎛ y = y = A sin 2π f f ⎜ t − v ⎟ ⎝ ⎠

π

a.

/cm

rad/s ω = 100π rad/s x = 0,25 m = 25 cm t = 0,4 s Ditanyakan: v

2.

p (105 N/m2) b

7

a

c 3

d

1

6

V (m (m3)

W total = W a + W b + W c + W d = 0 + (7 × 105)(1 – 6) J + 0 + (3 × 105)(6 – 1) J = (–35 × 105) J + (15 × 105) J = –20 × 105 J = –2 × 106 J Jadi, usaha total sebesar –2 × 106 J.

Fisika Kelas XI

47


V 1 p 1 V 2 Q Dita Di tany nyak akan an:: a. b. Jawab: a.

b.

= 20 L = 2,5 × 105 Pa = 40 L = 4 kJ = 4.000 J W U

λ =

480 m/s

= 40Hz =12 m Jadi, periode gelombang 0,025 s dan panjang gelombangnya 12 m.

W = p ∆V W = = 2,5 × 105 Pa(40 L – 20 L) = (2,5 × 105 Pa)(20 L) = (2,5 × 105 Pa)(0,02 m3) = 5.000 J Jadi, usaha yang dilakukan gas sebesar 5.000 J.

6. a.

c.

= 400 Hz Ampl Am plit itud udo o gel gelom omba bang ng 4 cm cm

U = Q – – W = 4.000 J – 5.000 J = –1.000 J Jadi, perubahan energi dalam sebesar –1.000 J.

d.

λ =

e.

= 0,2π /cm = 10 cm v = λ f f = (10 cm)(400 Hz) = 4.000 cm/s = 40 m/s

η´ =75% T t =1.500 K T t′ =1.800 K Ditanyakan:´ η ′ Jawab:


η = ⎛⎜1 − T r ⎞⎟ × 100%

⎝ T t ⎠ T r ⎛ ⎞ ⎟ × 100% 75% 75 % = ⎜1 − 1.500 1.500 K ⎠ ⎝

0,75 0, 75 = 1 – T r 1.500 1.500 K

T r 1.500 1.500 K

b.


f = 40 Hz v = v = 480 m/s Ditanyakan: T dan dan λ Jawab:

=

1 f 1 40

Hz

= 0,025 s

48


ω

2π 800π r a ad d/s 2π

2π k


v = 20 cm/s f = 4 Hz A = 8 cm Dita Di tany nyak akan: an: a. Pe Pers rsam amaan aan g gel elom omba bang ng tali tali b. v Jawab: a. Ol Oleh eh kare karena na gelo gelomba mbang ng mera meramba mbatt ke kiri kiri,, persamaan gelombangnya sebagai berikut. y = y = A sin (ω t t + + kx ) x ⎞ ⎛ = A sin 2π f ⎜ t + v ⎟ ⎝ ⎠ x ⎞ ⎛ = 8 sin 2π (4) ⎜ t + 20 ⎟ ⎝ ⎠ = 8 sin 2π (4t (4t + + 0,2x)

η′ = ⎛⎜1 − T r ⎞⎟ × 100% ⎝ T t ⎠

Jadi, efisiensi mesin menjadi 80%.

f =

2π

= 0,25

⎛ 375 375 K ⎞ ⎟ × 100% = ⎜1 − 1.875 1.8 75 K ⎠ ⎝ = (1 – 0,2) × 100% = 80%

Arah Ar ah ram ramba batt gelo gelomb mban ang g dari dari kir kirii ke ke kana kanan. n.

=

T r = 375 K

T =

v f

b.

Kecepatan v = =

dy dt

d ( 8 sin 2π ( 4t + 0, 2x ) ) dt

= 8(8π ) cos 2π (4(0,5 (4(0,5 + 0,2(20)) = 64π cos cos 2π (2 (2 + 4) = 64π cos cos 12π = 64π Jadi, kecepatan partikel saat x = 20 cm dan t = = 0,5 sekon adalah 64π cm/s. cm/s.


= 150 cm f = 5 Hz A = 6 cm v = 10 cm/s Dita Di tany nyak akan an:: a. y saat saat t = = 5 s dan x = = 40 cm b. Per Perut ut kedua kedua dan dan simpul simpul ketig ketiga a Jawab: a. Simpangan y = y = A sin kx cos cos ω t t 

= A sin

2π f x cos cos v

= 6 sin

2π (5) 10

2π ft ft

(40) cos 2π (5)(5) (5)(5)

= 6 sin 40π cos cos 50π = 6(0)(1) =0 b.

Peru Pe rutt ked kedua ua da dan n sim simpu pull ket ketig iga a Tentukan terlebih dahulu panjang gelombang terikat 

=

v f

=

10 cm/s cm/s 5 Hz

x = (2(3) + 1) =


= 180 cm f = 0,8 Hz A = 4 cm v = 8 cm/s Dita Di tany nyak akan an:: a. Ap 

b. Sim Simpul pul keem keempat pat dan dan perut perut keena keenam m Jawab: a. Ap = 2 A cos kx 2π f

= 2(4 cm) cos = 8 cm cos

= 150 cm – ((2)(1) + 1)

1 4

(2 cm)

= 150 cm – 1,5 cm = 148,5 cm

b.

Simpul ketiga dari asal getaran 1 4

(2 cm)

= 150 cm – 2 cm = 148 cm PQ = 2 m λ = 28 cm Ditany Dit anyaka akan: n: sim simpul pul kee keempa mpatt Jawab: Jarak simpul keempat (n (n = = 3) dari ujung bebas

v

x

2π (0, 8) 8

(120)

= 8 cm cos 24π = 8 cm (1) = 8 cm

Perut kedua dari asal getaran


(28 cm)

= 49 m Jarak simpul keempat dari asal getar = PQ – – x = 2 m – 49 cm = 200 cm – 49 cm = 151 cm Jadi, jarak simpul keempat dari titik asal getaran adalah 151 cm.

= 2 cm

= 150 cm – (2)(2)

7 4

1 λ 4

Simpul keempat = 180 cm – ((2)(3) + 1)

1 v 4 f

⎛ 8 cm/s cm/s ⎞ ⎜ 0,8Hz ⎟ ⎝ ⎠ = 180 cm – 17,5 cm = 162,5 cm

= 180 cm –

7 4

Perut keenam = 180 cm – (2)(5)

1 4

(10 cm)

= 180 cm – 25 cm = 155 cm

Fisika Kelas XI

49

Setelah mempelajari bab ini, pesera didik mampu: 1. menjelaska menjelaskann sifat-sifat sifat-sifat gelombang bunyi dan dan menjelaskan menjelaskan fenomena-fenomena fenomena-fenomena bunyi seperti seperti efek Doppler, Doppler, resonansi, resonansi, serta frekuensi harmonik pada dawai dan pipa organa; 2. menjelaska menjelaskann karakteristik karakteristik cahaya sebagai sebagai gelombang gelombang serta menjelaskan menjelaskan penerapan penerapan sifat polarisasi polarisasi gelombang gelombang cahaya dalam dalam teknologi. Berdasarkan pengetahuan dan keterampilan yang dikuasai, peserta didik: 1. mensyukur mensyukurii nikmat Tuhan yang menciptakan menciptakan bunyi bunyi dan cahaya sehingga sehingga dapat dimanfaatkan dimanfaatkan dalam kehidupan kehidupan sehari-hari; sehari-hari; 2. memiliki sikap sikap tanggung tanggung jawab dan teliti dalam dalam menyelesaikan menyelesaikan tugas yang yang diberikan diberikan guru.

Bunyi dan Cahaya Mempelajari

Gelombang Bunyi

Gelombang Cahaya

Mencakup • • • • • • • • •

Mencakup

Klasififik Klas ikas asii Gelo Gelomb mban angg Buny Bunyii Sifa Si fatt-Si Sifa fatt Gelo Gelomb mban angg Buny Bunyii Cepa Ce patt Ram Ramba batt Gel Gelom omba bang ng Bun Bunyi yi Efek Doppler Dawai Pipa Organa Intens Int ensititas as dan dan Tar Taraf af Inte Intensi nsitas tas Bu Bunyi nyi Pelay ayaang ngan an Bu Buny nyii Resonansi

• • • • • •

Pemant Pema ntul ulan an (Re (Reflflek eksi si)) Pemb Pe mbia iasa sann (Ref (Refra raks ksi) i) Pema Pe madu duan an (I (Int nter erfe fere rens nsi) i) Pele Pe lent ntur uran an (Di (Difr frak aksi si)) Peng Pe ngur urai aian an (Dis (Dispe pers rsi) i) Peng Pe ngut utub uban an (P (Pol olar aris isas asi) i)

Mampu • • • •

50

Bunyi dan Cahaya

Menjelaskan Menjelas kan sifatsifat-sifa sifatt gelombang gelombang bunyi bunyi dan fenomen fenomenaa bunyi sepert sepertii efek DopDoppler, resonansi, serta frekuensi pada dawai dan pipa organa. Menjelas Menj elaskan kan sifatsifat-sifa sifatt cahaya cahaya dan menerapk menerapkan an persamaa persamaann untuk menyel menyelesai esai-kan persoalan. Mensyukuri Mensy ukuri nikma nikmatt Tuhan Tuhan telah telah diciptak diciptakannya annya gelomb gelombang ang bunyi bunyi dan dan cahaya cahaya yang yang memiliki karakteristik unik yang menunjang teknologi buatan manusia untuk mempermudah kehidupan. Melaksana Mela ksanakan kan kegiat kegiatan an dengan dengan penuh penuh tangg tanggung ung jawab jawab dan mengol mengolah ah data data dengan teliti.

A.


1. Jawaban: b Intensitas bunyi memiliki persamaan berikut. I = =

P

4π r 2

Intensitas bunyi dipengaruhi oleh daya bunyi (P) dan jarak (r ). ). Nilai I sebanding dengan P dan berbanding terbalik dengan r . Semakin besar P , nilai I semakin besar. Semakin besar nilai r , nilai I semakin semakin kecil. Energi bunyi sebanding dengan daya. Semakin besar daya, semakin besar energi yang dihasilkan. Adapun taraf intensitas dituliskan dalam persamaan berikut. = 10 log TI =

I I 0

Berdasarkan persamaan ini, taraf intensitas menggunakan skala logaritmik bukan skala linier. Dengan demikian, taraf intensitas bunyi dua klakson tidak sama dengan dua kali taraf intensitas bunyi satu klakson. Jadi, jawaban yang benar adalah pilihan b. 2. Jawaban: d Frekuensi yang didengar mobil A f p =

= =

v ± v p f v ± v s s v + v p

f v + v s s

v + 20 f v + 30 s

Frekuensi yang didengar mobil B f p =

v ± v p f v ± v s s

=

v − v p f v − v s s

=

v − 20 f v − 30 s

Frekuensi yang didengar mobil C f p =

v ± v p

f v ± v s s

=

v + v p f v − v s s

=

v + 20 f v − 30 s

Berdasarkan persamaan persamaan di atas, frekuensi sirene yang di dengar A lebih kecil dari frekuensi yang didengar B, dan frekuensi yang didengar C paling besar. 3. Jawaban: a Diketahui: v s = 0 v p = +v p Ditanyakan: f p Jawab: f p

= = =

v ± v p f v ± v s s

+ v p f v + 0 s v + v p f s v

v

Jadi, persamaan yang benar adalah pilihan a. 4. Jawaban: e Benda memiliki frekuensi alami. Begitu juga gelas juga memiliki frekuensi alaminya sendiri. Ketika dentuman memiliki frekuensi yang sama dengan frekuensi alami gelas dan sefase, amplitudo getaran gelas menjadi besar. Energi getaran sebanding dengan kuadrat amplitudo sehingga energi getaran gelas juga menjadi sangat besar. Ketidakmampuan gelas menahan energi yang bekerja padanya menyebabkan gelas pecah. 5. Jawaban: d Diketahui: v = 1.533 m/s v A = 8 m/s v B = 9 m/s f A = 1.400 Hz Ditanyakan: f B Jawab: ⎛ v + v ⎞

B f B = ⎜ ⎟ f A v − v A⎠ ⎝

= ⎛⎜ 1.533 m/s + 9 m/s ⎞⎟ (1.400 Hz) 1.5333 m/s − 8 m/s ⎠ ⎝ 1.53

= 1.415,6 Hz ≈ 1.416 Hz Jadi, frekuensi yang dideteksi awak kapal selam B sebesar 1.416 Hz. 6. Jawaban: d Diketahui: L = 80 cm = 0,8 m v = 340 m/s Ditanyak Dita nyakan: an: bes besaran aran pada pada pipa organ organaa terbuka terbuka

Fisika Kelas XI

51

Jawab: a. Fre Freku kuen ensi si nada nada das dasar ar pipa pipa org organ anaa terbu terbuka ka f 0

(n + 1)

= 2L v (0 + 1)

= 2(0,8 2(0,8 m) (340 m/s) 340 m/s

= 1,6 m = 212,5 Hz b. Fr Frek ekue uens nsii nad nadaa das dasar ar ke ketitiga ga

λ 2 =

= =

2(0,8 m) 2 +1 1,6 m 3

λ 1 =

= =

2L n + 1

2(0,8 m) 1+ 1 1,6 m 2

= 0,8 m = 80 cm Jadi, pernyataan yang benar ditunjukkan oleh angka 2) dan 4). 7. Jawaban: d Diketahui: TI 0 = 40 dB TI n = 70 dB Ditanyakan: n Jawab: TI n = TI 0 + 10 log n 70 = 40 + 10 log log n 30 = 10 lo logg n log n = 3 n = 1.000 Jadi, kebisingan yang dihasilkan 1.000 radio setara dengan jalan raya yang sibuk.

Bunyi dan Cahaya

⎛ r 1 ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ r 2 ⎠

= TI 1 + 10 log = 100 + 10 log

2

⎛ 30 ⎞ ⎜ 3 ⎟ ⎝ ⎠ 10 2

2

= 100 + 10 log = 100 + 20 = 120 TI 2 = 10 log

⎛ I 2 ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ I 0 ⎠

2

⎛ I

⎞

120 = 10 10 log log ⎜⎝ 102−12 ⎟⎠

2L n + 1

= 0,53 m = 53 cm d. Pa Panj njan angg gelom gelomba bang ng saat saat nada nada atas atas perta pertama ma

52

TI 2

(3 + 1)

= 2L v = 4f 0 = 4(212,5 Hz) = 850 Hz Panja Pan jang ng gelo gelomb mban angg saat saat nad nadaa atas atas ked kedua ua

f 3

c.

8. Jawaban: a Diketahui: r 1 = 30 m r 2 = 3 m TI 1 = 100 dB Ditanyakan: I 2 Jawab:

⎛ I

⎞

12 = log log ⎜⎝ 102−12 ⎟⎠ I

1012 = 102−12 I 2 = I Jadi, intensitas bunyi pada jarak 3 m sebesar 1 W/m2. 9. Jawaban: a Diketahui: m = 16 g = 0,016 kg  = 80 cm = 0,8 m F = 800 N Ditanyakan: f 0 Jawab: Nada dasar pada dawai: v

=

F  m

=

(800 (800 N)(0,8 )(0,8 m) 0,016 0,016 kg

= 40.00 .000 m2 /s2 = 200 m/s f 0

v

= 2 200 m/s

= 2(0,8 2(0,8 m) = 125 Hz Jadi, frekuensi nada yang dihasilkan sebesar 125 Hz. 10. Jawaban: d Diketahui: Lbuka = 25 cm = 0,25 m f 0 buka = f n dawai dawai = 150 cm = 1,5 m = 340 m/s v v dawai = 510 m/s Ditanyakan: n

Jawab: f 0 buka

= f n dawai

v 2Lbuka

=

340 340 m/s 2(0,25 m)

=

n + 1

Frekuensi yang didengar Pak Gito saat menjauhi penjual es v

2 dawai n + 1 (510 2(1,5 m)

f p

1 = 680/s 170/s + 1 = 4 n + n = 3 Jadi, frekuensi yang dihasilkan adalah nada atas ketiga. + n +

11. Jawaban: d Hubungan antara panjang pipa dan panjang gelombang untuk pipa organa terbuka adalah:


330 m/s − 20 m/s

m/s)

680/s = (n + + 1)(170/s)

=

= 330 m/ m/s − 15 m/ m/s (690 Hz) 310 m/s

= 315 m/s (690 Hz) = 679 Hz Jadi, frekuensi pelayangan bunyi = 700 Hz – 679 Hz = 21 Hz. 13. Jawaban: e Diketahui:  = 65 cm = 0,65 m d = 0,4 mm = 4 × 10 –4 m

1 3 L = 2 λ 0, λ , 2 λ 2, . . .

Untuk nada atas kedua berlaku: L =

3 2 λ 2 atau λ 2 = L 2 3 2 x = L 3

Hubungan antara panjang pipa dan panjang gelombang untuk pipa organa tertutup adalah: L′ =

F = 200 N ρ = 1,12 g/cm3 = 1.120 kg/m 3 f 0

Ditanyakan: Jawab: Hitung terlebih dahulu cepat rambat bunyi di senar v =

1 3 5 λ 0, λ 1, λ 2, . . . 4 4 4

Untuk nada atas kedua berlaku: 5 4 L′ = 4 λ 2 atau λ 2 = 5 L′

Oleh karena panjang kedua pipa sama yaitu L = L′ maka perbandingan panjang gelombang adalah: x y

=

2 L′ 3 4 L′ 5

=

5 6

Jadi, x : : y = = 5 : 6. 12. Jawaban: e Diketahui: v p = 20 m/s f s = 690 Hz v s = 15 m/s v = 330 m/s Ditanyak Dita nyakan: an: freku frekuensi ensi pela pelayang yangan an bunyi bunyi Jawab: Frekuensi yang didengar Pak Gito saat mendekati penjual es f p

=

v + v p f v + v s s

330 330 m/s+ 20 m/s m/s

= 330 m/s m/s + 15 m/s m/s (690 Hz) 350 m/s

= 345 m/s (690 Hz) = 700 Hz

1

= 2 d = = 2 × 10–4 m

r

F ρ A

=

200 N (1.120 kg kg/m3 )(4π r 2 )

=

200 N (1.12 1.1200 kg/m kg/m )(4) (4)(3,1 (3,14) 4)(2 (2 × 10−4 m)2

=

200 N 5, 62 62688 × 10−4 kg/m

3

= 355. 355.43 4366,7607 ,7607 m2 /s2 = 596,185 m/s Setelah itu dapat dicari nada dasar senar f 0

= (n 2+ 1) v  (0 + 1) = 2(0,65 (596,185 m/s) m) m/s = 596,185 1,3 m

= 458,6 Hz Jadi, frekuensi freku ensi nada dasar yang terbentuk sebesar 458,6 Hz. 14. Jawaban: e Diketahui: TI = 130 dB r = 10 m Ditanyakan: P Jawab: TI = 10 log

I I 0

I

130 = 10 10 log log 10−12

Fisika Kelas XI

53

2. Di Dike keta tahu hui:i:

I

13 = log log 10−12 I 1013 = 10−12 I = 10

Daya rata-rata yang dikeluarkan senapan I =

10 W/m2 =

P

4π r 2

360 cm3 10 cm2

273°C

= 36 cm

Panjang gelombang saat resonansi pertama adalah 4L 2n − 1 4(36 cm) (2)(1) − 1

08425 = 331 m/s 1 + 0, 08 = 331 m/s (1,0413) = 344,67 m/s Setelah itu, dapat dihitung jarak petir dengan pengamat sebagai berikut. s = vt = (344,67 m/s)(3 s) = 1.034,01 m Jadi, jarak terjadinya petir dengan Raharja sejauh 1.034,01 m. 3. Di Dike keta tahu hui:i: Ditanyakan: Jawab: TI 1

= 144 cm = 1,44 m Frekuensi resonansi dapat dihitung sebagai berikut. v = λ

f = =

B. Ur Urai aian an

Diketahui: Ditanyakan: Jawab: v =

=

B ρ v

= 2,5 × 10 9 N/m2 = 13.600 kg/m 3

B

2,5 ×109 N/m2 13.600 kg/m3

TI 2

−7 = 10 log 4 × 10−12

1 × 10

= 10 log 4 × 10 5 = 10 log 10 5 + 10 log 4 = 50 + 6 = 56 TI 2 – TI 1

4. Di Dike keta tahu hui:i: 2

= 183. 183.82 8233,5294 ,5294 m /s

m/s Jadi, cepat rambat bunyi di raksa sebesar 429 m/s. Bunyi dan Cahaya

1 × 10

= 56 dB – 53 dB = 3 dB Jadi, kenaikan taraf intensitas bunyi yang dialami karyawan tersebut sebesar 3 dB.

