KUNCI JAWABAN UNIVERSITAS NEGERI PADANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN FISIKA Jl. Prof. Hamka, Airtawar Padang 25131, Indonesia
UJIAN AKHIR SEMESTER Mata Kuliah Hari /Tgl Lama Ujian Dosen
: : : :
Fisika Umum Rabu, 23 Desember 2015 120 Menit Tim Dosen Matakuliah Fisika Umum
NAMA MAHASISWA/NIM PROGRAM STUDI
:_______ ____________________/ ____________________/__________ __________ :_________________________________________________ :_________________________ ________________________
NAMA DOSEN:_________________________________________________ SALIN PERNYATAAN DI BAWAH INI!
Say Saya yang ber tanda nda tangan ngan di ba bawah ini, ini , ti dak akan kan menco nconte ntek at ataupun upun member ika ik an contekan kep k epad ada a pese peserr ta lain lain “
”
............................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... TANDA TANGAN : -------------------------------------------------------
A. Soal Pilihan Ganda PETUNJUK 1) Pilihlah jawaban yang paling benar dengan cara memberikan tanda silang pada huruf di depan pilihan jawaban yang paling benar. Contoh: 1 A B C D 2) Bila ingin mengganti jawaban, lingkari tanda silang dari jawaban yang ingin diganti kemudian berikan tanda silang pada jawaban yang baru. Contoh: 1 A B C D 3) Tidak dibolehkan menggunakan kalkulator atau alat hitung yang lainnya. 4) Jawaban harus diisi dengan menggunakan ballpoint/tinta, tidak boleh menggunakan pensil. Bila diperlukan gunakan: konstanta gravitasi 10 m/s 2, massa jenis air 1000 kg/m 3, kalor jenis air 4200 J/kg 0C 3
*
Suatu bak bak berisi air dan es yang yang mengapung. mengapung. Volume es yang yang muncul di atas permukaan air adalah 100 cm . 3 Bila massa jenis es 0,9 g/cm , maka volume es seluruhnya adalah.... A. 10-3 m3 B. 10-1 m3 3 C. 1 m 3 D. 100 m
*
Dua jenis fluida yang tidak bercampur dimasukkan dalam pipa U. Bila ρ1 massa jenis fluida 1, ρ2 massa jenis fluida 2, h1 tinggi kolom fluida 1 dan h2 tinggi kolom fluida 2, seperti Gambar di samping. Hubungan antara ρ1 dan ρ2 adalah.... 2h2 h h 2h A. 1 2 2 B. 1 1 2 C. 1 1 2 D. 1 2 h1
h2
h2
h1
*
Sebuah benda yang bentuknya tidak beraturan dimasukkan ke ke dalam air dan 10% volume benda menyembul di atas permukaan air. Ketika dimasukkan ke dalam jenis fluida yang lain, volume benda yang menyembul adalah 3 25%, maka massa jenis fluida tersebut adalah.... kg/m . A. 400 B. 900 C. 1200 D. 1500
*
Sebuah pipa kaca berisi udara udara dengan dengan bagian atasnya tertutup sedangkan bagian bawah tertutup oleh air raksa setinggi 10 cm, seperti Gambar di samping. Bila tekanan udara di luar adalah 76 cmHg, maka tekanan udara di dalam pipa adalah.... A. 16 cmHg B. 20 cmHg C. 66 cmHg D. 86 cmHg
Ujian Akhir Semester Juli-Desember 2015
1
*
Sebuah balok memiliki berat 50 N di udara. Ketika dicelupkan ke dalam air beratnya menjadi 30 N, berarti massa jenis balok tersebut adalah.... 3 3 3 3 A. 20 kg/m B. 25 kg/m C. 2000 kg/m D. 2500 kg/m
*
Sebuah kapal yang berlayar di laut memasuki sungai yang cukup lebar dan dalam. Jika massa jenis air laut adalah 1100 kg/m3 dan massa jenis air sungai adalah 1000 kg/m 3, maka perbandingan gaya Archimedes yang dialami kapal di laut dan di sungai adalah.... A. 1:1 B. 11:10 C. 10:11 D. 121 : 100
