Ujian Tengah Semester (UTS) Semester Gasal Tahun Akademik 2008/2009 Universitas Multimedia Nusantara Mata Kuliah : Fisika Dasar Dosen : Widia Nursiyanto Sifat Ujian : tutup buku
Hari/Tanggal : Waktu :
1. Tiga muatan (−q, + q, dan +4q) membentuk sebuah segitiga sama
sisi, dengan panjang sisi s. Tentukan besar dan arah gaya yang bekerja pada muatan +4q ! (Nilai 10)
+ 4q
s
s
s
-q
+q
Solusi : F2 FR + 4q
FR = F12 +F22 +2 F1 F2 cos θ Cos 1200 = q- ½ x 4q F1 = F2 = k 2 s
F1 s
s
FR = k -q
s
4q 2 s2
+q
2. Dua Dua buah buah muata muatan n masing masing-m -masi asing ng q1 = - 6,7 μ C dan q2 = + 1,3 μ C berjarak 0.34 m satu sama lain. Kedua muatan terletak diantara dua plat sejajar dengan kuat medan Nilai 20) listrik E = E = 73 x 103 N/C. Tentukan besar gaya yang dialami q1 ! ( Nilai
(k = 9x109 Nm2/C2) E = 73 x 103 N/C +
-
+
-
+ + + + +
q1
q2
-
+
-
-
-
-
x = 0.34 m
-
Solusi : Fc= k
q1q 2
9
= 9 x 10
6,7 x 10-6 . 1,3 x 10-6
= 0, 678 N
Akibat q2
Akibat plat: Fq= q E = 6,7 x 10-6 . 73 x 103 = 0,489 N (arah
:
r 2
(34 x 10-2 )2
(arah
)
)
F resultan pada q1 = Fc – Fq = 0,189 N
3. Hitunglah
besar kapasitansi C’ dari baterai
yang memiliki
beberapa kapasitor, seperti yang terlihat pada Gambar berikut ini ! (Nilai 20)
Solusi : C8 +
C6
C7
C5
Seri 1
1
:
1
=
Cs1
C1
+
1
→
C2
Paralel 1 : C p1 = Cs1 + C3
Seri 2
1
:
Cs2
Paralel 2 : C p2
Seri 3
:
:
=
1
=
1 C tot
1 Cp1
+
1 C4
Cs2 + C5 1
=
Cs3
Paralel 3 : C p3
Seri 4
=
Cp2
+
1 C p3
=
1
+
3 2
→ 8 5
=
1 C8
2
C
C
Cs2
=
3 5
C
C
→
C6
Cs3 + C7
=
=
1
Cs1 =
21 13
Cs3
=
8 13
C
C
→
C tot
=
21 34
C
Jembatan wheatstone :
1
Seri 1 :
Cs1
=
1 C
+
1 →
2C
Cs1 =
2 3
C
2C
C
2C
C
C4
C2
C3
C1
Seri 2 : Cs1 = Cs1 =
Paralel 1 :
C tot
=
2 3
Cs1
C
Cs2
+
4 =
C
3
4. Kapasitor plat sejajar mempunyai luas A = 250 cm2 dan separasi d=2,00 mm. Kapasitor ini diberi muatan dengan beda potensial Vo=150 volt. Kemudian baterai diputus (muatan Q pada plat tidak berubah), lalu suatu lembaran dielektrik (K = 3,00) yang memiliki luas sama dan tebal l = 1,00 mm disisipkan. ( Nilai 20)
C2 Jika diketahui ε 0 = 8,85 x 10 , tentukan: Nm 2 −12
(a) kapasitas mula-mula (ketika berisi udara) (b)
besar muatan sebelum dielektrik disisipkan
(c)
muatan induksi pada dielektrik
(d)
medan listrik pada ruang antara plat dan dielektrik
(e)
medan listrik pada dielektrik
(f)
beda potensial setelah dielektrik dimasukkan
(g)
kapasitas setelah dielektrik dimasukkan
l d
Solusi : (a) Cε0 =
0
A = x 10 8,85 d
-12
2,5 x 10-2 = x 10 1,11 2 x 10-3
F-10
(b) q0 = C0 V0 = 1,11 x 10-10 . 150 = 1,66 x 10-8 C (c) qind = q0 (1 – 1/K) = 1,66 x 10-8 (1 – 1/3) = 1,11 x 10-8 C (d) E 0
=
(e) E =
q0 ε0A
E0 K
=
1,66 x 10-8 -12
-2
8,85 x 10 . 2,5 x 10
= 2,5 x 104
(f) V = E 0 (d - l ) +
E0 K
= 7,5 x 104
V/m
V/m
l = 7,5 x 10 (2 x 10 - 10 ) + 4
-3
-3
7,5 x 104 3
10-3
= 100 V
(g) Cind
=
q0 Vind
=
1,66 x 10-8 100
= 1,66 x 10-10
F
5. Dua buah muatan masing-masing +q dan – q berjarak d satu sama yang lain. Titik A dan B terletak diantara kedua muatan; titik A berjarak b dari +q, dan titik B juga berjarak b dari – q (lihat Gambar di bawah). Tentukan beda potensial antara titik B dan A (V BA
V B – V A). ( Nilai 20)
=
b
b -q
+q
A
B d
Solusi :
Tinjau titik A d-b
b +q
-q A d
VA
= Vq+ + Vqq
-q
b
d-b
=k +k
= kq(
1
-
1
b d-b
) = kq
Tinjau titik B
d-b
b -q
+q
B d
d - 2b
b(d - b)
VB
= Vq+ + Vq=k
q d-b
+k
-q b
= kq(
1
-
1
d-b b
) = kq
2b - d b(d - b)
VBA = VB - VA
2b - d d - 2b 2b-d = kq − = 2k q b(d - b) b(d - b) b(d-b)
6. Enam buah hambatan besarnya masing-masing R, dirangkai seperti Gambar dibawah ini. ( Nilai 10)
C R
B
R R
R
ε
R
R A
Tentukan : a. hambatan pengganti totalnya b. Jika ε =
12
volt dan R = 2,8 kΩ, tentukan beda potensial antara titik C dan A
(V CA).
Solusi :
I
I1 C I2
R1
ε
R2
R4
R5 A
B
R3 R6
Rangkaian AB : R 5 dan R 6 seri
: R s1 = R 5 + R 6 = 2,8 + 2,8 = 5,6 kΩ
R s1 dan R 4 paralel :
1 R p1 R p1
= =
1 R s1 5,6 3
+
1 R4
=
1 5,6
+
1 2,8
=
3 5,6
= 1,87 kΩ
Rangkaian ABC : R p1 dan R 3 seri
: R s2 = R p1 + R 3 = 1,87 + 2,8 = 4,67 kΩ
R s2 dan R 2 paralel :
1 R p2
=
1 R s2
R p2
= 1, 75 kΩ
+
1 R2
=
1 + 1 4,67 2,8
Seluruh rangkaian :
R p2 dan R1 seri : R tot
= Rp2 + R1 = 1,75 + 2,8 = 4.55 kΩ
R tot = 4.55 kΩ V=IR
I = 12/4,55 x 103 = 2.64 x 10-3 A
VAC = I R p2 = 2.64 x 10-3 . 1,75 x 103 = 4.62 V
Acuan Pembuatan Soal:
Soal di buat oleh:
Disetujui oleh:
1. Giancolli 2. Physics Challenge (………………………………..) (…………………………..….) Dosen ……………… Ketua Program Studi…..