2

54

−7 = 10 log 2 × 10−12

ΔTI =

ρ

≈ 429

I = 2 × 10 –7 W/m2 n = 2 ΔTI

= 10 log 2 × 10 5 = 10 log 10 5 + 10 log 2 = 50 + 3 = 53

320 m/s 1,44 m = 222,22 Hz

Jadi, resonansi pertama terjadi pada frekuensi 222,22 Hz. 1.

T

273°C

= 331 m/s 1 + 23°C

15. Jawaban: a Diketahui: A = 10 cm2 h = 100 cm V = 360 cm 3 v = 320 m/s Ditanyakan: f Jawab: Panjang kolom udara adalah

=

1+

P

4π (10 m)2

Jadi, daya yang dikeluarkan senapan mesin sebesar 4.000 π W. W.

λ =

Ditanyakan: Jawab: Dihitung terlebih dahulu cepat rambat bunyi pada suhu 23°C. v = 331 m/s

W P = 4.000π W

L =

T = 23°C t = 3 s s

F 1 = 100 N

= f 0 f 2 = 2f 0 f 1

Ditanyakan: F 2

Jawab: f 0 : 2f 0 =

320 m/s

1 2L

F 1 μ

1

: 2L

2000 Hz = 4L 20 tutup

F 2 μ

800Hz

= 0,4 m = 40 cm

F 1

1 2

=

1 2

=

100

1 2

=

10

F 2

F 2

Nada atas kedua

F 2

Jadi, tegangan dawai sebesar 400 N. 5. Di Dike keta tahu hui:i:

Pipa organa terbuka

v = 340 m/s f 3 = 240 Hz

Nada atas ketiga

Ditanyakan: L Jawab: a. Pi Pipa pa or orga gana na te terb rbuuka f 3 =

= = 2400 Hz 24 Hz =

Lbuka

4 1 L = L 5 tutup 2 buka 8 Lbuka = 5 (40 cm)

= 64 cm Jadi, panjang pipa organa terbuka 64 cm atau 0,64 m.

L

2(340 2(340 m/s) L

Panjang minimum pipa berkisar 2,83 m. b. Pi Pipa pa or orga gana na te tert rtut utuup f 3 = f 3 =

(2(3) + 1)v 4L 7 v 4L 7

2(2 + 1)Ltertutup = ((2)(3) + 1)Ltertutup 6Ltertutup = 7Lterbuka

2.380 2.380 m/s ≈ 2,48 m 960 960 Hz

Jadi, panjang minimum pipa berkisar 2,48 2, 48 m.

Lterbuka Ltertutup

= 67

Jadi, perbandingan panjang pipa organa terbuka dan panjang pipa organa tertutup adalah 6 : 7.

f 0 = 200 Hz v = 320 m/s L

Ditanyakan: Jawab: Pipa organa tertutup


Nada dasar v 1 λ 0 → λ 0 = 4Ltutup, f 0 = λ 4 0

7. Dike Diketa tahu hui:i: f 2terbuka = f 3tertutup Ditanyakan: Lterbuka : Ltertutup Jawab: f 2terbuka = f 3tertutup f 2 = f 3 (2n3 + 1)v (n2 + 1)v = 4Ltertutup 2Lterbuka

2400 Hz 24 Hz = 4L (340 m/s) L=

4

= 2 λ 3 = 2λ 3

λ tutup =λ buka

(n + 1)v 2L (3 + 1)v 2L 2v

L ≈ 2,83 m

6. Diketahui:

5 4 λ → λ 2 = Ltutup 4 2 5

Ltutup =

F 2 = 400 N

L =

= 320 m/s

Ltutup

Ditanyakan:

v s = 10 m/s v p = 0 m/s 1 v p = 20 m/s 2 f s = 660 Hz v = 340 m/s f p : f p 1

2

v

= 4L tutup

Fisika Kelas XI

55

Jawab:

Jawab:

v ±v p

1

f p 1

v ±v s v ±v p

=

f p 2

2

v ±v s

f s

TI 2

f s

v +v p

⎛ r 1 ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ r 2 ⎠

= 70 + 10 log

⎛ 2 ⎞ ⎜ 20 ⎟ ⎝ ⎠

1

=

v −v s v −v p

1

v −v s

340 + 0 340 − 10 340 − 20 340 − 10

⎛ 340 ⎞ ⎛ 330 ⎞

= ⎜⎝ 330 ⎟⎠ ⎜⎝ 320 ⎟⎠ =

⎛ 340 ⎞ ⎜ 320 ⎟ ⎝ ⎠

=

17 16

10.. Di 10 Dike keta tahu hui:i:

I = 1 × 10 –5 W/m2 r 1 = 2 m r 2 = 20 m

Ditanyakan: TI 2

A.


1. Jawaban: d Diketahui: y = 4 mm = 4 × 10 –3 m L = 0,8 m d = 2 mm = 2 × 10 –3 m Dita Di tany nyak akan an:: ag agar ar P 2 menjadi setengahnya Jawab: Pada percobaan celah ganda, pola terang terjadi pada saat: sin θ = n λ d sin y L

d

= n λ

Jarak P 2 adalah y . Nilai y dapat dicari dengan persamaan: = y =

n λ L d

1

Cara yang dapat dilakukan agar y menjadi 2 y sebagai berikut. 1

1) Me Meng ngub ubah ah panj panjan angg gelom gelomba bang ng menja menjadi di 2 λ . 1

2) Mengubah ja jara rakk L menjadi 2 L yaitu 0,4 m. 3) Mengubah d menjadi menjadi 2 d yaitu yaitu 4 mm.

2. Jawaban: b Panjang gelombang yang memasuki prisma akan memiliki indeks bias yang berbeda. Semakin kecil panjang gelombang, semakin besar indeks biasnya. Panjang gelombang sinar ungu lebih kecil daripada panjang gelombang sinar biru. Dengan demikian, indeks bias sinar ungu lebih besar dari indeks bias sinar biru. 3. Jawaban: e Sinar matahari tergolong cahaya polikromatis. Ketika dilewatkan pada sebuah prisma akan terjadi dispersi cahaya. Dispersi ini merupakan efek pembiasan cahaya oleh masing-masing frekuensi penyusun cahaya putih. Urutan pembiasan cahaya dimulai dengan cahaya yang memiliki panjang gelombang terbesar dan frekuensi terkecil yaitu merah-jingga-kuning merah-jingga-kuning-hijau-hijaubiru-nila-ungu. Oleh karena itu, pernyataan yang paling tepat adalah pernyataan pada opsi e. 4. Jawaban: d Pada percobaan celah ganda, pola terang terjadi pada saat: d sin sin θ = n λ y L

d

56

Bunyi dan Cahaya

n = 100 TI = 50 dB TI n

Ditanyakan: Jawab: TI n = TI + + 10 log n = 50 + 10 log 100 = 50 + 20 = 70 Jadi, taraf intensitas bunyi 100 mesin jahit sebesar 70 dB.

Jadi, f p1 : f p2 = 17 : 16. 9. Di Dike keta tahu hui:i:

2

= 70 + 10 log 100 = 70 + 10 log 10 –2 = 70 – 20 = 50 Jadi, taraf intensitas bunyi yang didengar pengamat pada jarak 20 m adalah 50 dB.

2

=

2

= TI 1 + 10 log

= n λ

Nilai y dapat dapat dicari dengan persamaan: = y =

λ =

n λ L d

Oleh karena d berbanding berbanding terbalik dengan y , maka 1 d 2

saat jarak antara kedua celah menjadi akibatnya jarak antara dua garis terang yang berurutan menjadi 2 kali semula.

5. Jawaban: b Sesuai hukum pembiasan, cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika melewati medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat. Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal jika melewati medium lebih rapat menuju medium yang kurang rapat. Pada opsi a, kaca lebih rapat dibandingkan udara sehingga pembiasan seharusnya mendekati garis normal. Pada opsi c, udara lebih renggang dibandingkan kaca sehingga pembiasan seharusnya menjauhi garis normal. Pada opsi d, air lebih rapat dibandingkan udara sehingga pembiasan seharusnya mendekati garis normal. Pada opsi e, kaca lebih rapat dibandingkan udara sehingga pembiasan seharusnya mendekati garis normal, lalu menjauhi garis normal. Oleh karena itu, jawaban yang paling tepat adalah opsi b. 6. Jawaban: c Diketahui: d = 0,2 mm λ = 550 nm Dita Di tany nyak akan an:: ag agar ar m lebih lebih kecil Jawab: Pola gelap pada celah tunggal dirumuskan sebagai berikut. λ

sin θ = n d yd L

n =

= 1.500 nm Jadi, panjang gelombang cahaya yang digunakan 1.500 nm. 8. Jawaban: d Diketahui: d = 0,08 mm = 8 × 10 –5 m L =1m y 4 = 2,5 cm = 2,5 × 10 –2 m n = 4 Ditanyakan: λ Jawab: y 4 L

d

= n λ y

λ = d 4 4L

= (8 × =

7. Jawaban: c Diketahui: y = 3 cm = 3 × 10 –2 m d = 0,2 mm = 0,2 × 10 –3 m L =2m n = 2 Ditanyakan: λ Jawab: y d L

λ = n λ

(3 × 10 10 −2 m) (0 (0,2 × 10 10 −3 m) = 2λ 2m 2 λ = 3 × 10–6 m

2 × 10−6 m2 4m

9. Jawaban: c Diketahui: λ = 900 nm = 9 × 10 –7 m L = 20 cm = 0,2 m d = 0,01 mm = 1 × 10 –5 m n = 2 Ditanyakan: y Jawab: = n λ

=

Nilai n menjadi lebih kecil jika lebar celah d semakin kecil, panjang gelombang diperbesar, dan jarak L diperbesar.

⎛ 2, 5 × 10 −2 m ⎞ –5 10 m) ⎜⎜ 4(1 m) ⎟⎟ ⎝ ⎠

= 5 × 10–7 m = 500 nm Jadi, panjang gelombang yang digunakan 500 nm.

y =

yd λ L

m

λ = 1,5 × 10 –6 m

y d L

= n λ

3 × 10−6 2

n λ L d

(2)( (2)(99 × 10−7 m)(0 m)(0,2 ,2 m) −5 1 × 10 m

= 3,6 × 10 –2 m = 3,6 cm Jadi, jarak terang orde dua dengan terang pusat sejauh 3,6 cm. 10. Jawaban: a Diketahui: N = 20.000 garis/cm n = 2 y 2 = 4,2 mm Ditanyakan: λ Jawab: sin θ = n λ d sin 1

λ =

N

sin30° 2

Fisika Kelas XI

57

0,5

= ( 20.000 20.000 garis/ garis/cm cm) 2 = 1,25 × 10 –5 cm = 1.250 × 10 –10 m = 1.250 Å Jadi, panjang gelombang yang digunakan sebesar 1.250 Å. 11. Jawaban: b Diketahui: λ = 425 nm = 4,25 × 10 –7 m y 2 = 8,5 cm = 8,5 × 10 –2 m n = 2 L =2m Ditanyakan: d Jawab: yd L

= n λ

d =

=

n λ L y

2(4,25 ,25 × 10−7 m)(2 m) m) −2 8,5 × 10 10 m

= 2 × 10–5 m = 2 × 10–2 mm = 0,02 mm Jadi, lebar celah adalah 0,02 mm. 12. Jawaban: c Diketahui: λ = 4.500 Å = 4,5 × 10 –7 m L = 1,5 m d = 0,3 mm = 3 × 10 –4 m n = 2 Ditanyakan: y 2 Jawab: y 2

=

L n λ d

=

(1,5 (1,5 m)( m)(2) 2)(4 (4,5 ,5 × 10 10−7m) 3 × 10−4 m

10 –3 m

= 4,5 × = 4,5 mm Jadi, jarak pita terang kedua dari terang pusat sebesar 4,5 mm. 13. Jawaban: b Diketahui: λ = 520 nm = 520 × 10–9 m = 5,20 × 10 –7 m d = 0,0440 mm = 4,4 × 10 –5 m Ditanyakan: θ Jawab: λ sin θ = n λ d sin (4,4 × 10–5 m) sin θ = 1(5,20 × 10–7 m) sin θ =

58

Bunyi dan Cahaya

5,20 × 10−7 m 4,4 × 10−5 m

= 0,0118 θ = arc sin (0,0118) = 0,68° Jadi, besar sudut difraksi dari terang pusat ke terang orde pertama sebesar 0,68°. 14. Jawaban: d Sinar paling kuat dilenturkan jika sudut θ paling paling besar. Sudut paling besar dihasilkan dari cahaya yang memiliki panjang gelombang paling besar. Urutan panjang gelombang dari yang terpanjang adalah merah-kuning-hijau-biru-ungu. Merah melentur paling kuat. Ungu melentur paling lemah. Kuning, hijau, biru, dan ungu melentur lebih lemah dari merah. 15. Jawaban: b Diketahui: λ = 4.500 Å = 4,5 × 10 –4 mm N = 500 garis/mm L = 100 cm = 1.000 mm y 1 = 27 cm = 270 mm Ditanyak Dita nyakan: an: besa besaran ran yang diu diubah bah Jawab: y L

d

= n λ

y =

n λ L d

=

n λ L 1

λL = Nn λ

N

Jarak y lebih lebih dekat jika jumlah kisi lebih sedikit, panjang gelombang lebih kecil, dan jarak layar dengan kisi lebih dekat. Jadi, tindakan yang tepat ditunjukkan oleh angka 1), 3), dan 5). B. Ur Urai aian an

1. Garis terang dan garis gelap yang berdekatan pada celah ganda dituliskan dalam persamaan berikut. = Δy =

n λ L 2d

Jarak garis terang dan gairs gelap yang berdekatan dipengaruhi oleh panjang gelombang cahaya. Panjang gelombang cahaya akan berubah ketika memasuki air. Oleh karena indeks bias cahaya air lebih besar dari indeks bias udara, maka panjang gelombang di air menjadi lebih kecil. Panjang gelombang cahaya yang semakin kecil akan menghasilkan jarak garis terang dan garis gelap yang berdekatan semakin kecil. 2. Tin Tinjau jau huk hukum um pem pembias biasan an sin θ i sin θ r sin θ i sin θ r

=

n 2 n 1

= 1,333 1

→ sin

θ r =

sin θ i = 0,75 sin θ 1 1,333

Hasil dari penurunan persamaan ini membuktikan bahwa besar sudut bias lebih kecil dari sudut datang. Oleh karena itu, cahaya tampak mendekati garis normal. 3. Di Dike keta tahu hui:i:

d L y n λ

Ditanyakan: Jawab: yd L

= n λ λ

λ =

yd nL

=

10 –4 m

= 0,5 mm = 5 × = 100 cm = 1 m = 0,4 mm = 4 × 10 –4 m =1


Ditanyakan: Jawab:

2nt = ⎛⎜ m + 21 ⎞⎟ λ ⎝ ⎠ 2(1,25) t = ⎛⎜ 0 + 1 ⎞⎟ (600 nm)

2⎠ 300 nm = 120 nm 2,5

⎝

t =

Jadi, tebal lapisan tipis tersebut sebesar 120 nm. 7. Diketahui:

(4 × 10 −4 m)(5 × 10−4 m) (1)(1m)

= 2 × 10–7 m Jadi, panjang gelombang yang digunakan 2 × 10–7 m. λ = 500 nm = 5 × 10 –7 m L=1m n = 2 y = 4 cm = 4 × 10 –2 m d


Ditanyakan: Jawab: sin θ =

y L

sin θ =

4 × 10−2 m 1m

sin θ = 4 × 10–2 λ sin θ = n λ d sin n λ λ

= sin θ =

2(5 × 10−7 m) 4 × 10−2

y 3d L

λ = 500 nm d = 0,0025 mm = 2500 nm n

Ditanyakan: Jawab: Orde maksimum terjadi jika sin θ bernilai bernilai 1. d sin sin θ = n λ (2.500 (2.5 00 nm)(1) nm)(1) = n (500 (500 nm) 2500 nm n = 500 nm = 5

Jadi, orde maksimum yang terbentuk adalah 5.

= 0,25 mm = 2,5 × 10 –4 m = 50 cm = 0,5 m = 600 nm = 6 × 10 –7 m =3

λ = n λ

=

n λ L d

(3)(6 × 10−7 m)(0,5 m) 2, 5 × 10−4 m

= 3,6 × 10 –3 m = 3,6 mm Jadi, jarak y 3 adalah 3,6 mm. b. Ja Jarak rak ge gela lapp perta pertama ma dari dari ter teran angg pusa pusatt y 1d L

= n λ λ

y 1 =

= 2,5 × 10 –5 m Jadi, lebar celah 2,5 × 10 –5 m. 5. Di Dike keta tahu hui:i:

d L λ n

Dita Di tany nyak akan an:: a. y 3 b. Jara Jarakk gelap gelap pertam pertamaa dari dari terang terang pusat c. Besa Besaran ran yang beru berubah bah jika panjang gelombang diperbesar Jawab: a. Mencari ja jarak y 3 y 3 =

= 4 × 10–2

d

n = 1,25 λ = 600 nm m = 0 d

=

n λ L d

(1)(6 × 10−7 m)(0,5 m) 2, 5 × 10 −4 m

= 1,2 × 10 –3 m = 1,2 mm c. Persa Persama maan an pad padaa celah celah tung tungga gall sebag sebagai ai berikut. y nd L

λ = n λ

λ =

y nd nL

Dianggap lebar celah dan jarak celah dengan layar tetap. Besaran yang berubah jika panjang gelombang diubah adalah jarak gelap dari terang pusat dan orde maksimum. Jika panjang gelombang lebih besar, jarak gelap semakin jauh dari terang pusat dan orde maksimum yang terjadi lebih sedikit.

Fisika Kelas XI

59


N = 5.000 n = 2 θ = 30°

garis/cm

b.

1 ⎛ ⎞ (1)) ⎜ 500/mm ⎟ (1 ⎝ ⎠

Ditanyakan: λ Jawab: sin θ = n λ d sin 1 N

=

λ =

10. Diketahui:

= 2.500 Å = 2,5 × 10 –4 mm = 500 garis/mm Dita Di tany nyak akan an:: a. Su Sudu dutt saa saatt n = = 2 b. n maksimal maksimal Jawab: a. Sudut saat n = = 2 d sin sin θ = n λ λ N

1 sin θ = 2λ 500/mm sin θ = 2(2,5 × 10 –4 mm)(500/mm)

sin θ = 0,25 θ = 14,45° Jadi, sudut deviasi orde kedua adalah 14,45°.

Bunyi dan Cahaya

L λ d

= 5 × 10 –7 m = 500 nm

Jadi, panjang gelombang yang digunakan adalah 500 nm. 9. Di Dike keta tahu hui:i:

1 (500/mm)(2,5 × 10 −4 mm) 1 = 8 0,125

Jadi, jumlah orde maksimal adalah 8.

(0,5 (0 ,5)) = 2λ 0,5 cm 10.000

= n (2,5 (2,5 × 10–4 mm)

n =

sin 30 30°° = 2λ

1 5.000/cm

60

Jumlah n maksimal maksimal sin θ = n λ d sin

= 80 cm = 0,8 m = 7 × 10–7 m = 0,4 mm = 4 × 10 –4 m

Dita Di tany nyak akan an:: a. Δy b. Jara Jarakk dua gari gariss terang terang yang yang berurutan Jawab: a.