*
Air mengalir pada suatu pipa yang diameternya berbeda, dengan perbandingan 1:2. Jika kecepatan air yang mengalir pada bagian pipa yang besar adalah 40 m/s, maka kecepatan air yang mengalir pada bagian pipa yang kecil adalah....... A. 40 ms B. 60 m/s C. 80 m/s D. 160 m/s
*
Fluida ideal mengalir pada pipa berikut
1. Kecepatan fluida di A lebih besar dari kecepatan fluida di B 2. Tekanan fluida di A lebih besar dari tekanan fluida di B 3. Debit fluida di C paling besar 4. Debit fluida di A, B, dan C sama besar. Pernyataan yang benar adalah.... A. 1, 2 dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 *
Sebuah dongkrak hidrolik seperti pada gambar Bila penampang A1 dan A2 berbentuk silinder dengan diameter masing-masing d1 dan d 2 dimana d2 = 2d1 maka : A. tekanan p2 = 2 tekanan p1 B. gaya F2 = 2 gaya F1 C. gaya F1 = ¼ gaya F2 D. tekanan p1 = ¼ tekenan p2
P2 P1
*
Sebuah pipa memancarkan air dengan kecepatan 80 cm/s dengan debit 30 cm /s hingga menerpa dinding. 3 Setelah mengenai dinding, air bergerak sejajar dinding seperti Gambar. Bila massa 1 cm air adalah 1 gram, maka besar gaya yang dialami dinding adalah.... A. 0, 024 N B. 0,048 N C. 0, 24 N D. 0, 36 N
*
Pada temperatur ruangan 0 °C dan tekanan udara 1 atm, 10 gram es dimasukkan ke dalam 10 gram air di dalam suatu wadah. Jika temperatur ruangan dan tekanan udara dijaga tetap, maka pada akhirnya yang didapatkan di dalam wadah adalah …. A. 10 gram es dan 10 gram air B. 20 gram es C. 20 gram air D. 5 gram es dan 15 gram air
*
Setiap benda yang dipanaskan akan memuai. Pemuaian ini bergantung pada: 1. Volume benda 2. Panjang benda 3. Perubahan suhu 4. Jenis benda Pernyataan yang benar adalah.... A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 1, 2, 3, dan 4
*
Dua buah gelas identik A dan B masing-masing berisi air dan alcohol dengan volume yang sama. Masing masing dipanaskan dengan kompor yang identik dalam waktu yang bersamaan. Ternyata alkohol tertumpah
Ujian Akhir Semester Juli-Desember 2015
2
lebih dahulu sedangkan air beberapa saat kemudian, berarti..... A. koefisien muai air < koefisien muai alkohol B. kalor jenis air > kalor jenis alkohol C. koefien muai air > koefisien muai alkohol D. koefien muai air < koefisien muai alkohol *
Sebatang logam dengan koefisien muai panjang α mempunyai panjang ℓ pada suhu 25 0C. Jika dipanaskan menjadi 300C, ia mengalami pertambahan panjang ∆ℓ. Jika logam tersebut dipotong menjadi 1/3 panjang semula, maka pertambahan panjangnya ketika dipanaskan sampai suhunya menjadi 35 0C adalah ... . A. 2/3 ∆ℓ B. 3/2 ∆ℓ C. 5/3 ∆ℓ D. d. 5/2 ∆ℓ
*
Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor..... 1. Sebanding dengan selisih suhu antara kedua ujungnya 2. Berbanding terbalik dengan panjang konduktor 3. Sebanding dengan luas penampang konduktor 4. Tidak bergantung pada jenis konduktor Pernyataan yang benar adalah.... A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 1, 2, 3, dan 4
*