Δy =

=

Lλ 2d

(0, 8 m)(7 × 10−7 m) 2(4 × 10−4 m)

= 7 × 10–4 m = 0,7 mm Jadi, jarak antara garis terang dan garis gelap yang berurutan adalah 0,7 mm. b. Jarak Jarak du duaa gari gariss teran terangg yang yang beru berurut rutan an = 2Δy = 2(0,7 mm) = 1,4 mm Jadi, jarak antara dua garis terang yang berurutan adalah 1,4 mm.

a l y a a h g a g n C u i T s k h a a r l f i e D C

2

θ

n i s

2

n

= 1

θ

n i s

u k t t a i u p S O n t a a r l a A s e m e b r t s e i P S

i s k a r f i D i s i K

h a l e C i s n e r a e d f r n e a t n G I

a d a s p i i i s p n T e r n e a f s r i e p t a n L I

1

n n a ) l u i t s n k e a l f m e e R P (

n ) a i s s a k i b a r f m e e R P (

n a ) i i a r s r u e g p s n i e P D (

) i n s a n r u e e d f a r e m t e I n P (

n a i ) r s u k t n a r e f l i e D P (

n ) a i b s u a t s u i r g l a n o e P P (

a y a h a C

a y a h a C n a d i y n u B

i y n u B

g i n a a b k i m f i o i s l y a e n l u K G B

k i n o s a r f n I

k i n o s o i d u A

i y n t u a B b m g a n a R b t m a o p l e e C G

g t n a a f i b S i - m t o y n a l f i e u S G B

k i n o s a r t l U

) i s k e l f e R ( n a l u t n a m e P

) i s k a r f e R ( n a s a i b m e P

) i s n e r e f r e t n I (

) i s k a r f i D (

n a u d a m e P

n a r u t n e l e P

t E ρ a d a = P v

B

r e l p p o D k e f E

ρ

r i a = C v

a C r a ° d 3 u 7

T 2 +

1 s / m T R M 1 γ 3 3 s = a = G v v

i y n u B s a t i s n e t n I

a n a g r O a p i P

f s p

s

±

±

v v v v

=

f p

a k u b r e T

p u t u t r e T

s a t i s n e t n I f i y a r n a u T B

n

P A

=

I

I

I

0

g o l 0 1 =

I T

Fisika Kelas XI

61

g o l 0 1 +

I T =

I n T

A.


1. Jawaban: c Bunyi termasuk gelombang mekanik, sedangkan cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cahaya termasuk gelombang transversal yang memiliki kecepatan 3 × 10 8 m/s. Adapun kecepatan bunyi sebesar 340 m/s di udara. uda ra. Bunyi memerlukan medium saat merambat. Medium memengaruhi cepat rambat bunyi. Semakin rapat suatu medium, akan lebih cepat merambatkan bunyi. Jadi, pernyataan yang benar ditunjukkan oleh angka 2) dan 3). 2. Jawaban: c Diketahui: I = 10–9 W/m2 I 0 = 10–12 W/m2 n = 100 Ditanyakan: TI n Jawab: + 10 log n TI n = TI + = 10 log

I I 0

+ 10 log 100

−9 = 10 log 10−12 + 10 log 100

10

= 10 log 1.000 + 10 log 100 = 30 + 20 = 50 Jadi, taraf intensitas bunyi 100 mesin ini sama dengan bunyi mobil (3). 3. Jawaban: a Diketahui: v = 325 m/s v s = 25 m/s Ditanyakan: f p1 : f p2 Jawab: Saat sumber bunyi mendekati pendengar: =

f p

1

v f = v − v s s

4. Jawaban: e Diketahui: f 2 = 1.700 Hz v = 340 m/s n = 2 Ditanyakan: L Jawab

=

2

f p

: f p2 =

1

f p1 f p2 f p1 f p2

325 f = 325 f 325 + 25 s 350 s 325 325 f s : f 300 350 s 350 300

=

= 7 6

Jadi, perbandingan antara frekuensi yang diterima pada saat sumber bunyi mendekati dan menjauhi adalah 7 : 6.

62

Bunyi dan Cahaya

f 2

= 2L

L

3v

=

3(340 3(340 m/s) 2L 3(340 3(340 m/s) (1.700 (1.700 Hz)(2)

= 0,3 m = 30 cm Jadi, panjang suling adalah 30 cm. 5. Jawaban: d Diketahui:  = 120 cm = 1,2 m f 1 = 396 Hz Ditanyak Dita nyakan: an: besa besaran ran yan yangg ben benar ar Jawab: 1)



= (n 2+ 1) λ 1

1,22 m = 1,

(1 + 1) λ 1 2

λ 1 = 1,2 m (1 salah)

2)

+ 1)f 0 f n = (n + f 1 = (1 + 1)f 0 396 Hz f 0 = 2

= 198 Hz (2 benar) 3)

f n = (n + + 1)f 0 f 2 = (2 + 1)f0

325 325 f = f 325 − 25 s 300 s

v f = v + v s s

= n 2+L1 v

1.70 1. 7000 Hz =

f 2 =

3(198 Hz) = 594 Hz (3 salah)

Saat sumber bunyi menjauhi pendengar: f p

f n

4)

f 1 = v =

=

(n + 1) v 2 2f 1 (n + 1) 2(1,2 m)(396 Hz) (1 + 1)

= 475,2 m/s (4 benar) Jadi, besaran yang benar ditunjukkan oleh angka 2) dan 4).

6. Jawaban: c f 0terbuka = f 2tertutup (0 + 1)v 2Lterbuka

((2)(2) + 1)v

= 4Ltertutup 5v

v

2Lterbuka = 4Ltertutup 4Ltertutup = 10Lterbuka Ltertutup = 2,5Lterbuka Lterbuka = 0,4Ltertutup

Jadi, panjang pipa organa A adalah 0,4 kali pipa organa B atau panjang pipa organa B adalah 2,5 kali pipa organa A. 7. Jawaban: e Diketahui: v p = 0 v s = 25 m/s f s = 420 Hz v = 325 m/s Ditanyakan: f p Jawab: f p f p

= = = =

v ± v p v ± v s

f s

v f v − v s s

325 m/s (420 Hz) (325 − 25)m/s )m/s 325 (420 Hz) = 455 Hz 300

Jadi, frekuensi bunyi sirene yang terdengar saat mobil mendekat adalah 455 Hz. 8. Jawaban: a Diketahui: 1 = L 2 = L – 8 cm 3 = L – 12 cm f 1 = f f 2 = 1,5f Ditanyakan: f 3 Jawab: 2 1

f 2 =

2 2

f 3 =

v v

2 3

Dari persamaan ini, dapat digunakan untuk menentukan nilai 1 dengan hitungan berikut. v

f 1 f 2

=

f 1 f 2

=

1 −

=

2 1 v

2 2 2

8 cm

1

= 1,5(1 – 8 cm) 1 = 1,51 – 12 cm 0,51 = 12 cm 1 = 24 cm 1

Setelah itu dapat dicari f 3. f 1 f 3

=

f f 3

cm − 12 cm cm = 24 cm 24 cm

f 3 =

3 1

24 cm f = = 2f 12 cm

Jadi, nilai f 3 sebesar 2f . 9. Jawaban: a (v ± v )

Efek Doppler: f p = (v ± v p ) f s s v − v p v − v s

1) f p =

dengan v s > v p maka f p > f s

(bertambah) 2) f p =

v + v p f s v

maka f p > f s (bertambah)

3) f p =

v f v + v s s

maka f p < f s (berkurang)

4) f p =

v + 0 f v + 0 s

maka f p = f s (tetap)

10. Jawaban: e Diketahui: f p = 2.200 Hz v = 330 m/s v s = 0 m/s f s = 1.650 Hz Ditanyakan: v p Jawab: f p =

2.200 2.2 00 Hz = 4 3

v

f 1 =

f

1,5f

=

v + v p

f v + v s s 330 m/s + v p 330 m/s 330 m/s + v p 330 m/s

(1.650 Hz)

1.320 m/s = 990 m/s + 3 v p 3v p = 330 m/s v p = 110 m/s Jadi, kecepatan helikopter sebesar 110 m/s. 11. Jawaban: d Diketahui: r A = 10 cm r B = 20 cm Ditanyakan: I A : I B

1

Fisika Kelas XI

63

Jawab: =

I

Tegangan senar: P

4π r 1

I A : I B =

r A2

:

=

r B2

= 202 : 102 =4:1 Jadi, perbandingan intesitas bunyi yang diterima Made dan Giri adalah 4 : 1. 12. Jawaban: b Diketahui: A = 1 m² TI = 60 dB I 0 = 10–12 watt/m² Ditanyakan: P Jawab: TI = 10 log

I I 0

I

60 = 10 log 10−12 W/m2 I

6 = log log 10−12 W/m2 I

106 W/m2 = 10−12 W/m2 I = 10–6 W/m2 Dari nilai I dapat dapat diperoleh nilai daya akustik. =

P A

P = IA

= (10–6 W/m2)(1 m2) = 10–6 W Jadi, daya akustik yang keluar melalui jendela sebesar 10–6 W. 13. Jawaban: c Diketahui:  = 1,10 m f = 130 Hz m = 9,0 g = 9 × 10 –3 kg Ditanyakan: F Jawab: Pada nada dasar: λ = 2 = (2)(1,10 m) = 2,20 m Cepat rambat gelombang pada dawai: v = f λ = (130 Hz)(2,20 m) = 286 m/s

Bunyi dan Cahaya

mv 2 

(9 × 10−3 kg) kg)(286m/s (286m/s))2 2,20 m

= 334,62 N Jadi, tegangan senar sebesar 334,62 N. 14. Jawaban: a Diketahui: f garputala = 400 Hz f layangan

= Δf = =

Ditanyakan: f gitar Jawab: f gitar = f garputala ± Δf

20 getaran = 4 Hz 5 detik

= 400 Hz ± 4Hz = 404 Hz atau 396 Hz Jadi, frekuensi gitar kemungkinan 404 Hz atau 396 Hz. 15. Jawaban :d Diketahui: r = 18 m r A = r – – x r B = x P A = 64 W P B = 4 W Ditan Dit anyak yakan an:: ja jarak rak ag agar ar I di di C = 0 Jawab: Nilai I C bernilai nol jika I A sama dengan I B. I A = I B P A

4π r A2 64 W (r − x )2 2

x

P B

= 4π r B2 =

4W x 2

1W

(r − x )2

= 16 W

x

1

= 4 18 m − x 4x = 18 m – x 5x = 18 m x = 3,6 m – x = = 18 m – 3,6 m = 14,4 m r A = r – Jadi, jarak C dari A 14,4 m dan jarak C dari B 3,6 m. 16. Jawaban: e Diketahui: d 1 = d d 2

1

= 4 d

Ditanyakan: Δy 2 Jawab: Jarak antara garis terang dan garis gelap yang berurutan dituliskan dalam persamaan berikut. = Δy =

64

F =

1

I A : I B = r B2 : r A2

I

F  → m

= v =

2

Lλ 2d

Berdasarkan persamaan tersebut, dapat ditentukan nilai Δy 2. Δy 1 Δy 2 Δy 1 Δy 2 Δy 1 Δy 2

Lλ

=

2d 1

= =

d 2 d 1 1 d 4

d

= 4Δy 1 = 4Δy Jadi, jarak antara garis terang dan garis gelap yang berurutan menjadi 4 Δy . 17. Jawaban: b Oleh karena di medium II sinar mendekati garis normal, maka medium II lebih rapat dibanding medium I. Cepat rambat cahaya di medium lebih rapat memiliki nilai yang lebih kecil. Dengan demikian, pernyataan yang tepat adalah n 1 < n 2 sehingga v 1 > v 2. 18. Jawaban: d Diketahui: y = 5 mm = 5 × 10 –3 m L=3m d = 2 mm = 2 × 10 –3 m n = 1 Ditanyakan: λ Jawab: λ = n λ

λ =

=

yd nL

(5 × 10 −3 )(2 × 10 −3 ) m2 (1)(3 (1)(3 m)

= 3,3 × 10–6 m = 3.300 nm Jadi, panjang gelombang gelombang yang digunakan digunakan 3.300 nm. 19. Jawaban: d Diketahui: L = 2,5 m = 2.500 mm d = 0,05 mm n = 2 y 2 = 8 cm = 80 mm Dita Di tany nyak akan an:: 2Δy Jawab: Cari terlebih dahulu panjang gelombang cahaya yang digunakan. y 2 L

d

Lλ

= 2 2d

Lλ

2d 2

Δy 2

yd L

Setelah itu dicari jarak terang-terang yang berurutan: Jarakk terangJara terang-tera terang ng = 2Δy

= 2λ

λ =

dy 2 2L

mm)(80 mm) = (0,05 2(2.500 mm)

=2

(2.500 mm)(8 × 10 −4 mm) 2(0,05 mm)

= 40 mm Jadi, jarak antara terang-terang yang berdekatan adalah 40 mm. 20. Jawaban: c Diketahui: N = 4 × 10 5 garis/m 3

= 37° (tan 37° = 4 ) n = 2 θ

Ditanyakan: λ Jawab: d =

1

= N

1 –6 4 × 10 garis garis/m /m = 2,5 × 10 m 5

sin θ = n λ d sin d sin θ λ = n

=

(2,5 × 10−6 m)( 35 ) 2

= 7,5 × 10 –7 m Jadi, panjang gelombang cahaya yang digunakan sebesar 7,5 × 10 –7 m. 21. Jawaban: a Diketahui: λ = 520 nm = 5,2 × 10 –5 cm N = 2.500 garis/cm n = 1 Ditanyakan: θ Jawab: sin θ = n λ d sin sin θ =

n λ d

−5 = (1)(5, 2 × 11 0 cm)

2.500/cm

= (5,2 × 10 –5 cm)(2.500/cm) = 0,13 θ = arc sin 0,13 ≈ 7,5° Jadi, terang pertama dapat diamati pada sudut 5,2°. 22. Jawaban: a Diketahui: y = 10 cm = 0,1 m L = 80 cm = 0,8 m n = 1 λ = 5.000 Å = 5 × 10 –7 m Ditanyakan: d

= 8 × 10–4 mm = 800 nm Fisika Kelas XI

65

Jawab: y L

d

= n λ

d

=

nLλ y

=

(1)(0,8m)( 8m)(5 ×10−7 m) 0,1m

= 4 × 10–6 m = 4 × 10 –3 mm N =

1

= d

1 = 4 ×1 × 10−3 mm

250 garis/mm

Jadi, kisi memiliki 250 garis/mm. 23. Jawaban: e Diketahui: λ = 800 nm = 8 × 10 –7 m d = 0,6 mm = 6 × 10 –4 m L =3m n = 4 Ditanyakan: y 4 Jawab: y 4 L

d

= 4λ

y 4 =

=

4λ L d

4(8 × 10−7 m)(3 m) 6 × 10−4 m

= 0,016 m = 16 mm Jadi, jarak gelap keempat dari terang pusat adalah 16 mm. 24. Jawaban: e Diketahui: λ = 590 nm = 5,9 × 10 –7 m D = 0,75 cm = 7,5 × 10 –3 m Ditanyakan: θ Jawab: θ m

λ

= 1,22 D 5, 9 × 10 −7 m

= 1,22 7, 5 × 10−3 m = 9,6 × 10–5 rad Jadi, sudut resolusi minimumnya sebesar 9,6 × 10–5 rad. 25. Jawaban: b Diketahui: L = 1,2 m y = 4,5 cm = 4,5 × 10 –2 m n = 2 d = 0,03 mm = 3 × 10 –5 m Ditanyakan: λ Jawab: λ =

=

yd nL

(4,5 × 10 1 0−2 m)(3 × 10 −5 m) (2)(1, (2)(1,2) 2) m

10 –7 m

= 5,625 × = 5.625 Å Jadi, panjang gelombang yang digunakan sebesar 5.625 Å.

66

Bunyi dan Cahaya

26. Jawaban: c Diketahui: λ = 4,750 × 10 –7 m n = 1,5 m = 0 Ditanyakan: t Jawab: 1⎞ ⎛ ⎜ m + ⎟ λ = 2nt 2⎠

⎝

1⎞ ⎛ ⎜ 0 + ⎟ 4,750 2⎠ ⎝

× 10 –7 m= 2(1,5) t t =

2,375 × 10 10−7 m 3

× 10–7 ≈ 790 Å Jadi, ketebalan lapisan sabun kira-kira 790 Å. ≈ 0,79

27. Jawaban: d Diketahui: d = 0,05 mm L = 2 m = 2.000 mm n = 0 y 0 = 3,2 mm Ditanyakan: λ Jawab: Jarak garis gelap pertama dan garis terang pusat adalah 3,2 mm. y n L

= ⎛⎜ n + 1 ⎞⎟ λ

y 0 L

=

d d

2⎠ 1⎞ ⎛ ⎜ 0 + 2 ⎟ λ ⎝ ⎠ ⎝

y 0 L

λ = 2d

⎛ 3,2 mm ⎞

= 2(0,05 mm) ⎜⎝ 2.000 mm ⎟⎠ = 1,6 × 10 –4 mm = 160 nm Jadi, panjang gelombang yang digunakan 160 nm. 28. Jawaban: b Warn Wa rna a

Merah Kuning Hijau Biru Ungu

Panj Pa njan ang g Ge Gelo lomb mban ang g

640–750 nm 580–600 nm 495–580 nm 440–495 nm 400–440 nm

Warna cahaya yang memiliki panjang gelombang lebih besar akan mengalami pelenturan lebih besar daripada warna cahaya yang memiliki panjang gelombang lebih kecil. Jadi, urutan warna cahaya yang mengalami pelenturan dari yang paling besar hingga terkecil adalah: merah, kuning, hijau, biru, dan ungu 2), 1), 3), 5), dan 4). 29. Jawaban: c Diketahui: λ = 600 nm = 6 × 10 –5 cm N = 1.250 garis/cm n = 2 Ditanyakan: θ

Jawab: sin θ = n λ d sin

Jawab: P

1

sin θ = n λ sin θ = N n λ = (1.250/cm)(2)(6 × 10–5 cm) = 0,15 θ = 8,63° Jadi, sudut deviasi orde kedua 8,63°. N

30. Jawaban: a Diketahui: λ = 720 nm = 7,2 × 10 –4 mm y 3 = 14,4 mm L = 50 cm = 500 mm Ditanyakan: d Jawab: y d 3 L

= 3λ

d =

=

3λ L

=

4

π × 10−

W (4π )(5m)2

π × 10−4

W

= 100π m2 = 10–6 W/m2 Jadi, intensitas bunyi yang diterima pendengar pada jarak 5 m sebesar 10 –6 W/m2. b. TI 0 = 10 log = 10 log

I I 0

10−6 10−12

dB

= (10)(6) dB = 60 dB TI = TI 0 + 10 log

y 3 −4

3(7,2 (7,2 × 10 mm)(500 mm) 14,4 mm

= 0,075 mm Jadi, lebar celah sempit adalah 0,075 mm.

40 = 60 + 10 log log

r 12

r 22

(5 m)2 r 22

–20 = 10 10 log log 252 r 2

–2 = log log 252

B. Ur Urai aian an


=A F 1 = B f 1 = f f 2 = 2f Ditanyak Dita nyakan: an: besa besaran ran yang diu diubah bah Jawab : Frekuensi dirumuskan sebagai berikut. = f =

a. I = 4π r 2

n + 1

F

2

μ

1

10–2 = 252 r 2

r 22 =

× 10–4 W P = π × r = 5 m TI = 40 dB I 0 = 10–12 W/m2

Dita Di tany nyak akan an:: a. I b. r

25 10−2

= 2.500

r 2 = 50

Jadi, jarak pendengar agar menerima taraf intensitas sebesar 40 dB adalah 50 m. 3. Diketahui:

Berdasarkan persamaan, frekuensi sebanding dengan nilai akar kuadrat tegangan dawai dan berbanding terbalik dengan panjang dawai. Frekuensi dapat menjadi dua kali semula dengan mengubah panjang tali menjadi ½ panjang semula atau memberikan tegangan dawai menjadi 4 kali semula. 2. Diketahui:

r 2

= 75 cm f 1 = 440 Hz Dita Di tany nyak akan an:: a. f 0 b. v c. f 2 d. λ 2 Jawab: a. + 1)f 0 f 1 = (n + 440 Hz = (1 + 1)f 0 f 0 = 220 Hz Jadi, nada dasar dawai sebesar 220 Hz. 

(n + 1)

b. f n = 2 v f 12 v = (1 + 1) (440 Hz)(2)(0,75 m) = = 330 m/s 2

Jadi, cepat rambat gelombang pada dawai sebesar 330 m/s. Fisika Kelas XI

67

c.

= (n + + 1)f 0 f 2 = (2 + 1)(220 Hz) = 660 Hz Jadi, nada atas kedua sebesar 660 Hz. f n

2

d. λ 2 = 2 + 1 =

= 0,5 m Jadi, panjang gelombang nada atas kedua adalah 0,5 m.

Dita Di tany nyak akan an::

TI = 40 dB r 1 = 1 m r 2 = 10 m I 0 = 1 × 10 –12 W/m2 a. I 2 b. TI n c. P 2

Jawab: a. Dic Dicari ari da dahu hulu lu inte intensi nsitas tas bu bunyi nyi saa saatt r 1 I

I

4 = log log 10−112

I 2

=

r 12 r 22 2

(1 × 10–8 W/m2)

= 1 × 10 –10 W/m2 Jadi, intensitas bunyi pada jarak 10 m sebesar 1 × 10 –10 W/m2.

68

sin 152 °

= sin10,5 = 0,182 = 1,4 sin sin 7,5 0,13 Jadi, indeks bias prisma adalah 1,4. 6. Di Dike keta tahu hui:i:

Ditanyakan: Jawab:

= 600 Hz = 500 Hz = 5 m/s = 340 m/s

f s f p v p v v s f p

=

v − v p v

f + v s s

340 − 5 340 + v s

(600)

170.000 + 500 v s = 201.000 500v s = 201.000 – 170.000 = 31.000 31.000

= 500 = 62 Jadi, kecepatan sumber bunyi sebesar 62 m/s.

Setelah itu, dapat dicari intensitas bunyi pada jarak 10 m.

⎛ 1m ⎞ ⎜ 10 m ⎟ ⎝ ⎠

sin 15°2+ 6°

v s

I 1

= 10−12 I 1 = 10–8

=

sin ( β 2 )

500 =

40 = 10 lo logg 10−112

I 2 I 1

=

β = 15° δ min = 6° n

sin ( β + 2δ min )

I 1 I 0

TI = 10 log

104

Ditanyakan: Jawab: n =

2(0,75 m) 3

4. Diketahui:


7. Titik-titik air yang berlaku sebagai prisma-pris prisma-prisma ma mikro mendispersi cahaya matahari menjadi cahaya monokromatis. Cahaya merah memiliki sudut deviasi paling kecil sehingga berada di posisi paling atas. Sementara cahaya ungu memiliki sudut deviasi terbesar sehingga tampak pada busur paling bawah. 8. Di Dike keta tahu hui:i:

λ d L n y

= 2,5 × 10–7 m = 3,2 × 10–4 m = 1,6 m =3

b. TI n = TI + + 10 log n = 40 + 10 log 10 = 40 + 10 = 50 Jadi, taraf intensitas bunyi pada jarak 1 m untuk 10 klakson adalah 50 dB.

Ditanyakan: Jawab:

c.

= ⎛⎜⎝ 3 + 21 ⎞⎟⎠ (3, 2 × 10−4 m) = 4,375 × 10 –3 m = 4,375 mm Jadi, jarak gelap ke-3 dengan terang pusat 4,375 × 10 –3 m atau 4,375 mm.

= I 2A = (1 × 10–10 W/m2)(4π )(10 )(10 m)2 = 4π × × 10–8 W Jadi, daya yang dihasilkan klakson pada jarak 10 m sebesar 4 π × × 10–8 W. P 2

Bunyi dan Cahaya

yd L

1 = ⎛⎜⎝ n + 2 ⎞⎟⎠ λ

1 ⎞ λ L ⎛ y = ⎜ n + ⎟ 2 ⎠ d ⎝ (2, 5 × 10−7 m)(1, 6 m) m)


= 589,3 nm = 1,33 Dita Di tany nyak akan an:: a. t saat saat interferensi konstruktif saat m = = 1 b. t saat saat interferensi destruktif saat = 2 m = Jawab: a.

λ n

1⎞ ⎛ 2nt = ⎜⎝ m + 2 ⎟⎠ λ

t =

=

(1 + 0,5)(5 ,5)(589 89,3 ,3 nm) (2)(1,33) 883,95 nm 2,66

= 332,312 nm Jadi, tebal minimum selaput agar terjadi penguatan saat m = = 1 adalah 332,312 nm. b.

λ 2nt = m λ

t =

=

(2)(589,3 nm) (2)(1,33) 1.178,6 nm 2,66

= 443,082 nm Jadi, tebal minimum selaput agar terjadi interferensi destruktif saat m = 2 adalah 443,082 nm.

D = 3,2 mm = 3,2 × 10 –3 m λ = 600 nm = 6 × 10 –7 m L = 100 cm = 1 m 4 n = 3 d m

10.. Di 10 Dike keta tahu hui:i:

Ditanyakan: Jawab: Tentukan terlebih dahulu panjang gelombang yang masuk mata. λ mata

=

λ udara

=

600 nm

n 4 3

= 450 nm = 4,5 × 10–7 m Kemudian dapat dicari daya urai mata sebagai berikut. d m = 1,22

= 1,22

λ mataL

D

(4, 5 × 10 −7 m)(1 m) 3, 2 × 10 −3 m

× 10–4 m Jadi, daya urai mata 1,7 × 10 –4 m. ≈ 1,7

Fisika Kelas XI

69

Setelah mempelajari bab ini, peserta didik mampu: 1. menjelask menjelaskan an sifat sifat pemantulan pemantulan pada pada cermin dan sifat sifat pembiasan pembiasan pada pada lensa; lensa; 2. menj menjelas elaskan kan kons konsep ep cermi cermin n dan lens lensa; a; 3. menganalis menganalisis is cara kerja kerja alat-alat alat-alat optik menggunakan sifat pemantulan pemantulan dan pembiasan cahaya; 4. membu membuat at karya yang menerapkan menerapkan prinsip prinsip pemantu pemantulan lan dan/atau dan/atau pembiasa pembiasan n pada cermin dan lensa. lensa. Berdasarkan pengetahuan dan keterampilan yang dikuasai, peserta didik: 1. mengagumi dan mensyukuri kebesaran Tuhan Tuhan Yang Mahakuasa Mahakuasa yang telah menciptakan menciptakan mata manusia sebagai sebagai indra penglihatan; penglihatan; 2. berperilaku ilmiah, bijaksana, bijaksana, bertanggung jawab, jawab, dan menghargai menghargai orang lain dalam dalam aktivitas aktivitas sehari-hari. sehari-hari.

Alat-Alat Optik Mempelajari

Pemantulan dan Pembiasan Cahaya

Alat-Alat Optik

Mencakup

• •

Mencakup

Peman Pem antu tullan Ca Caha hay ya Pembiasan Cahaya

• • • • •

Mat ata a da dan n Kac aca ama mata ta Lup Mikroskop Ter erop opo ong ng/T /Te ele les skop Kamera

Mampu • • • • • •

70

Menjelaskan Menjelas kan konsep konsep peman pemantula tulan n pada cermin cermin dan dan konsep konsep pembias pembiasan an pada lensa lensa.. Menjel Men jelask askan an kon konse sep p cerm cermin in dan len lensa. sa. Menganalisis Menganalis is cara cara kerja alat optik optik menggunakan menggunakan sifat pemantulan pemantulan dan pembiasan pembiasan cahaya cahaya oleh cermin cermin dan lensa. Menganal Meng analisi isis s karya karya yang menerap menerapkan kan dan/at dan/atau au pembiasa pembiasan n pada cermin cermin dan dan lensa. lensa. Mengagum Meng agumii dan mensyukur mensyukurii kebesaran kebesaran Tuhan Tuhan Yang Mahakuas Mahakuasa a yang telah mencip menciptaka takan n mata sebagai sebagai indra penglihatan. Berperilaku ilmiah, bijaksana, bertanggung jawab, dan menghargai menghargai orang lain dalam dalam aktivitas sehari-hari.

Alat-Alat Optik

Jarak bayangan cermin:

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: a Kaca spion termasuk cermin cembung. Di mana pun letak benda di depan cermin cembung, bayangan yang terbentuk selalu bersifat maya, tegak, dan diperkecil. Jadi, bayangan sepeda motor yang terlihat bersifat maya, tegak, dan diperkecil. 2. Jawaban: b Diketahui: α = = 45° Ditanyakan: n Jawab: n =

360° α

– 1 =

360° – 45°

1=8–1=7

3. Jawaban: d Pembentukan bayangannya seperti gambar berikut. (+)

f

O

f

2f

4. Jawaban: b Diketahui: R = –100 cm (cermin cembung) s = 2 m = 200 cm Ditanyakan: s ′ Jawab: Cermin pengawas merupakan cermin cembung. Jarak fokus cermin sebagai berikut.

=

1 R 2 1 2

(–100 cm)

= –50 cm

1 1 + ′ s s

1 50 cm

=

1 200 cm

+

1 s ′

1 50 cm

–

1 200 cm

1 s ′

=–

−4 − 1 −5 = 200 cm 200 cm

=

200 cm 5

= –40 cm

Jadi, letak bayangan pengendara motor 40 cm di dalam cermin. Tanda negatif menunjukkan sifat bayangan maya. 5. Jawaban: a Diketahui: P = = +2 dioptri Ditanyakan: Ditanyak an: letak benda jika bayan bayangan gan tegak dan diperbesar Jawab: = 2 D P = = f =

Melalui gambar tersebut, bayangan yang terbentuk bersifat nyata (sejati), terbalik, dan diperbesar.

f =

=

s ′ = –

Jadi, jumlah bayangan yang terjadi pada cermin sebanyak 7 buah.

2f

–

1 f

1 1 = 2 P

m = 50 cm

Oleh karena nilai f (+) (+) maka lensa adalah lensa cembung. Agar diperoleh bayangan tegak dan diperbesar, benda harus diletakkan di antara pusat lensa (O) dan fokus (f ), dengan kata lain kurang dari 50 cm. 6. Jawaban: a Dike Di keta tahu hui: i: lens lensa a plan planko konv nvek eks s R 2 = ~ n  = 1,5 f = 30 cm n m = 1 Ditanyakan: R 1 Jawab: 1 f

⎛ n ⎞ ⎛ 1 = ⎜  − 1⎟ ⎜ + n R ⎝

⎠ 1,5 ⎛ − 1⎞⎟ ⎜ ⎝ 1 ⎠ m

1 30 cm

=

1 30 cm

= 0,5 ⎜ ⎟ R

1 R 1

⎝

1

1 ⎞ R 2 ⎟⎠

1⎞ ⎛ 1 ⎜ R + ∞ ⎟ ⎝ 1 ⎠

⎛ 1⎞ ⎝

=

1⎠

1 cm 15

R 1 = 15 cm

Jadi, besar jari-jari kelengkungan lensa adalah 15 cm.

Fisika Kelas XI

71

7. Jawaban: d Diketahui: M = 0,2 kali f = –10 cm Ditanyakan: s dan dan s ′ Jawab:

Cermin cekung tersebut menghasilkan perbesaran bayangan 5 kali apabila benda diletakkan pada jarak 12 cm atau 18 cm. 10. Jawaban: c Diketahui: h = 9 cm h ′ ′ = 7,2 cm s = 20 cm Ditanyakan: P Jawab:

s ′

M = s

0,2 =

s ′ s

s ′ ′ = 0,2s 1 f

h ′

=

1 1 + ′ s s

1 – 10 cm

=

1 1 + 0,2s s

–

1 10 cm

=

0, 2 + 1 0,2s

–

1 10 cm

= 0,2s

1 10 cm

=

–

h

=

1 1 + ′ s s

=

1 1 + 20 cm 16 cm

=

4+5 80 cm

=

9 80 cm

f =

80 cm 9

P =

1 × f

6 s

s = –60 cm = 0,2(–60 cm) = –12 cm s ′ = 0,2s = Jadi, jarak benda dan jarak bayangan berturutturut 60 cm dan 12 cm.

8. Jawaban: b Diketahui: θ = 30° Ditanyakan: n Jawab: n =

θ

– 1 =

= – 1 = 12 – 1 = 11

s ′

s ′ s

–

atau s ′ ′ = = –5s s ′ ′ = 5 s atau 1 f

=

1 1 + ′ s s

1 f

=

1 1 + ′ s s

1 f

=

1 1 + 5s s

1 f

=

1 1 + s −5s

1 15

=

5 1 + 5s 5s

1 15

=

5 1 – 5s 5s

1 15

=

6 5s

1 15

=

4 5s

= 18

× 100 cm

11. Jawaban: c Diketahui: s = 5 cm f = –15 cm Ditanyakan: M Jawab:

M = s

s =

9 80 cm

Jadi, kekuatan lensa sebesar 11,25 dioptri.

9. Jawaban: c Diketahui: R = 30 cm f = 15 cm M = 5 kali Ditanyakan: s Jawab:

15(6) 5

100 cm

= 11,25 dioptri

Jadi, jumlah bayangan yang terbentuk 11 buah.

5 =

s ′

= 20 cm s ′ ′ = 16 cm

1 f

360° 30°

s

7,2 cm 9 cm

1,2

360°

s ′

=

s =

15(4) 5

1 f

=

1 1 + ′ s s

1 15cm

=

1 5 cm

1 s ′

=– =

+

1 s ′

1 1 – 15 cm 5 cm

−1 − 3 15 cm

=–

−4 15 cm

s ′ ′ = –3,75 cm

= 12

s ′

= s = M =

−3,75 = 0,75 5

Jadi, perbesaran bayangan yang terjadi 0,75 kali. 72

Alat-Alat Optik

12. Jawaban: b Lensa cekung adalah lensa yang memiliki nilai fokus negatif. Adapun sinar istimewa pada lensa cekung yaitu sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah dari fokus. Sinar datang melalui pusat optik tidak dibiaskan melainkan diteruskan. Ruang III di depan lensa berjarak > 2 f dari lensa. Dengan demikian, gambar pembentukan bayangan yang tepat adalah gambar b. 13. Jawaban: d Diketahui: s = 10 cm 40 0 cm (bayangan (bayangan nyat nyata a kare karena na s ′ ′ = 4 tertangkap layar) Ditanyakan: P Jawab: 1 f

=

1 1 + ′ s s

=

1 10 cm

=

4 +1 40 cm

=

5 40 cm

= f = = P =

Jawab: ⎝ R1

1 ⎞ R 2 ⎟⎠

1 ⎞ ⎛ 1 + ⎟ 15 cm ⎠ ⎝ 10 cm

= (1,5 – 1) ⎜

2 ⎞ ⎛ 3 + ⎟ 30 cm ⎠ ⎝ 30 cm

= (0,5) ⎜ ⎛ ⎝

5

⎞ ⎠

= (0,5) ⎜ 30 cm ⎟ 5

1 f

= 60cm → f = 12 cm Jadi, jarak fokus lensa adalah 12 cm. B. Uraian

b

= +12,5 D

14. Jawaban: b Diketahui: f = 10 cm n L = 1,75 n M = 1,33

2.

Ditanyakan: R Jawab: 1 f

=(

1 10

=(

1 10

= (1,316 – 1)(

1 R 1

= 0,316

–

1 1 1)( + R 1 R 2

)

1 1 + ∼ R 1

)

– 1)(

R

a

f

Sinar-sinar istimewa yang digunakan: a. s in in ar ar d at at an an g se se ja ja ja ja r su su mb mb u ut ut am am a dipantulkan melalui fokus; b. si sinar nar dat datang ang mel melalu aluii pusat pusat kele kelengk ngkung ungan an cermin (R = = 2f ) dipantulkan kembali melalui pusat kelengkungan cermin. Bayangan diperoleh dari perpanjangan sinar-sinar pantul. Sifat bayangan maya, tegak, dan diperbesar.

8 cm = 0,08 m

Jadi, kekuatan lensa sebesar +12,5 D.

1,75 1,33

+

1 40 cm

1 1 = 0,08 m f

n M

= ( n – – 1) ⎜

1.

+

40 cm = 5

n L

⎛ 1

1 f

= θ =

90°

= n =

360° 90°

– 1 = 4 – 1 = 3

Jumlah bayangan yang terbentuk sebanyak 3 buah. C 1

1 ) R 1

s ′ ′1

0,1

R 1 = 3,16

Jadi, besar jari-jari kelengkungan lensa sebesar 3,16 cm. 15. Jawaban: b Dike Di keta tahu hui: i: lens lensa a bi biko konv nvek eks s R 1 = 10 cm R 2 = 15 cm n = 1,5 Ditanyakan: f

C ′ ′2

C 2

s ′′ ′′ 1 = s ′′ ′′ 2

s ′ ′2

C ′ ′1 Keterangan: s 1′ = bayangan oleh cermin C 1 s 2′ = bayangan oleh cermin C 2 s 1′′ = s 2′′ = bayangan oleh cermin C 1′ dan C 2′

Fisika Kelas XI

73

3. Diketahui:

f u = 40 cm

n a = 1,2

n  = 1,5

n u = 1

s ′

c.

M = s

Ditanyakan: f a Jawab: 1 1 : f f u a

1 40cm 1 40cm 1 40cm

: : :

=(

1 f a

n  n u

– 1)(

= (

1 f a 1 f a

1,5 1

1 1 + R R 1 2

):(

n  n a

– 1)(

1 1 + R R 1 2

f a

1,5

– 1) : ( 1,2 – 1)

1 1 : 2 4

4

160 cm 2

= 80 cm

Jadi, jarak fokus lensa dalam air menjadi 80 cm. 4. Diketahui:

s = 6,5 cm f = –2,6 cm h = 3 cm Dita Di tany nyak akan an:: a. s ′ b. h ′ ′ c. M Jawab:

a. –

1 f

=

1 1 + ′ s s

1 2,6 2,6 cm

=

1 6,5 6,5 cm

1 s ′

=–

+

=

−6, 5 − 2, 6 16,9 16,9 cm

1 s ′

=

−9,1 16,9 16,9 cm

s ′ = –

1 s ′

1 1 – 2,6 2,6 cm 6,5 6,5 cm

1 s ′

16,9 16,9 cm 9,1

= –1,86 cm Jadi, jarak bayangan sebesar –1,86 cm. b.

s ′ s

=

h ′ h

−1,86 1,86 cm h ′ = 6,5 6,5 cm 3 cm

h ′ ′ = 0,86 Jadi, tinggi bayangan sebesar 0,86 cm.

74

Alat-Alat Optik


R = 25 cm s = 10 cm Ditanyakan: M Jawab: f =

= 40 cm 2 2 f a = (40 cm)(4) f a =

= 0,29 Jadi, perbesaran bayangannya 0,29 kali.

)

= (0 (0,,5) : (0 (0,2 ,25) 5) =

−1,86 1,86 cm 6,5 6,5 cm

=

=

1 R 2 1 2

× 25 cm

= 12,5 cm 1 f

=

1 1 + ′ s s

1 12,5 12,5 cm

=

1 1 + ′ s 10cm

1 s ′

=

1 12,5 12,5 cm

=

2 − 2, 5 25 cm

=

−0,5 25cm

–

1 10 cm

25cm

s ′ = – 0,5 = –50 cm

Perbesaran bayangan yang dihasilkan: s ′

= s = M =

−50cm = 5 kali 10 cm

Jadi, perbesaran bayangannya 5 kali semula. 6. Di Dike keta tahu hui: i:

n 1 = 1,2 n 2 = 1,8 v 1 = 2 × 108 m/s

Ditanyakan: v 2 Jawab: n 1v 1 = n 2v 2

(1,2)(2 × 108 m/s m/s)) = (1, (1,8) 8)v 2 v 2 =

(1, 2) 2)(2 × 108 m/s) (1,8)

= 1,33 × 108 m/s Jadi, cepat rambat gelombangnya 1,33 × 108 m/s.



s = 5 cm s ′ = 15 cm Ditanyakan: P Jawab: 1 f

= = = =

f = P =

=

1 1 + ′ s s

Ditanyakan: f Jawab:

1 1 + 5 cm 15 cm 3 +1 15 cm 4 15 cm 15 cm = 3,75 4 1 × f

R 1 = –10 cm R 2 = –12 cm n 2 = 1,5 n 1 = 1

1 f

=( =(

– 1)(

n 1 1,5 1

1

cm = f =

100 cm

1 1 – 10cm 12cm −6 − 5 60cm )

h = 4 cm h ′ = 6 cm s = 12 cm Ditanyakan: R Jawab:

6 cm 4 cm 3 2

=

120 120 cm = 11


R 1 R 2 n 2 n 1

1 f

=

s ′ 12cm

=

1 1 + ′ s s

f =

216 216 cm 6

=

n 2

– 1)(

1 1 + −18cm 12 cm

= = = =

12 cm 14 cm 1,6 1,2

n 1

1 1 + R 2 R 1

= ( 1,2 – 1)(

s ′ = –18 cm Tanda negatif disebabkan penjelasan bayangan bersifat maya. Besarnya jarak fokus lensa yaitu: 1 f

=(

1,6

s ′ 12cm

–10,91 cm

Ditanyakan: P Jawab:

s ′ s

=

)

−11 120 120 cm

8. Diketahui:

h

)

Jadi, jarak fokus lensa tersebut sebesar 10,91 cm.

= 26,67 dioptri Jadi, besar kekuatan lensanya 26,67 dioptri.

h ′

1 1 + R 2 R 1

– 1)(–

= ( 2 cm )(

100 cm

4 × 15 cm

n 2

=

18 − 12 = 216 216 cm

6 216 216 cm

= 36 cm

Jari-jari kelengkungan lensa, yaitu: R = 2 f = 2(36 cm) = 72 cm Jadi, besar jari-jari kelengkungannya 72 cm.

)

1 1 + ) 12 cm 14cm

7+6

=(

4 3

– 1)( 84cm )

= (

1 3

)( 84cm )

13

13

= 252 252 cm P =

1 × f

100 cm

13

= 252 252 cm × 100 cm = 5,16 Jadi, kekuatan lensa tersebut 5,16 dioptri.

Fisika Kelas XI

75

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: d Rabun dekat atau terang jauh terjadi karena lensa mata tidak dapat mencembung sesuai dengan yang diperlukan. Akibatnya, bayangan benda yang dekat, jatuh di belakang retina. Titik dekat penderita rabun dekat lebih besar dari 25 cm. Hal ini mengakibatkan penderita rabun dekat tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang dekat. Penderita rabun dekat dapat ditolong dengan kacamata positif (berlensa cembung). 2. Jawaban: d Diketahui: = 4 m PR = = 40 cm PP = Ditanyakan: P Jawab: Mata normal = s n = 25 cm = 0,25 m PP = = ~ PR = Agar dapat melihat dengan jelas di jauh tak terhingga, kacamata yang diperlukan: P 1 = –

1 = PR

–

1 4m

= –0,25 D

4. Jawaban: a Diketahui: M = 18 s n = 34 cm Ditanyakan: f Jawab: M =

s n f

18 =

34 cm f

17 =

34 cm f

f =

34 cm 17

P 2 =

=

–

=

1 s ob

=

1 10 m

=

1+ 2 10 m

=

3 10 m

f ob =

10 m 3

1 f ob

1

– 0,4 m = (4 – 2,5) D = +1,5 D Jadi, kacamata yang digunakan berlensa rangkap dengan kekuatan lensa –0,25 D dan +1,5 D. 3. Jawaban: b Diketahui: M = 100 f ok = 4 cm Ditanyakan: R Jawab: M =

100 =

f ob f ok

f ob

4 cm

f ob = 400 cm f ob =

1 R 2 ob

R ob = 2f ob = 2(400 cm) = 800 cm = 8 m Jadi, jari-jari kelengkungan lensa sebesar 8 m.

76

Alat-Alat Optik

= 2 cm

5. Jawaban: c Diketahui: s ob = 10 m s ′ ′ ob = 5 m f ok = 25 m Ditanyakan: d Jawab:

1 PP

1 0,25 m

+ 1

Jadi, jarak fokus lup sebesar 2 cm.

Agar dapat membaca pada jarak baca normal, kacamata yang diperlukan: 1 s n

+ 1

1 ′ s ob

+ +

1 5m

= 3,33 m

d = f ob + f ok

= 25 m + 3,33 m = 28,33 m Jadi, panjang teropong 28,33 m. 6. Jawaban: b Diketahui: s ob = 2,4 cm f ob = 1 cm f ok = 6 cm Ditanyakan: d Jawab: 1 f ob

=

1 s ob

1 1cm

=

1 1 + ′ s ob 2,4 cm

1 ′ s ob

=

1 1cm

s ′ ′ ob =

+

1 ′ s ob

–

2,4 cm = 1,4 cm

1 2, 4 − 1 = 2,4 cm 2,4 cm

1,71 cm

d = s ′ ′ ob + f ok

= 1,71 cm + 6 cm = 7,71 cm Jadi, jarak lensa objektif dan lensa okuler saat mata tidak berakomodasi adalah 7,71 cm. 7. Jawaban: a Diketahui: d = 60 cm P ob = +2 D P ok = +20 D Ditanyakan: f p Jawab: f ob =

=

1 P ob

1 2

× 100 cm =

1 20

× 100 cm = 5 cm

60 cm = 55 cm cm + 4f p 4f p = 5 cm f p = 1,25 cm Jadi, jarak lensa pembalik sebesar 1,25 cm. 8. Jawaban: d Diketahui: s ob = 2,5 cm f ob = 2 cm f ok = 5 cm Ditanyakan: M Jawab: =

1 f ob

=

1 2 cm

=

5−4 10 cm

=

1 10

1 s ob

–

–

1 2,5 cm

cm

Pengamatan dilakukan dengan akomodasi maksimum. s ob

1 1m

+ 0,05 m

1

20

(

s n f

10 cm

1

= 1 m + 1 m 21 1m 1 21 = 1m f

= +21 D

10. Jawaban: d Diketahui: P 1 = +1 D P 2 = –2 D s n = 25 cm Ditanyak Dita nyakan: an: ren rentan tang g pengliha penglihatan tan Jawab: P 1 =

100 s n

–

100 PP

1=

100 25

–

100 PP

1 = 4 – 100 PP

100 PP

=3

PP =

100 3

= 33,33

100 PR

P 2 = –

100 PR

–2 = – PR =

−100 = 50 −2

Jadi, rentang penglihatan Bu Mita sejauh 33,33 cm hingga 50 cm.

s ′ ′ ob = 10 cm

′ s ob

=

Jadi, kekuatan lensa yang digunakan +21 D.

60 cm = 50 cm cm + 4f p + 5 cm

M =

1 1 + ′ s s

= P =

d = f ob + 4 f p + f ok

1 ′ s ob

=

× 100 cm

× 100 cm

1 P ok

1 f

=

= 50 cm f ok =

9. Jawaban: d Diketahui: s = 1 m s ′ ′ = 50 mm = 0,05 m Ditanyakan: P Jawab:

+ 1) 25 cm

= 2,5 cm ( + 1) 5 cm = 4(6) = 24 Jadi, perbesaran total yang terlihat sebesar 24 kali.

B. Uraian 1. Di Dike keta tahu hui: i:

PP = 60 cm = 0,6 m s x = 30 cm = 0,3 m

Ditanyakan: P Jawab: = P =

1 f

=

1 s x

=

1 0,3 m

=

10 3m

–

1 PP

–

–

1 0,6 m

5 3m

= +

5 3m

= +1,33 D

Jadi, kekuatan lensa kacamata yang harus dipakai sebesar +1,33 D.

Fisika Kelas XI

77


d f ob f ok f p

= 170 cm = 150 cm = 5 cm = 2,5 cm

Ditanyakan: M Jawab: d = f ob + 4f ob + s ok

Jawab: 1 f ob

=

1 s ob

+

1 ′ s ob

1 ′ s ob

=

1 f ob

–

1 s ob

=

1 1 cm

=

11 − 10 11 cm

170 cm = 150 cm + 4(2,5 4(2,5 cm) + s ok 170 cm = 160 cm cm + s ok s ok = 10 cm M =

f ob s ok

=

150 cm 10 cm

s x M Dita Di tany nyak akan an:: a. b. Jawab:

a.

a.

M =

11 = 30 cm f

s x + 1 f 30 cm + f

b.

mata ma ta bera berako komo moda dasi si ma maks ksim imum um s ′ ′ ok = –s n = –25 cm 1 s ok

= 10

1 f ok

=

1 1 – 5 cm −25 cm

=

5 25 cm

s ok =

25 cm 6

1 s

=

1 1 – ′ f s

=

1 3 cm

=

10 1 + 30 cm 30 cm

Jawab:

=

11 30 cm

a.

s =

30 cm 11


6 25 cm

f ob = 120 cm

M = 6 Dita Di tany nyak akan an:: a. f ok

b. d = M = 6=

f ob f ok

120 cm f ok

f ok = 20 cm

Jadi, benda berada pada jarak 2,73 cm.

Alat-Alat Optik

=

Jadi, panjang mikroskop saat mata berakomodasi maksimum sebesar 15,17 cm.

=

f ob f ok s Dita Di tany nyak akan an:: a. b.

1 25 cm

= 15,17 cm

1 1 + ′ s s

4. Diketahui:

+

= 11 cm + 4,17 cm

1 f

1 −30 cm

–

= 4,17 cm d = s ′ ′ ob + s ok

Bayang Baya ngan an be bend nda a jat jatuh uh di s x ketika mata berakomodasi maksimum. Dengan demikian, = –s x = –30 cm. s ′ ′ =

–

1 ′ s ok

=

1

= 2,73 m

78

mata ma ta ti tida dak k ber berak akom omod odas asii Jadi, panjang mikroskop saat mata tidak berakomodasi yaitu 16 cm.

f = 3 cm Jadi, jarak fokus lup adalah 3 cm.

b.

1 11 cm

= s ′ ′ ob + f ok = 11 cm + 5 cm = 16 cm d =

= 15

= 30 cm = 11 kali f s ob

=

s ′ ′ ob = 11 cm

Jadi, perbesaran teropong 15 kali. 3. Di Dike keta tahu hui: i:

1

– 1,1 cm

= 1 cm = 5 cm = 1,1 cm ketika tidak berakomodasi d ketika d ketika berakomodasi maksimum

Jadi, jarak fokus okuler sebesar 20 cm. b.

d = f ob + f ok

= 120 cm + 20 cm = 140 cm Jadi, panjang teropong 140 cm.

Jumlah Bayangan Dua Cermin Datar

Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar

CerminCembung Pemantulan Cahaya

360°

= n =

α

– 1

= 2f R =

Nilai fokus: Cermin cekung (+) Cermin cembung (–)

1 1 1 = + f s s ′

Pemantulan Cahaya pada Cermin Lengkung

s ′

Cermin Cekung

Cermin Gabungan

h ′

= s = h M =

= s 2 – s 1 d = 1 1 1 = + ′ s 1 f 1 s 1 1 1 1 = + f 2 s 2 s 2′

M 1 =

h 1′ s ′ = 1 h 1 s 1

= M 1M 2 = M = Pemantulan dan Pembiasan Cahaya

M 2 =

s ′ h 2′ = 2 s 2 h 2

h 1′ h ′ s ′ s ′ × 2 = 1 2 h 1 h 2 s 1 s 2

Indeks Bias Mutlak

Indeks Bias Mutlak Suatu Medium Hukum Pembiasan Cahaya

HubunganAntaraCepatRambat Cahaya dan Panjang Gelombang

= n =

= n =

sin i sin r

c sin i = v sin r

v 1n 1 = v 2n 2 λ 1n 1 =λ 2n 2

Cahaya Merambat pada Dua Medium

Pembiasan Cahaya

Lensa Cekung

n sin i = 2 = n 21 n 1 sin r

Hubungan Antara Jarak Fokus (f ), ), Indeks Bias (n ), ), dan Jari-Jari Kelengkungan

1 n 1 1 = ( 2 – 1)( + ) R 2 f R 1 n 1

Perbesaran pada Lensa Cekung dan Lensa Cembung

= s = h M =

s ′

Lensa

h ′

Lensa Cembung

Rabun Jauh

Mata dan Kacamata

Rabun Dekat

= – P =

1 PR

= 4 – P =

KekuatanLensa

= P =

1 f

dioptri 1

PP

dioptri

Mata Tua (Presbiopi) Astigmatisme

Teropong Prisma

Teropong

TeropongPanggung Teropong Bumi Teropong Bias = M =

Alat-Alat Optik Berakomodasi Mikroskop

s ob′ s n ( + 1) s ob f ok

L = s ob′ + s ok

= ( M = TidakBerakomodasi

Berakomodasi

s ob′ s )( n ) s ob f ok

L = s ob′ + f ok

= M =

s n f

+ 1

Lup TidakBerakomodasi

M = =

s n f

Fisika Kelas XI

79

s ′ s

=

12,5 12,5 cm 50cm

=

1 4

=

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: e

P

f

Benda yang terletak di ruang II akan terbentuk bayangan di ruang III. Sifat bayangan di ruang III yaitu nyata, terbalik, dan diperbesar. 2. Jawaban: d Pemantulan cahaya yang terjadi pada cermin adalah pemantulan teratur. Hal ini disebabkan permukaan cermin licin dan mengilap. Pembiasan atau pembelokan arah rambat cahaya terjadi ketika cahaya melewati benda tembus cahaya. Pemantulan baur terjadi jika benda mengenai benda-benda tidak tembus cahaya yang memiliki permukaan yang kasar. Adapun pemantulan sempurna terjadi ketika sudut datang cahaya lebih besar daripada sudut kritis saat bergerak dari medium rapat menuju medium kurang rapat. 3. Jawaban: a Diketahui: R = 20 cm s = 50 cm h = 5 cm Ditanyakan: h ′ Jawab: f =

=

1 2

(20 cm)

80

=

1 1 – f s

=

1 10 cm

=

5 −1 50 cm

=

4 50 cm

s ′ ′ =

50 cm 4

–

h ′

5 cm h ′

5 cm

4. Jawaban: d Bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung selalu bersifat maya, tegak, dan diperkecil. Untuk melukis pembentukan bayangan digunakan minimal 2 buah sinar istimewa. 1) Si Sinar nar dat datang ang sej sejaja ajarr sumbu sumbu uta utama ma dipa dipantu ntullkan seolah-olah berasal dari fokus cermin. 2) Si Sinar nar dat datang ang men menuju uju pus pusat at kel keleng engkun kungan gan cermin (R ) dipantulkan kembali. 3) Sin Sinar ar data datang ng menu menuju ju foku fokus s dip dipantu antulkan lkan sejajar sumbu utama. Gambar a, b, dan c merupakan pembentukan bayangan pada cermin cekung. Adapun gambar e tidak menghasilkan bayangan dan sinar istimewa yang digunakan tidak benar. Jadi, jawaban yang benar adalah pilihan d. 5. Jawaban: a Diketahui: α = 60° Ditanyakan: n Jawab: n =

360° α

360° 60°

– 1 – 1

=6–1 =5 Jadi, jumlah bayangan yang terbentuk sebanyak 5 buah.

= 10 cm 1 s ′

h

h ′ = 1,25 cm Jadi, tinggi bayangan sebesar 1,25 cm.

=

1 R 2

h ′

6. Jawaban: d 1 50 cm

Diketahui:

Alat-Alat Optik

1 4

= –50 cm R = Ditanyakan: s Jawab: f =

= 12,5 cm

= M =

=

1 R 2 1 2

(–50 cm)

= –25 cm

M =

s ′ s

1 4

s ′ s

=

s ′ =

9. Jawaban: a Diketahui: s = 50 cm R = –40 cm Ditanyakan: M Jawab:

1 s 4

f =

1 f

=

1 1 + ′ s s

–

1 25cm

=

1 4 + s s

–

1 25cm

=

5 s

–

1

1

2

2

= R = 1 f

=

1 1 + ′ s s

1 20 cm

=

1 50cm

1 s ′

s = –125 cm

=–

−7

n air =

=

4 3

s ′ = –

n u n air

=

1 4 3

=

3 4

M =

= 0,75

8. Jawaban: b Diketahui: s = 30 cm s ′ = –60 cm Ditanyakan: P Jawab: =

1 1 + ′ s s

=

1 30 cm

+

s ′ s

2 7

1 (−60 c m) m)

=

5 3

1 1 + f 1 f 2

=

1 −6 cm

=

=

2 7

+

1 8 cm

−8 + 6 48 cm

−2 48 cm

f gab = –

48 2

cm = –24 cm

Jadi, jarak fokus lensa gabungan adalah –24 cm.

cm)

11. Jawaban: a Diketahui: c 1 = 3 × 108 m/s n 1 = 1 n 1 = 1,33 Ditanyakan: c 2

dioptri

Jadi, besar kekuatan lensa adalah

50cm

=

=

1

=

cm

10. Jawaban: a Diketahui: f 1 = –6 cm f 2 = 8 cm

1 f gab

= 60cm

100 100 cm 60 cm

=

100 7

kali.

2 −1

1 (100 f

−

cm

Ditanyakan: f gab Jawab:

= 60cm

P =

100 7

Jadi, perbesaran bayangan yang dihasilkan

sin i = = sin 53° = 0,8 Dari perhitungan diperoleh sin i > > sin i k. Jadi, terjadi pemantulan sempurna atau seluruh berkas cahaya dipantulkan.

1 f

1 50cm

–

= 100 100 cm

i = 53° Ditanyak Dita nyakan: an: ber berkas kas cah cahaya aya Jawab: n 2 n 1

1 20 cm

1 s ′

= 100 100 cm

7. Jawaban: b

sin i k =

+

−5 − 2

Jadi, jarak benda dari cermin cembung sejauh 125 cm.

Diketahui:

(–40 cm) = –20 cm

5 3

dioptri.

Fisika Kelas XI

81

14. Jawaban: b Diketahui: P = = 10 D Ditanyakan: M Jawab:

Jawab: n 1c 1 = n 2c 2 8

(1)(3 × 10 m/s m/s)) = (1, (1,33) 33)c 2 3 × 108 m/s 1,33

c 2 =

8

= 2,25 × 10 m/s Jadi, cepat rambat cahaya di air sebesar 2,25 × 108 m/s.

=( =(

n 2 n 1 1,4 1

– 1)(

1 R 1

– 1)(–

= (0,4)(–

1 R 2

+

)

10 cm

=(

n 2 n 1

– 1)(

1 R 1

1,75

= P =

1 R 2

)

=

0,85 30cm

1 s ob

1

1

10

1

= 1,8 cm – 18cm

1

)

cm)

(100 cm)

Jadi, kekuatan lensa bikonveks sebesar 2,83 dioptri.

Alat-Alat Optik

1

= 18cm +

9

= 2,83 dioptri

82

1 s ob

= 18 cm

0,85 30 cm 1 (100 f

1

= s ′ + ob

= 18cm – 18cm

1

5 30 cm

1 f ob

1 s ob

= ( 1,5 – 1)( + ) 10 cm 15 cm = (0,17)(

Ditanyakan: s Jawab: d = s' ob + f ok 26 cm cm = s' ob + 8 cm s' ob = (26 – 8) cm s' ob = 18 cm

1 1,8 cm

1,75 1,5 10 cm 15 cm

+

+ 1

15. Jawaban: b Diketahui: f ob = 1,8 cm f ok = 8 cm mata tidak berakomodasi d = 26 cm

f = – 0,4 = –25 cm Jadi, jarak fokus lensa plankonkaf 25 cm.

1 f

s n f

Jadi, perbesaran lup adalah 3,5 kali.

1 ) 10 cm

13. Jawaban: c Diketahui: n 2 = n 1 = R 1 = R 2 = Ditanyakan: P Jawab:

M =

m = 0,1 m = 10 cm

= 10 cm + 1 = 3,5 kali

)

1 1 + ∼ 10cm

1 1 = 10 P

25 cm

12. Jawaban: b Diketahui: R 1 = –10 cm R 2 = ~ n 2 = 1,4 n 1 = 1 Ditanyakan: f Jawab: 1 f

= f =

s ob =

18 cm 9

= 2 cm

Jadi, mikroorganisme terletak 2 cm di depan lensa objektif. 16. Jawaban: d Diketahui: M = 15 s = 15 m = 1.500 cm d = 60 cm tidak berakomodasi Ditanyakan: s' ob Jawab: d = f ob + f ok 60 cm = f ob + f ok

f ok = 60 cm – f ob M =

15 =

Jawab:

f ob

P 1 = –

f ok

f ob

(60 cm − f ob )

P 2 =

1 = PR

1 s x

15(60 cm – f ob) = f ob

=

1 s ob

16 900 900 cm

=

1 1 + ′ 1.500 1.500 cm s ob

1 ′ s ob

=

16 1 – 900 900 cm 1.500 1.500 cm

=

80 − 3 4.500 4.500 cm

=

+

1 ′ s ob

s' ob = 58,44 cm

Jadi, letak bayangan lensa objektif sebesar 58,44 cm. 17. Jawaban: c Diketahui: d = 102,5 cm f ob = 80 cm f p = 5 cm

Ditanyakan: P ok Jawab: d = f ob + 4f p + f ok 102,5 cm cm = 80 cm + 4(5 cm) + f ok 102,5 c cm m = 80 cm + 20 cm + f ok f ok = 2,5 cm P =

=

1 (100 f

cm)

1 (100 2,5 cm

3−2

1

= 0,9 m = +1,11 D Jadi, kacamata yang dipakai berlensa rangkap dengan kekuatan lensa –0,25 D dan +1,11 D. 19. Jawaban: c Diketahui: M = 50 kali f ob = 150 cm f p = 2,5 cm Ditanyakan: d Jawab: M =

77 4.500

cm)

= 40 D Jadi, kekuatan lensanya 40 D. 18. Jawaban: d Diketahui: PR = 4 m PP = 45 cm = 0,45 m s x = 30 cm = 0,3 m Ditanyakan: P

1

= 0,9 m

900 900 cm 16

1 f ob

= –0,25 D

1 PP

1

900 90 0 cm = 16f ob

= 56,25 cm

1 4m

= 0,3 m – 0,45 m

900 cm – 15f ob = f ob

f ob =

–

–

50 =

f ob s ok

150 cm s ok

s ok = 3 cm d = f ob + 4f p + s ok

= 150 cm + 4(2,5 cm) + 3 cm = 150 cm + 10 cm + 3 cm = 163 cm Jadi, panjang teropong bumi 163 cm. 20. Jawaban: c Diketahui: h = h ′ ′ = f ob = f ok = s n = Ditanyakan: s ob Jawab: M total =

0,2 mm 8 mm 2 cm 5 cm 25 cm

h ′ 8 mm = h 0,2 mm

= 40 kali

⎛ sob ′ ⎞ ⎛ s n ⎞

M = ⎜ s ⎟ ⎜ f ⎟ ⎝ ob ⎠ ⎝ ok ⎠ ⎛ s ′ ⎞ ⎛ 25 cm ⎞ ⎟ ⎝ ob ⎠ ⎝ 5 cm ⎠

40 = ⎜ ob ⎟ ⎜ s ′ s ob s ob

= 8 kali

s ′ ′ ob = 8s ob

Fisika Kelas XI

83

1 f ob

=

1 s ob

+

1 ′ s ob

1 2 cm

=

1 s ob

+

1 8s ob

1 2 cm

=

1 2 cm

=

s ob =

8 +1 8s ob 9 8s ob

9(2 cm) = 8

2,25 cm

B. Uraian h s R Dita Di tany nyak akan an:: a. b. c. Jawab: 1 f

a.

=

= 10 cm = 15 cm = 40 cm → f = = 20 cm M h ′ ′ sifa si fatt ba baya yang ngan an

–

= M =

s ′ s

=

–

1 15 cm

=

3−4 60 cm

1 =– 60 cm

−60 cm = 4 kali 15 cm h ′ h

(60 cm)(10 cm) 15 cm

S if if at at b ay ay an an g an an : diperbesar.

2. Diketahui:

R s 1 s 2 Ditanyakan: s ′ ′ 1 Jawab: f =

1 1 = R = 2 2

1 f 1 25 cm 1 s 1′

=

1 s 1

ma ya ma ya ,

= –

1,5 25

h f s Dita Di tany nyak akan an:: a. b. Jawab:

= 4 cm = 1,5 cm = 1,2 cm h ′ ′ s i f at

1 1 – f s

=

1

4−5 6 cm

1 6 cm

s ′ ′ = –6 cm s ′ s

= M =

6 cm 1,2 cm

=

h ′ ⇔ h

= 5 kali

= M h = = 5(4 cm) = 20 cm h ′ ′ =

Jadi, tinggi bayangan 20 cm. Oleh karena s ′ ′ bernilai bernilai negatif, bayangan bersifat maya. Jadi, sifat bayangan yang terbentuk maya, tegak, dan diperbesar.

te ga te ga k, k,

d an an

P =

100 cm f 100 cm f 1 f

=

1 20 cm

=

1 s ′

=

1 1 + ′ s s 1 25cm 1 20 cm

+

1 s ′

–

1 25cm

5−4

= 100 100 cm

s ′ = 100 cm s ′

= =

1 1 – 25 cm 20cm

+

= –

f = 20 cm

1 s 1′

1 20cm

Alat-Alat Optik


5 =

= 50 cm = 20 cm = 10 cm : s ′ ′ 2

s ′ ′ 1 = –100 cm

84

1 1 − 2, 5 = 10 cm 25

–

s = 25 cm P = 5 dioptri Ditanyakan: s ′ dan M Jawab:

= 40 cm

(50 cm) = 25 cm

+

1 25 cm


Jadi, tinggi bayangan 40 cm. c.

=

= M =

−60 cm h ′ = 15 cm 10 cm

h ′ ′ =

1 s 2′

1 s 2′

+

1

Jadi, perbesaran bayangan sebanyak 4 kali. b.

1 1 + 10cm s 2′

=

1 1 = 20 cm s

=

=

1 s 2

= 1,5 cm – 1,2 cm

s ′ ′ = –60 cm s ′ s

1 25 cm

1 s ′

1 1 + ′ s s

1 1 = s ′ f

=

s ′ ′ 2 = –16,67 cm Jadi, perbandingan jarak bayangan awal dan jarak bayangan akhir adalah 100 : 16,67.

Jadi, jarak benda dari lensa objektif 2,25 cm. 1. Di Dike keta tahu hui: i:

1 f

100 100 cm

= 4 M = s = 25 cm

1 s 1′

= –

1 100 100 cm

Jadi, jarak bayangan 100 cm dan perbesaran bayangan 4 kali semula.


f 1 = 50 cm f 2 = –30 cm f 3 = 60 cm Ditanyakan: P gab Jawab: 1 f gab

=

1 1 + f f 1 2

=

1 50 cm

+

d = 27 cm f ob = 2 cm s ob = 2,2 cm s n = 25 cm Tanpa akomodasi Dita Di tany nyak akan an:: a. f ok b. M total Jawab:

1 f 3

1 1 + 30 cm 60 cm

–

6 − 10 + 5 1 = 300 cm 300

=


1 ′ s ob

cm

1 100 cm = 300 cm f

=

1 3

1 3

D.

6. Dike Diketa tahu hui: i: PR = 1,25 m Ditanyakan: P Jawab: 1 = PR

–

1 1,25 m

= –

4 5

=

1 2 cm

4 5

D

M = 15 f ob = 90 cm

Ditanyakan: d Jawab:

⎛ s ′ ⎞ ⎛ s ⎞

⎛ 22 cm ⎞ ⎛ 25 cm ⎞

P 1 = +2 D P 2 = +10 D P 3 = +40 D Ditany Dit anyakan akan:: sus susuna unan n len lensa sa a. pa panj njan ang g terop teropon ong g b. pe perb rbes esar aran an tota totall Jawab: f 1 =

1 P 1

=

1 = +2 D

f 2 =

1 P 2

=

1 +10 D

= 0,1 m = 10 cm

1 P 3

=

1 +40 D

= 0,025 m = 2,5 cm

0,5 m = 50 cm

f ob f ok

f 3 =

15 =

90 cm f ok

Perbesaran teropong: M = =

f ok = 6 cm d = f ob + f ok = 90 cm + 6 cm = 96 cm Jadi, panjang teropong saat mata tidak berakomodasi 96 cm. s n = 25 cm

P = 20 D Ditanyakan: M Jawab: f =

1 1 = 20 D P

M =

s n f

+ 1 =

+ 1 = 6

Jadi, perbesaran lup 6 kali.

f ob f ok

Agar menghasilkan perbesaran terbesar, f ob bernilai besar dan f ok kecil. f ob = 50 cm f ok = 2,5 cm f p = 10 cm a.

d = f ob + 4f p + f ok

= 50 cm + 4(10 cm) + 2,5 cm = 92,5 cm Jadi, panjang teropong 92,5 cm.

= 0,05 m = 5 cm 25 cm 5 cm

1

M total = ⎜ ob ⎟ ⎜ n ⎟ = ⎜ 2,2 cm ⎟ ⎜ 5 cm ⎟ = 50 ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎝ s ob ⎠ ⎝ f ok ⎠

M =


11 − 10

1

– 2,2 cm = = cm 22 cm 22

10. Diketahui:

D.


1 s ob

Jadi, perbesaran total mikroskop 50 kali.

Jadi, kekuatan lensa kacamata Aldo sebesar –

–

d = s ′ ′ ob + f ok – s ′ ′ ob = 27 cm – 22 cm = 5 cm f ok = d – Jadi, jarak fokus lensa okuler sejauh 5 cm.

dioptri

Jadi, kekuatan lensa gabungan

P = –

1 f ob

s ′ ′ ob = 22 cm

f gab = 300 cm P =

=

b.

= M =

f ob f ok

50 cm

= 2,5 cm = 20 kali

Jadi, perbesaran teropong 20 kali.

Fisika Kelas XI

85

Setelah mempelajari bab ini, peserta didik mampu: 1. menjelask menjelaskan an gejala-gejala gejala-gejala yang menyebabkan menyebabkan terjadinya pemanasan global; 2. menjelask menjelaskan an dampak dampak dan upaya upaya penanggulang penanggulangan an pemanasan pemanasan global. Berdasarkan pengetahuan dan keterampilan yang dikuasai, peserta didik: 1. mensyukuri segala segala kenikmatan kenikmatan Tuhan Yang Yang Maha Esa atas berbagai berbagai sumber daya alam alam dengan cara menjaga menjaga dan merawatnya; merawatnya; 2. bertanggung jawab dan memiliki sikap peduli peduli dalam dalam melakukan melakukan berbagai berbagai kegiatan. kegiatan.

Pemanasan Global

Mempelajari

Penyebab Pemanasan Global

Dampak dan Upaya Penanggulangan Pemanasan Global

Mencakup • • •

Efek Rumah Kaca Aktiv Ak tivita itas s yang yang Mengha Menghasi silk lkan an Gas Gas Rumah Rumah Kaca Kaca Kesepa Kes epakat katan an Dunia Dunia Memb Membaha ahas s Pemana Pemanasan san Glob Global al

Mencakup • •

Dampak Damp ak Pe Pema mana nasa san n Gl Glob obal al Upaya Upa ya Pena Penangg nggul ulang angan an Pema Pemanas nasan an Glo Global bal

Mampu • • • • • • •

86

Menjelaskan Menjelas kan pengaruh pengaruh gas gas rumah kaca kaca terhadap terhadap fenomena fenomena efek rumah rumah kaca. kaca. Menjelas Menj elaskan kan aktivita aktivitas-ak s-aktivi tivitas tas yang menghasil menghasilkan kan gas rumah kaca. kaca. Menjelaskan Menjelask an hasil hasil kesepakatan kesepakatan dunia untuk menanggulan menanggulangi gi pemanasan pemanasan global. Menjelas Menj elaskan kan dampak dampak pemanas pemanasan an global global bagi kehidu kehidupan pan di bumi. bumi. Menjelaskan Menjelask an upaya-upaya upaya-upaya yang yang dilakukan dilakukan manusia untuk menanggulangi menanggulangi pemanasan global. Menghaya Meng hayati ti dan menga mengamalk malkan an ajaran ajaran agama agama yang yang dianutn dianutnya. ya. Menunjukkan Menunjukk an perilaku tanggung jawab jawab dan peduli peduli sebagai bentuk peran aktif dalam dalam melestarikan melestarikan lingkungan. lingkungan.

Pemanasan Global

A.


1. Jawaban: b Manfaat efek rumah kaca yang secara alami melingkupi bumi untuk menjaga bumi berada pada suhu hangat baik pada siang maupun pada malam hari. Jika tidak ada efek rumah kaca maka suhu permukaan bumi akan mencapai –18°C pada malam hari. Tumbuhan juga butuh cahaya untuk berfotosintesis. Oleh karena itu, sebagian panjang gelombang radiasi matahari diperangkap untuk kebutuhan fotosintesis tumbuhan di bumi. Jadi, pernyataan yang tepat ditunjukkan oleh angka 1) dan 3) 2. Jawaban: d Banyaknya industri akan memengaruhi suhu pada daerah tersebut. Perubahan suhu akan menyebabkan adanya efek rumah kaca pada daerah tersebut sehingga menyebabkan terjadinya pemanasan global. Kegiatan industri akan menghasilkan gas-gas rumah kaca yang terlepas ke atmosfer jika tidak ada tanaman yang menyerapnya. Hal itulah yang akan menyebabkan terjadinya pemanasan global. 3. Jawaban: b CFC mendorong pemanasan global karena mengikis lapisan ozon yang menangkal radiasi matahari. Penipisan ozon stratosfer karena CFC disebut dengan fotodisosiasi. Reaksi fotodisosiasi CFC sebagai berikut. CFCl3 + UV → CFCl2 + Cl Reaksi dengan O3 (ozon): O3 + Cl → ClO + O 2 ClO + O → Cl + O 2 ––––––––––––––––––––– Hasil: O3 + O → 2O2 4. Jawaban: a Banyaknya peternakan mendorong pemanasan global. Kotoran hewan ternak banyak menghasilkan gas metana. Gas metana merupakan salah satu gas rumah kaca. Semakin banyak gas rumah kaca maka semakin banyak pula radiasi matahari yang terperangkap di bumi. Jika hal ini dibiarkan terus-menerus, akan memperburuk kondisi bumi dan terjadi pemanasan global. 5. Jawaban: c Pembukaan lahan di Indonesia biasanya dilakukan dengan pembakaran hutan. Saat proses pembakaran, banyak karbon dioksida dilepaskan

ke atmosfer. Tanaman pertanian juga harus dilakukan pemupukan. Pemupukan dengan pupuk sintetis menghasilkan dinitrogen oksida yang juga menyumbang gas rumah kaca. 6. Jawaban: d Semakin tebal gas CO2 yang merupakan kelompok gas rumah kaca maka akan semakin banyak radiasi matahari yang terperangkap di bumi. Oleh karena itu, temperatur bumi semakin panas. 7. Jawaban: e Kendaraan bermotor berbahan bakar fosil memberikan sumbangan karbon dioksida ke udara. Gas karbon dioksida salah satu gas rumah kaca yang merupakan insulator panas yang baik. Jika radiasi matahari masuk ke atmosfer bumi, maka akan terkungkung. Kungkungan radiasi dalam jumlah banyak banyak akan menaikkan suhu suhu global bumi sehingga suhu udara juga mengalami kenaikan. 8. Jawaban: d Saat ini sektor transportasi menjadi sorotan karena menyumbang emisi karbon dioksida dan karbon monoksida yang sangat besar. Manusia harus mulai melirik bahan bakar ramah lingkungan supaya tidak memperburuk kondisi bumi. 9. Jawaban: a Sampah organik akan mengalami proses pembusukan. Sampah organik jika tidak dikelola dengan baik akan menghasilkan gas metana. Gas metana adalah gas yang menyebabkan terjadinya efek rumah kaca dan berpotensi menjadi penyebab terjadinya pemanasan global. 10. Jawaban: e Ozon yang berada di lapisan stratosfer bermanfaat bagi manusia. Hal ini karena ozon akan menahan radiasi matahari. Akibatnya, suhu bumi akan terasa hangat. B.

Urai Ur aian an

1. Uap air memiliki konsentrasi hampir 95% di atmosfer. Air menguap dari tanah dan laut, lalu tertahan di atmosfer sebagai awan. Dengan demikian jumlah uap air yang tertahan di atmosfer bervariasi dalam beberapa jam dan beberapa hari akibat cuaca yang berlaku di setiap lokasi. Jadi meskipun uap air adalah yang terbesar dalam gas rumah kaca, tetapi keberadaannya relatif singkat. Berbeda dengan gas CO2 yang bertahan lama di atmosfer.

Fisika Kelas XI

87

2. Padatnya Padatnya transp transporta ortasi si akan menimbu menimbulkan lkan adanya adanya polusi udara. Gas-gas seperti karbon monoksida (CO), nitrogen oksida (NOx), belerang oksida (SOx), hidrokarbon (HC), dan partikel lainnya jika bereaksi dengan oksigen akan menghasilkan gas rumah kaca. Gas-gas rumah kaca tersebut jika berada di atmosfer akan mengungkung sinar matahari sehingga kondisi bumi menjadi panas dan menyebabkan terjadinya pemanasan global. 3. Radiasi Radiasi matahari matahari masuk masuk melalui melalui atmosf atmosfer er bumi. bumi. Atmosfer yang mengandung banyak gas rumah kaca mengungkung radiasi matahari dengan cara memantulkan kembali radiasi yang seharusnya kembali ke angkasa. Peristiwa ini disebut dengan efek rumah kaca. Radiasi ini mengakibatkan suhu dipermukaan bumi naik. Efek rumah kaca dapat merugikan manusia apabila gas-gas penyebab efek rumah kaca melebihi batas normal. Dampak yang terjadi yaitu peningkatan suhu bumi sehingga terjadilah pemanasan global.

A.


1. Jawaban: e Global warming memberikan memberikan dampak yang serius bagi kehidupan di bumi. Global warming memberi memberikan dampak yang signifikan bagi alam, di antaranya sebagai berikut. 1) Ken Kenaik aikan an perm permuka ukaan an air air laut laut kar karena ena air lau lautt memuai. 2) Me Menc ncai airn rnya ya es di ku kutu tub. b. 3) Ba Bany nyak ak terja terjadi di keke kekeri ringa ngan n dan mena menamba mbah h potensi terbentuknya gurun baru. 4) Mu Musn snah ahny nya a keane keaneka kara raga gama man n hayat hayati. i. 5) Ber Bertam tambah bahnya nya frek frekuen uensi si hujan hujan,, badai, badai, topa topan, n, dan banjir. 2. Jawaban: e Tanah longsor biasa terjadi pada dataran tinggi yang gundul. Sedikitnya pohon yang tertanam membuat tanah tidak memiliki kekuatan saat diguyur hujan deras. Oleh karena itu, upaya yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan reboisasi. 3. Jawaban: b Sandal pada gambar adalah kerajinan dari plastik bekas. Kerajinan ini merupakan salah satu upaya pencegahan pemanasan global dengan cara mendaur ulang (recycle (recycle ) karena mengubah fisik dari sampah kemasan menjadi sandal.

88

Pemanasan Global

4. Pupuk menghasilkan senyawa N2O (dinitrogen oksida). Dinitrogen oksida akan terlepas ke atmosfer. Reaksi yang terjadi di atmosfer sebagai berikut. Ozon yang terpapar energi cahaya akan pecah menjadi oksigen dan atom O radikal bebas. O3 + hυ → O• + O2 O• lalu mengikat N 2O sehingga terbentuk 2 molekul NO N2O + O• → NO + NO NO sebagai katalis kerusakan ozon O3 + NO → NO2 + O2 NO2 + O → NO + O2 Hasil: O3 + O → 2O2 Jadi, karena adanya dinitrogen oksida, ozon pecah menjadi molekul oksigen. 5. Kebakaran Kebakaran hutan hutan meluma melumatt pohon yang yang menyera menyerap p karbon dioksida. Jika karbon dioksida tidak di diserap untuk fotosintesis, maka gas akan terus berada di atmosfer dan menjadi gas rumah kaca. Untuk menumbuhkan hutan seperti sedia kala dibutuhkan waktu yang tidak sebentar. Keadaan ini yang juga mendorong pemanasan global.

4. Jawaban: a Berjalan kaki ke sekolah atau menggunakan mode transportasi umum mampu mengurangi produksi gas rumah kaca terutama CO2 sehingga efek rumah kaca dapat dikendalikan. Sementara jika menggunakan sepeda motor maka akan menambah konsumsi bahan bakar fosil. Mematikan lampu belajar setelah pemakaian selesai merupakan upaya pencegahan pemanasan global. Jika energi listrik yang digunakan sedikit, jumlah bahan bakar yang digunakan juga sedikit sehingga mampu mengurangi terjadinya pemanasan global. Pemakaian parfum semprot merupakan contoh penyebab terjadinya pemanasan global. Parfum seprot mengandung gas CFC yang dapat merusak lapisan ozon. Jika lapisan ozon di bumi rusak, sinar ultraviolet dan radiasi inframerah masuk ke bumi sehingga suhu rata-rata bumi meningkat. Penggunaan kertas secara hemat mampu meminimalisasi penebangan hutan sehingga hutan berperan dengan semestinya yaitu menyerap polutan.

5. Jawaban: a Gambar tersebut menjelaskan adanya bencana banjir. Bencana banjir memiliki keterkaitan dengan dampak terjadinya pemanasan global. Selain berguna untuk menyerap karbon dioksida, hutan juga berfungsi menyerap air hujan. Jika pohon pohon di hutan banyak yang ditebangi akan menyebabkan hutan gundul. Hutan yang gundul tidak akan mampu menyerap air hujan ketika hujan deras. Air yang tidak terserap akan mengalir dari dataran tinggi ke dataran rendah sehingga menimbulkan banjir. Adapun cara yang harus dilakukan untuk menanggulangi banjir salah satunya yaitu melakukan penanaman kembali pada lahan gundul. 6. Jawaban: d Roni menggunakan kertas bekas untuk melakukan kegiatannya. Kegiatan yang dilakukan Roni bertujuan untuk mengurangi dampak pemanasan global. Metode yang dia gunakan adalah reuse yang artinya menggunakan kembali. Dengan menggunakan kembali sebagian kertas bekas yang masih kosong koso ng merupakan contoh yang tepat mengurangi dampak pemanasan global.

Apabila musim panas berkepanjangan melanda di suatu wilayah maka akan menyebabkan bencana kekeringan sehingga banyak muncul gurun baru, musnahnya berberapa spesies kebakaran hutan, gagalnya panen bagi petani, serta terjadinya bencana kelaparan. Petani tidak lagi mampu memperkirakan masa tanam dan masa panen. Selain itu, bertambahnya frekuensi bencana menyebabkan kerusakan tanaman siap panen. B.

Urai Ur aian an

1. Pemanasan global mengubah iklim. Kondisi ini juga jug a mem eng engaru aru hi wak waktu tu tan tanam am dan pan panen. en. Selain itu, kondisi cuaca yang rawan badai juga menyebabkan rusaknya tanaman pertanian dan menurunkan hasil panen. 2. Mencairnya Mencairnya es di kutub menye menyebabka babkan n kenaikan kenaikan permukaan air laut. Kondisi ini akan membuat di daerah pesisir rawan rob.

7. Jawaban: b Program pemerintah ini adalah upaya mengurangi sampah plastik reduce . Dengan dikenakannya biaya per kantong plastik, masyarakat akan tergerak menggunakan tas belanja/keranjang belanja. Hal ini tentunya sangat mengurangi konsumsi plastik dan sampah plastik.

3. Siswa Siswa dapat dapat menggunak menggunakan an transpor transportasi tasi umum umum saat berangkat dan pulang sekolah. Siswa belajar pada siang hari dan mematikan lampu usai belajar pada malam hari untuk menghemat energi. Siswa juga dapat membiasak membiasakan an diri membawa bekal makanan. Selain sehat, membawa bekal juga termasuk upaya mengurangi sampah. Selain itu, membiasakan diri membuang sampah pada tempatnya juga merupakan investasi masa depan untuk kelangsungan hidup di bumi.

8. Jawaban: a Pak Adi membuat pupuk yang digunakan untuk menyuburkan tanaman tomatnya. Pupuk tersebut dibuat dari dedaunan kering yang dibusukkan. Pupuk tersebut dapat dikatakan sebagai pupuk kompos dan metode yang digunakan disebut composting .

4. Kegiatan Kegiatan yang yang dapat dapat dilakuka dilakukan n untuk menceg mencegah ah semakin parahnya pemanasan global di daerah perkotaan sebagai berikut. a. Me Memb mban angu gun n ta tama man n ko kota ta.. b. Me Memb mbua uang ng sam sampa pah h pada pada tem tempa patn tnya ya.. c. Men Mengg gguna unaka kan n tran transpo sport rtas asii umum umum saa saatt bebepergian.

9. Jawaban: e Apabila es dikutub mencair maka menyebabkan luas daerah kutub berkurang, permukaan air laut semakin tinggi, dan pulau kecil akan tenggelam. Air tanah tetap tawar meskipun permukaan air laut naik.

5. Manfaat Manfaat penghija penghijauan uan lahan lahan gundul sebagai sebagai berikut. a. Men Mengur gurang angii benc bencana ana tan tanah ah lon longso gsorr untu untuk k daerah perbukitan dan mengurangi abrasi air laut untuk daerah pantai. b. Men Menaha ahan n dan men menyei yeimba mbangk ngkan an per permuk mukaan aan air tanah, serta menahan instrusi air laut. c. Me Meme meli liha hara ra kea keane neka kara raga gama man n hayat hayati. i. d. Me Mena naik ikka kan n kada kadarr oksi oksige gen. n.

10. Jawaban: d Perubahan iklim yang disebabkan pemanasan global menimbulkan masalah bagi banyak orang.

Fisika Kelas XI

89

A.


1. Jawaban: d Radiasi matahari yang berkontribusi terhadap kenaikan suhu rata-rata bumi adalah sinar inframerah. 2. Jawaban: a Deforestasi menyebabkan rusaknya paru-paru dunia yang membantu menyerap gas karbon dioksida. Hal ini menyebabkan konsentrasi CO2 di atmosfer semakin meningkat. Penggunaan parfum semprot melepaskan CFC ke atmosfer. CFC dapat merusak lapisan ozon. Penggalakan mode transportasi umum mengurangi produksi gas CO2 sehingga mencegah semakin parahnya pemanasan global. Membuang sampah di sungai merusak lingkungan tetapi tidak memberikan kontribusi terhadap kenaikan rata-rata suhu bumi. Jadi, kegiatan yang menyebabkan pemanasan global ditunjukkan oleh angka 1) dan 2). 3. Jawaban: e Penghijauan di kota bermanfaat untuk mengurangi dampak pemanasan global karena gas CO2 yang dihasilkan akan terserap secara langsung dan tidak menyebabkan efek rumah kaca. Selain itu, dengan adanya penghijauan akan meningkatkan kadar oksigen (O2) di daerah perkotaan. 4. Jawaban: a Kegiatan a adalah pemupukan dengan pupuk buatan. Kegiatan ini dapat melepas N2O yang merupakan gas rumah kaca yang dapat menyebabkan pemanasan global. Kegiatan b adalah pemilahan sampah yang memudahkan pengolahan sampah organik untuk meminimalisasi produksi metana. Kegiatan c adalah reboisasi. Pohon akan membantu mengurangi karbon dioksida. Kegiatan d menggunakan mode transportasi ramah lingkungan untuk mengurangi emisi karbon. Kegiatan e adalah daur ulang untuk mengurangi sampah anorganik. Jadi, kegiatan yang dapat menyebabkan pemanasan global adalah kegiatan pemupukan dengan pupuk buatan (a). 5. Jawaban: c Batu bara dimanfaatkan untuk sumber energi utama pada PLTU. Batu bara dibakar untuk memanaskan air, lalu uap yang dihasilkan digunakan untuk memutar turbin. Penggunaan batu bara

90

Pemanasan Global

menjadi tidak terkendali jika masyarakat tidak melakukan penghematan listrik. Untuk mengurangi penggunaan batu bara manusia harus mengembangkan energi alternatif, misal PLTS, PLTN, dan memaksimalkan PLTA. PLTU tidak perlu dihapuskan tetapi sumber energi utamanya yang diganti, misal menggunakan energi nuklir. Selain itu, pemerintah juga harus membatasi masuknya penanam modal asing yang akan berinvestasi di sektor pertambangan. 6. Jawaban: c Menambahkan probiotik ke makanan ternak hanya memperlancar metabolisme ternak. Mengendapkan kotoran cair akan menambah konsentrasi metana. Memisahkan kotoran cair dengan padatan tidak mengurangi metana yang dilepas ke udara. Meskipun sampah kotoran ditimbun, gas metana tetap terlepas ke udara. Jadi, upaya yang dapat dilakukan adalah dengan memanfaatkan metana menjadi biogas untuk kebutuhan rumah tangga. 7. Jawaban: b Pemerintahan sebelumnya menyepakati Amerika Serikat akan turut memangkas emisi gas rumah kaca sebanyak 20% atau seperlima dari total gas rumah kaca. Salah satunya dengan mengalihkan sumber energi batu bara ke gas alam. Namun, pemerintahan terbaru melanggar kesepakatan pemangkasan emisi gas rumah kaca dengan alasan akan membatasi kegiatan industri. Adapun pelanggaran baru yang dilakukan adalah tetap membangun saluran minyak yang kontroversial Keystone XL dan merevisi aturan terkait emisi pembangkit listrik yang dibuat oleh pemerintahan sebelumnya. 8. Jawaban: b Joint Implementation membahas tentang kerja sama antarnegara maju untuk mengurangi emisi gas rumah kaca yang mereka hasilkan. Sementara itu, Clean Development Mechanism (CDM) (CDM) membahas kerja sama antarnegara maju dan negara berkembang dengan cara negara maju berinvestasi kepada negara berkembang dalam rangka mengurangi emisi gas rumah kaca. Adapun Emision Trading (ET) membahas kerja sama perdagangan emisi antarsesama negara maju.

9. Jawaban: b Reklamasi diartikan sebagai kegiatan atau proses memperbaiki daerah atau area yang tidak berguna menjadi daerah yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan manusia antara lain untuk sarana dan prasarana baru seperti pelabuhan, bandara, kawasan perindustrian, pemukiman, sarana sosial, rekreasi dan sebagainya (Ensiklopedi Nasional Indonesia, 1990). Reklamasi biasa dilakukan di daerah sekitar pantai. Kegiatan ini sangat bermanfaat untuk menunjang kehidupan manusia akan tetapi juga menimbulkan dampak buruk. Salah satunya rusaknya populasi bakau di area pantai. Kerusakan hutan bukan akan mengurangi jumlah tahaman hujau yang berfungsi sebagai paru-paru dunia. Jika hutan menyempit, maka jumlah tanaman hujan yang menyerap karbon dioksida juga berkurang. Keadaan ini memicu semakin tebalnya gas rumah kaca di atmosfer yang menyebabkan pemanasan global. 10. Jawaban: c Penelitian membuktikan adanya relevansi antara jumlah emisi CO2 di atmosfer dengan kenaikan suhu rata-rata bumi. Hal ini berhubungan dengan peran gas rumah kaca yang menerangkan panas matahari sehingga tetap berada di bumi padahal seharusnya radiasi tersebut dipantulkan kembali ke angkasa. 11. Jawaban: a Faktor yang memengaruhi penyusutan tanaman bakau adalah reklamasi pantai, pembukaan lahan tambak, kenaikan permukaan air laut, dan abrasi pantai. 12. Jawaban: c Penggunaan cerobong asap yang tinggi untuk mengurangi polusi lokal berkontribusi dalam penyebaran hujan asam. Hal ini disebabkan emisi gas yang dikeluarkannya akan masuk ke sirkulasi udara yang memiliki jangkauan lebih luas sehingga hujan asam sering terjadi di daerah yang jauh dari lokasi sumbernya. 13. Jawaban: b Upaya yang dilakukan adalah recycle . Sampah yang merupakan barang tidak berguna diolah lagi menjadi barang baru yang memiliki nilai guna lebih tinggi. 14. Jawaban: b Sampah organik yang membusuk dan tidak mendapat penanganan yang tepat dapat mengemisi gas metana. Metana adalah gas rumah kaca yang berperan aktif dalam pemanasan global. Penanganan sampah organik yang tepat adalah dibuat kompos.

15. Jawaban: d Daun-daun kering yang dibakar akan mengemisi karbon dioksida. Oleh karena itu, penanganan yang tepat yaitu dibuat kompos. Sampah anorganik tidak boleh ditimbun karena akan mencemari tanah. Oleh karena itu, langkah yang dapat melestarikan lingkungan adalah membuat jalur hijau di sepanjang jalur protokol dan mematikan mesin kendaraan saat berada di lampu merah. Kedua langkah itu sama-sama berguna untuk mengurangi emisi karbon dioksida. 16. Jawaban: a Mencabut stop kontak peralatan listrik yang tidak terpakai merupakan sarana untuk penghematan listrik. Stop kontak yang tidak tercabut pada peralatan listrik yang tidak terpakai akan tetap memberikan energi listrik pada peralatan listrik sehingga energi yang digunakan bertambah. Menggunakan lampu hemat energi merupakan bentuk upaya mengurangi terjadinya pemanasan global. Penggunaan lampu hemat energi dapat mengurangi penggunaan energi yang berlebihan sebab pada lampu tersebut dibutuhkan energi listrik yang relatif lebih kecil dibandingkan lampu lainnya, misalnya lampu neon dan bohlam (lampu pijar). Pada saat TV atau alat elektronik berada pada mode stand by sesungguhnya sesungguhnya alat tersebut masih mengonsumsi listrik. Menggunakan pengering lebih boros listrik. Jika harus menggunakan pengering pakaian, pilih pengering putar yang tidak mengandung panas. Jika baju diperas dengan baik, angin sudah mampu mengeringkan tanap dijemur di bawah terik matahari. Mematikan dispenser ketika tidak digunakan merupakan contoh penghematan energi listrik. Dalam dispenser terdapat alat pemanas air yang bekerja jika dialiri arus dan alat otomatis yang digunakan untk menyalakan dan mematikan alat pemanas supaya suhu air tetap stabil. Jika dispenser dimatikan ketika ket ika digunakan akan mengurangi arus yang digunakan sehingga energi listrik dapat dikurangi. 17. Jawaban: a Populasi beruang kutub yang semakin menurun karena habitat yang rusak adalah salah satu dari dampak pemanasan gllobal. Naiknya suhu ratarata bumi menyebabkan es di kutub mencair. Oleh karena itu, upaya yang siginifikan untuk menjaga fauna ini tetap lestari adalah mengurangi emisi gas rumah kaca. 18. Jawaban: d Terumbu karang terancam punah dengan kenaikan suhu air laut. Kenaikan suhu bumi 2–3°C membuat tumbu karang mati. Kematian

Fisika Kelas XI

91

terumbu karang melewati proses coral bleaching yang artinya warna terumbu karang berubah menjadi putih. Hal ini terjadi ketika suhu air laut naik. Pada terumbu karang, Zooxanthellae merupakan pemberi warna utama. Jika Zooxanthellae hilang dari karang, warnanya akan memucat dan menjadi transparan sehingga memperlihatkan warna putih kapur. 19. Penghijaua Penghijauan n kembali kembali lahan lahan yang rusak, rusak, penert penertibiban perizinan tentang pengusahaan hutan, dan pemberantasan ilegal logging merupakan merupakan tindakan yang mencerminkan perawatan hutan. Hutan gundul harus direboisasi. Jika mengharuskan dibukanya penambangan, harus menaati aturan sehingga tidak timbul pencemaran. Sementara itu, penanaman kelapa sawit di area hutan termasuk langkah yang keliru karena mengubah lahan hutan sehingga tidak berfungsi dengan semestinya. 20. Jawaban: c Hujan asam memiliki pH 5,7 akibat emisi nitrat dan sulfur di atmosfer. Saat terjadi hujan asam maka air membawa nitrat dan sulfur dalam konsentrasi yang cukup tinggi. Jika jatuh ke tanah, kandungan ini akan melarutkan nutrisi yang dibutuhkan tanaman. Selain itu, hujan asam juga mengganggu sistem pernapasan serta merusak bangunan. B.

Urai Ur aian an

1. Ada. Contoh gas rumah rumah kaca kaca tak tak efektif efektif adalah adalah uap air (H2O). Uap air termasuk gas rumah kaca tak efektif karena usianya di atmosfer yang sangat singkat. Uap air akan segera jatuh menjadi hujan setelah terkondensasi. 2. Debu vulka vulkanik nik yang yang kaya kaya akan sulfu sulfurr mencapai mencapai lapisan stratosfer. Debu ini akan bergabung dengan uap air membentuk aerosol. Aerosol ini menyerap radiasi matahari dan menghamburkannya kembali ke angkasa. Oleh karena hal inilah bumi mengalami mengalam i penurunan suhu rata-rata dan menyebabkan perubahan iklim yang berbeda dari seharusnya. 3. Mengapa Mengapa gas yang yang dihasil dihasilkan kan oleh oleh alat alat transportransportasi menyebabkan terjadinya pemanasan global? Jawaban:

Kebanyakan alat transportasi menghasilkan gas karbon monoksida. Apabila gas karbon monoksida bertemu dengan gas oksigen akan menghasilkan gas karbon dioksida. Gas karbon dioksida merupakan gas rumah kaca. Apabila gas tersebut terkumpul banyak di atmosfer maka akan menyelimuti atmosfer sehingga mengganggu jalannya sinar matahari untuk diteruskan ke luar angkasa.

92

Pemanasan Global

4. Manusia terlibat sebagai kontributor emisi metana. Emisi metana berasal dari lapisan es abadi, tanah gembur, pembakaran sampah organik, dan penghasil metana paling besar ternyata sektor peternakan. Semakin banyak manusia mengonsumsi daging, susu dan produk peternakan lain, maka sektor peternakan akan menambah jumlah hewan ternak dan hal ini tentunya semakin banyak menghasilkan emisi metana. Emisi metana berasal dari kotoran hewan ternak yang tidak tertangani secara tepat. Oleh karena itu, pola hidup vegetarian berperan aktif dalam mengerem emisi metana ke atmosfer. 5. Jika terjad terjadii pemanasan pemanasan global global yang yang akan akan terjadi terjadi pada musim di Indonesia yaitu adanya perubahan musim sehingga kemungkinan terjadinya musim kemarau maupun musim penghujan dapat lebih panjang maupun lebih pendek daripada waktu normal. 7. Lampu LED mengonsumsi lebih sedikit energi dibandingkan dengan lampu pijar. LED adalah jenis jen is pen pencah cahaya ayaan an yan yang g men menggu ggunak nakan an sem semii konduktor untuk mengubah listrik menjadi cahaya. LED 6–7 kali lebih efisien daripada lampu pijar. Penghematan energi adalah salah satu upaya mengerem pemanasan global mengingat konversi energi listrik di Indonesia mayoritas menggunakan bahan bakar fosil. 8. Kertas Kertas berasal berasal dari dari pulp pulp atau bubur bubur kayu. kayu. Semakin Semakin banyak penggunaan kertas maka semakin banyak pohon yang ditebang. Pohon berperan dalam penyerapan karbon dioksida. Jika semakin banyak penebangan pohon, maka konsentrasi karbon dioksida di atmosfer tinggi dan menyebabkan efek rumah kaca yang berujung pada pemanasan global. 9. Sampah Sampah anorganik anorganik yang yang tidak tidak dapat dapat didaur didaur ulang ulang dapat dibakar dengan menggunakanincenerator menggunakan incenerator . Incenerator yaitu mesin pembakar sampah. Arangnya dapat di gunakan sebagai campuran kompos dan dapat digunakan untuk menyerap sampah B3 (bahan beracun berbahaya). 10. Reduce adalah usaha untuk mengurangi pemakaian barang sehingga dapat mengurangi jumlah sampah. Misalnya menggunakan produk minuman yang dapat diisi ulang, membeli sabun cair kemasan isi ulang dibanding membeli botol baru, dan membeli kebutuhan pokok yang kemasannya besar daripada membeli kemasan sachet .

A. Pilihan Ganda


c

V A = 4 L V B = 10 L p A = p B = 3 × 10 5 Pa W

Ditanyakan: Jawab: Proses A ke B adalah proses isobarik. Usaha dari A ke B dapat dihitung dengan persamaan: W AB = p ΔV = p (V B – V A) = 3 × 105 Pa(10 × 10 –3 m3 – 4 × 10–3 m3) = 18 × 102 J = 1.800 J Jadi, usaha yang dilakukan gas dari A ke B sebesar 1.800 joule. 2. Jawaban: Diketahui:

ω =

2π

0,5π rad/ rad/ss =

2π

T 2 = 127°C Q 1 = 80 kkal Q 2 = 44 kkal η

=

W Q 1

=

36 kkal × 100% 80 kkal

× 100%

= 45% Jadi, efisiensi mesin sebesar 45%. 3. Jawaban: b Gelombang mekanik memiliki sifat dapat dipantulkan, dapat dibelokkan, dapat melentur dapat melalui celah sempit, dan dua atau lebih gelombang mekanik sejenis dapat dipadukan (misal: gelombang air laut). Akan tetapi gelombang mekanik tidak dapat diuraikan sesuai frekuensinya (dispersi). Jenis gelombang yang mampu diserap oleh larutan gula adalah gelombang elektromagnetik (contohnya cahaya) karena larutan gula termasuk bahan optik aktif.

T

T

T = 4 s k =

2π

2π /m =

2π

b

Ditanyakan: Jawab: W = Q 1 – Q 2 = 80 kkal – 44 kkal = 36 kkal η

4. Jawaban: b Diketahui: y (t ) = 15 sin π (0,5 (0,5t – – 2x ) m Dita Di tany nyak akan an:: a. ar arah ah ra ramb mbat at b. v Jawab: a. Oleh kare karena na bil bilang angan an geo geomba mbang ng ber bernila nilaii negatiif, maka gelombang merambat ke kanan. b. Ce Cepa patt ra ramb mbat at ge gelo lomb mban angg – kx ) y (t ) = A sin (ω t t – = 15 sin π (0,5 (0,5t – – 2x )

λ

λ

λ = 1 m

Cepat rambat: = v =

1m

λ

= 4 s = 0,25 m/s T Jadi, gelombang merambat ke kanan dengan kecepatan 0,25 m/s. 5. Jawaban:

c

Diketahui:

y (t ) = x p

1

x cos 0,2 sin 0,2 sin 6 π x cos 50π t t

= 1,5 m

Ditanyakan: Ap Jawab: Amplitudo dari gelombang stasioner adalah A p =

1

Ap = (0,2 sin

1 x) m π x 6 1 π (1,5)) (1,5)) m 6 (0,25π )) )) m

0,2 sin 6 π x x. Nilai simpangan di titik P: = (0,2 sin = (0,2 sin = 0,2(sin 45°) m

Fisika Kelas XI

93


= 0,2( 1 2 ) m 2

= 10 2 cm Jadi, simpangan di titip P yang berjarak 1,5 m dari bidang pantul sebesar 10 2 cm. 6. Jawaban: a Lumba-lumba berkomunikasi dengan sonar. Di dalam air, gelombang ultrasonik dapat diterima oleh lumba-lumba lain. Hal ini membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat air. 7. Jawaban: c Suara tidak terdengar dalam ruangan kedap suara menunjukkan sifat gelombang bunyi dapat diserap. Sirene yang terdengar lebih melengking saat mendekati pendengar merupakan peristiwa efek Doppler. Sonar kapal mengganggu komunikasi lumba-lumba menunjukkan bahwa bunyi dapat merambat di dalam air. Suara dapat terdengar meskipun sumber suara berada di ruangan berbeda menunjukkan bunyi mampu merambat melalui celah-celah sempit atau difraksi. Contoh peristiwa yang sesuai dengan sifat bunyi adalah gema. Gema merupakan pantulan bunyi yang terjadi setelah bunyi asli selesai. Gema menunjukkan sifat bunyi dapat dipantulkan (refleksi). 8. Jawaban: Diketahui:

a

v v s v p f s

= 330 m/s =0 = 54 km/jam = 15 m/s = 635 Hz

Ditanyakan: f p Jawab: v ± v p

f p = v ± v f s s

Saat Siska mendekati mobil polisi:

330 m/ m/s + 15 m/s (635 330 m/s + 0

Hz)

=


330 m/ m/s − 15 m/ m/s (635 330 m/s − 0

= 10 log

TI

= 10–12 W/m2 = 10–8 W/m2

I I 0

2 −8 = 10 log 10−12 W/m 2

10

W/m

10 4

= 10 log = 4(10 log 10) = 40 Jadi, besar taraf intensitas bunyi knalpot sebesar 40 dB. 10. Jawaban: Diketahui:

c

TI 1 = 60 dB n = 10 TI n

Ditanyakan: Jawab: TI n = TI n + 10 log n TI 10 = 60 dB + 10 log 10 = 60 dB + 10 dB = 70 dB Jadi, taraf intensitas yang dihasilkan 10 buah sirene yang dibunyikan secara bersamaan sebesar 70 dB. 11. Jawaban: b Terbentuknya pelangi menunjukkan salah satu sifat cahaya yaitu dapat diuraikan. Sementara langit yang berwarna biru adalah peristiwa cahaya dapat mengalami hamburan. Cahaya mampu melentur saat melalui celah sempit yang dikenal dengan difraksi. Saat bercermin terjadi peristiwa pemantulan teratur sehingga kita mampu melihat bayangan kita. 12. Jawaban:

c

λ Berdasarkan persamaan: d  = n λ

= 663,86 Hz Saat Siska menjauhi mobil polisi: f p =

Ditanyakan: Jawab:

I 0 I TI

Δ y

v + v p

f p = v + v f s s

=

b

Hz)

= 606,14 Hz Jadi, frekuensi yang didengar Siska saat bergerak mendekat sebesar 663,86 Hz, sementara saat bergerak menjauh sebesar 606,14 Hz.

n λ

= Δy d =

Oleh karena n , , dan λ tidak berubah, maka: d 2 d 1

=

Δy 2

Δy 1 Δy 2

=

d1Δy 1 d 2

=

d1Δy 1 2d 1

= 1 Δy 1 2

Jadi, jarak antara dua garis yang berurutan menjadi 1 kali jarak semula. 2

94

Ulangan Akhir Semester


c

Ditanyakan: Jawab:

N θ n λ

= 12.500 garis/cm = 30° =1

N

sin θ = n λ λ

1 sin 30° = (1)( (1)(λ ) 12.500 garis/cm 1 ( 1 ) = λ 12.500 garis/cm 2 1 λ = 25.000

cm

= 0,4 mm = 4 × 10 –4 m = 3 mm = 3 × 10 –3 m  =1m n = 2 d y



(4 × 10−4 m)(3 × 10−3 m) 1m

= n λ λ = 2λ

−7 λ = 12 × 10 m 2

= 6 × 10–7 m = 6.000 Å Jadi, panjang gelombang cahaya yang digunakan dalam interferensi celah ganda tersebut sebesar 6.000 Å.

−PP

100

= 100 cm = +3 D Jadi, Mahmud harus mengenakan kacamata dengan lensa berkekuatan +3 dioptri. 17. Jawaban: Diketahui:

c

= 80 cm = 0,8 m PR = s n = 25 cm P

Ditanyakan: Jawab: Santi menderita rabun jauh atau miopi dan harus ditolong dengan lensa negatif. P = = –

1

1

= – 0,8 m = –1,25 D PR


a

f ob = 3 cm f ok = 10 cm s ob = 3,5 cm M dan dan d

Ditanyakan: Jawab: 1 ′ s ob

=

1

–

f ob

1 s ob

1

1

= 3 cm – 3,5 cm 3,5

e

n λ

sinθ sin 30°

(3)(6 × 10 −7 m) 1 2

= 3,6 × 10 –6 m Jadi, lebar celah yang dilalui cahaya sebesar 3,6 × 10 –6 m.

3

= 10,5 cm – 10,5 cm

= 6.000 Å = 30° =3

λ θ n d

−7 = (3)(6 × 10 m)

=

s n

Jadi, lensa yang harus dikenakan Santi berkekuatan –1,25 dioptri. dy

d =

100

+

400 − 100

d

Ditanyakan: Jawab: sin θ = n λ d sin

100

100

Ditanyakan: λ Jawab:


PP = 1 m s n = 25 cm P

= 25 cm + −100 cm

= 4 × 10 –5 cm = 400 nm Jadi, panjang gelombang cahaya monokromatik yang ditembakkan ke kisi sebesar 400 nm. 14. Jawaban: Diketahui:

b

Ditanyakan: Jawab: P =

d sin λ sin θ = n λ 1


0,5

= 10,5 cm s ′ ′ ob

=

10,5 cm 0,5

M

=

′ ⎛ s s ob × ⎜ n s ob ⎝ f ok

= 21 cm ⎞

+ 1⎟ ⎠

21 cm ⎛ 25 cm

⎞

= 3,5 cm × ⎜⎝ 10 cm + 1⎠⎟ = 21 d = s ′ ′ ob + f ob = 21 cm + 3 cm = 24 cm Jadi, perbesaran dan panjang mikroskop secara berturut-turut adalah 21 kali dan 24 cm. Fisika Kelas XI

95


e

M = 40 kali d = 20,5 cm f ob dan f ok

Ditanyakan: Jawab: M =

f ob f ok

40 =

f ob f ok

Jawab: Mata berakomodasi maksimum M =

PP + f

1

10 = 27 cm + 1 f

9 = 27 cm f

f ob = 40f ok d = f ob + f ok

20,5 20 ,5 cm cm = 40 40f ok + f ok f ok = f ob = 40f ok

20,5 cm 1 = 2 cm 41

f = 3 cm

Jadi, jarak fokus lup yang digunakan adalah 3 cm. 22. Jawaban: d Berikut skema jalannya sinar untuk mata berakomodasi maksimum saat menggunakan lup.

1

= 40( 2 cm) = 20 cm Jadi, jarak fokus lensa objektif dan okulernya secara berturut-turut sebesar 20 cm dan 0,5 cm. 20. Jawaban: Diketahui:

′ s ob

= =

1 f ob

f ob = 2 cm f ok = 8 cm s ob = 2,2 cm d

–

1 2,2 cm

2,2 cm = 22 cm 0,1

= s ′ ′ ob + f ok = 22 cm + 8 cm = 30 cm Jadi, jarak antara lensa objektif dan lensa okuler adalah 30 cm. d


d

Ditanyakan:

96

23. Jawaban: a Cacat mata seperti gambar adalah miopi atau rabun jauh. jau h. Pen Penderi derita ta harus ditolong ditolong dengan dengan kaca kacamat mataa berlensa negatif (cekung). Jalannya sinar setelah mengenakan kacamata sebagai berikut.

s ob

= 2,20,1cm =

2 F

Lensa cekung

= 2,21,1cm – 2,21cm

s ′ ′ ob

F

Jadi, posisi benda harus berada di ruang I seperti yang ditunjukkan oleh gambar pada pilihan d.

1

–

1 2 cm

F

d

Ditanyakan: Jawab: Oleh karena bayangan oleh lensa okuler jatuh di jauh tak terhingga maka maka mata dalam kondisi tak berakomodasi. 1

2 F

M = 10 PP = 27 cm f


PR = s ′ ′ s =

∞

24. Jawaban:

a

atau Chloro fluoro carbon atau

biasa dikenal dengan CFC akan terurai menjadi atom klor saat terkena sinar ultraviolet. Atom klor akan berikatan dengan ozon membentuk oksigen. Dengan cara inilah ozon mengalami penipisan. Berikut reaksinya. CFCl3 + UV → CFCl2 + Cl Cl bereaksi dengan ozon O3 + Cl → ClO + O2 ClO + O → Cl + O2 ––––––––––––––––––––––– Hasi Ha sil:l: O3 + O → 2O2

25. Jawaban: c Hujan asam terjadi karena tingginya kadar nitrogen dan sulfur di atmosfer. Hujan asam ini merusak lingkungan dan dapat menggagalkan panen. Hujan asam melarutkan unsur yang dibutuhkan oleh tumbuhan sehingga tumbuhan banyak kehilangan makanannya. 26. Jawaban: b Deposit asam oleh hujan asam yang menyebabkan pH lingkungan turun menyebabkan hal-hal berikut. 1) Mem Membun bunuh uh ikan ikan,, tana tanaman man air, dan meru merusak sak ekosistem sungai dan danau. 2) Men Mengga ggangg ngguu sirku sirkulasi lasi nitr nitroge ogenn dala dalam m dana danauu karena hujan asam kaya akan kandungan nitrogen dan sulfur. 3) Me Meng ngham hamba batt reprod reproduks uksii plankt plankton on.. ReproReproduksi plankton optimum pada pH 6. Sementara hujan asam tidak menetralkan air rawa, tetapi menambah keasaman air rawa. 27. Jawaban: a Beberapa keunggulan CFC sehingga digunakan sebagai bahan refrigeran pada mulanya sebagai berikut. 1) Sangat st staabil. 2) Tidak be berbau. 3) Ti Tida dakk mu muda dahh te terb rbak akar ar.. 4) Ti Tida dakk bera beracun cun ter terha hada dapp man manus usia. ia. 5) Ti Tida dakk korosif korosif terha terhada dapp logam logam-lo -loga gam m di sekelilingnya. Namun pada perkembangannya, CFC yang terlepas ke stratosfer mempercepat penguraian ozon menjadi oksigen. 28. Jawaban: c Salah satu penyebab terjadinya pemanasan global adalah adanya gas rumah kaca di lapisan atmosfer bumi. Keberadaan tumbuhan dapat mengurangi gas rumah kaca karbon dioksida karena tumbuhan menyerap gas tersebut untuk proses fotosintesis. 29. Jawaban: e Sumber energi listrik di Indonesia sebagian besar dari batu bara. Pembakaran batu bara akan mengemisikan gas rumah kaca. Penghematan energi akan mengurangi konsumsi batu bara sehingga akan mengurangi emisi gas rumah kaca. 30. Jawaban: c Kegiatan recycle melibatkan melibatkan pengolahan sampah dengan melakukan perubahan pada sampah baik secara fisika maupun kimia. Misal pengolahan plastik untuk menjadi ember dan membuat kerajinan dari barang-barang bekas. Membuang sampah di tempat sampah adalah upaya

pemeliharaan. Menggunakan sapu tangan daripada tisu adalah salah satu upaya replace . Menggunakan kaleng bekas untuk pot bunga adalah contoh reuse . Adapun pengolah sampah organik menjadi pupuk adalah upaya pengurangan sampah organik dengan composting . B. Uraian

1. Di Dike keta tahu hui:i: Ditanyakan: Jawab: η

= (1 –

T 2 T 1

T 1 T 2 η

= 500 K = 350 K

)100%

= (1 – 350 K )100%

500 K 500 K =( – 350 K )100% 500 K 500 K = ( 150 K )100% 500 K

= 30% Jadi, efisiensi mesin sebesar 30%. 2. Di Dike keta tahu hui:i:

v p a t v f s f p

= 30 m/s = 4 m/s2 = 10 s = 340 m/s = 900 Hz

Ditanyakan: Jawab: v s = v 0 + at = 0 + (4 m/s2)(10 s) = 40 m/s f p

=

v + v p

f v − v s s

m/s − 30 m/ m/s = 340 m/ (900 Hz) 340 m/ m/s − 40 m/ m/s

= 930 Hz Jadi, frekuensi sirene yang didengar pengemudi bus sebesar 930 Hz. 3. Di Dike keta tahu hui:i: Ditanyakan: Jawab: TI 2

r 1 = 50 m r 2 = 500 m TI 1 = 50 dB I 2

= TI 1 – 20 log

r 2 r 1

= 50 – 20 log 500 50

= 50 – 20(1) = 30

Fisika Kelas XI

97

30 = 10 log 3 = log log


I 2 I o

TI 2 = 10 log

Dita Di tany nyak akan an:: I 2

10−12 W/m2 I 2

10

−12

2

W/m

1

10−12 W/m2

= 1 + 1

f

= 1 + 1

Jadi, intensitas bunyi ledakan pada jarak 500 meter sebesar 10 –9 W/m2.

s

=

d = 1 mm λ = 6,5 × 10 –7 m = 6,5 × 10 –4 mm L = 1 m = 1.000 mm Δy

= =

Ditanyakan: Jawab: Pada gelap ketiga akan berlaku: dy L

(1 mm)y 1.000 mm y

= ⎛⎜ 2n 2− 1⎞⎟ λ ⎝ ⎠ = ⎛⎜ 2(3) − 1⎞⎟ (6,5 × 10–4 mm) 2

⎝

=

5 2

=

f

M

10–4 mm)

1.000 y = 1,625 mm

Pada terang kelima berlaku: dy L

= n λ λ

(1 mm)y = 5(6,5 × 10–4) 1.000 mm y = 3,25 mm

λ N

sin θ N

sin 90° 5 × 1 05 m

λ = n λ

n =

1 1× 10−1

= 10

Jadi, spektrum tertinggi yang masih dapat teramati adalah orde 10. 98

M


PP + f

25 cm 50 cm 7

=

1 + 1

PP f

25 cm

=

7 50 cm

= (25 cm ×

7 ) 50 cm

= 3,5 Jadi, perbesaran bayangan saat mata tak berakomodasi adalah 3,5 kali. 7. Di Dike keta tahu hui:i: Ditanyakan: Jawab: 1

= n (2 (2 × 10–7 m)

=

= (25 cm × 7 ) + 1 50 cm = 4,5 Jadi, perbesaran bayangan saat mata berakomodasi maksimum adalah 4,5 kali. c) Per Perbe besar saran an bayan bayanga gann tanpa tanpa berak berakom omod odasi asi

= 2 × 10–7 m = 5 × 10 3 garis/cm = 5 × 10 5 garis/m

Ditanyakan: n Jawab: Spektrum orde tertinggi teramati jika nilai sin θ maksimum (sin θ = = 1; θ = = 90°) d sin λ sin θ = n λ

1 + 1 10 cm 25 cm 5 + 2 50 cm 50 cm 7 50 cm 50 cm 7

=

Selisih jarak: Δy = 3,25 mm – 1,625 mm = 1,625 mm Jadi, jarak antara gelap ketiga dan terang kelima adalah 1,625 mm. 5. Di Dike keta tahu hui:i:

PP

Jadi, jarak fokus lup sepanjang 50 cm. 7 b) Per Perbe besar saran an baya bayang ngan an denga dengann berak berakomo omoda dasi si maksimum

⎠

(6,5 ×

s ′

s

I 2 = 10–9 W/m2


berakomodasi

Jawab: a) Jarak fokus

I 2

log 1.000 1.000 = log

PP = 25 cm s = 10 cm a) f b) M c) M tanpa tanpa

′ s ob

=

1 f ob

– 1

f ob s ob s ′ ′ ok d

= 1,8 cm = 2 cm =∞

1 s ob

1

= 1,8 cm – 2 cm 2 − 1 ,8

= 3,6 cm 0,2

= 3,6 cm

= 18 cm = s ′ ′ ob + f ok = 18 cm + 6 cm = 24 cm Jadi, panjang mikroskop adalah 24 cm. s ′ ′ ob d

8. Pemanasan Pemanasan global global menin meningkatkan gkatkan frekuen frekuensi si bencana, seperti bencana banjir, puting beliung, dan hujan asam. Meningkatnya intensitas bencana akan merusak infrastruktur yang amat penting bagi laju pertumbuhan ekonomi. Bencana juga menyebabkan manusia kehilangan harta benda dan menyebabkan mereka menjadi miskin. Rehabilitasi dan rekonstruksi pascabencana memerlukan biaya yang sangat besar yang pasti juga berpengaruh berpengaruh pada pada sektor ekonomi. ekonomi. 9. Emisi Emisi gas rumah rumah kaca harus harus dikura dikurangi ngi denga dengann membangun sistem industri dan transportasi yang tidak bergantung pada bahan bakar fosil (minyak bumi dan batu bara). Perubahan iklim adalah masalah global sehingga langkah penyelesaian-

nya juga mencakup internasional. Salah satu langkah yang ditempuh adalah membuat komitmen yang mengikat secara hukum dan memperkuatnya dalam sebuah protokol yang dikenal dengan Protokol Kyoto. Tujuan protokol yaitu mengharuskan negara-negara industri menurunkan emisinya secara kolektif sebesar 5,2% dari tingkat emisi tahun 1990. 10. El Nino adalah fenomen fenomenaa alami alami berupa berupa gelombang gelombang panas di sekitar ekuator yang memiliki pola tidak selalu sama. El Nino muncul setiap s etiap 2–7 tahun dan intensitasnya lebih kuat seiring dengan peningkatan temperatur bumi. Dampaknya dapat dirasakan di seluruh dunia dan menunjukkan bahwa iklim di bumi benar-benar berpengaruh berpengar uh ada fenomena el Nino ini. Akumulasi gas rumah kaca di atmosfer ikut andil dalam menyuntikkan panas ke Samudra Pasifik. Oleh karena itu, El Nino muncul lebih sering dan lebih ganas dari sebelumnya.

Fisika Kelas XI

99

01 Kunci FISIKA 11B K-13 2017.pdf

Recommend Documents