Sewaktu bangun tidur, seorang Ibu menemui tungku masaknya rusak berat. Ia memutuskan untuk mendidihkan air dengan mengguncang-guncangkan air dalam botol termos yang dianggap mempunyai dinding adiabatik 0 sempurna. Seandainya si Ibu menggunakan ½ liter air bersuhu 20 C dan setiap kali guncangan air terjatuh setinggi 40 cm. Berapa lamakah si Ibu harus mengguncangkan air sampai mendidih, bila frekuensi guncangan adalah 40 guncangan setiap menit.... A. 20 jam B. 25 jam C. 30 jam D. 35 jam
*
Suhu akhir campuran jika 50 gram air bersuhu 0 0C ditambahkan ke 100 gram air bersuhu 90 0C, adalah.... A. 25 0C B. 45 0C C. 60 0C D. 75 0C
*
Sebuah pendingin minuman berbentuk kubus dengan sisi a cm. Tiap dinding memiliki tebal t cm dan terbuat 0 dari bahan yang memiliki koefisien konduksi K (W/m.K). Es di dalam kotak pendingin menjaga suhu tetap 0 C. 0 Berapa banyak es yang melebur setiap jam jika suhu di luar kotak pendingin 25 C. Diketahui kalor lebur es adalah L (J/K). (Nyatakan dalam kg/jam). A. 900
Ka
2
L.t Ka
B . 3600
L.t
Ka
C. 5400 D. *
Ka
2
2
L.t
2
L.t
Jika suatu proses berawal pada keadaan ( p 0 ,V0) kemudian volumenya digandakan, manakah dari proses ber ikut ini yang akan menghasilkan usaha terbesar? A. Adiabatik B. Isobarik C. Isokhorik D. Isotermik
* P2
B
C
A
D
p P1
O
V1
V
V2
Gas dalam ruang tertutup mengalami berbagai proses seperti ditunjukkan pada grafik p-V di atas. Bagian dari grafik yang menyatakan gas menerima usaha luar adalah..... A. AB B. BC C. CD D. DA *
Sebuah jendela berukuran 120 cm x 90 cm dan tebal 3 mm, bertemperatur 30 C pada permukaan luarnya. Bila 0 0 temperatur permukaan dalamjendela 20 C dan daya hantar panas kaca adalah 0,0025 kal/cm. C, maka jumlah kalor yang masuk selama 1 jam melalui jendela tersebut adalah......kkal A. 3000 B. 3120 C. 3210 D. 3240
*
Sejumlah gas ideal dalam ruang tertutup diberi kalor sehingga gas mengambang secara isotermal, maka.... 1. Gas melakukan usaha luar. 2. Usaha yang dilakukan gas sebanding dengan penambahan volumenya.
Ujian Akhir Semester Juli-Desember 2015
3
3. Energi dalam gas tidak berubah. 4. Kalor yang diberikan digunakan gas untuk menaikkan energi dalam Pernyataan yang benar adalah.... A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 *
Dalam sebuah ruangan tertutup terdapat gas dengan suhu 27 C. Gas itu dipanaskan sampai suhu 127 C sambil diperbesar volumenya menjadi 3 kali semual, maka tekanan gas menjadi.... A. 4 kali semula B. 4/9 kali semula C. 4/3 kali semula D. ¾ kali semula
*
Dua batang A dan B dengan ukuran yang sama tetapi jenis logam berbeda, dilekatkan seperti Gambar. Ujung 0 0 kiri A bersuhu 90 C dan ujung kanan B ber suhu 0 C.
Jika koefisien konduksi termal A adalah 2 kali koefisien konduksi termal B, maka suhu pada bidang batas A dan B adalah.... A. 450C B. 550C C. 600C D. 800C *
Sejumlah gas ideal dengan massa tertentu mengalami pemanpatan secara adiabatik. Jika W adalah usaha yang dilakukan oleh gas dan ∆T adalah perubahan suhu dari gas, maka.... A. W = 0, ∆T > 0 B. W = 0, ∆T < 0 C. W > 0, ∆T = 0 D. W < 0, ∆T > 0
*
Sebanyak n mol gas ideal bervolume V mengalami proses isokhorik dari tekanan P 1 sampai P 2 serta suhu dari T 1 samapi T 2. Usaha yang dilakukan gas adalah... A. 0 B. nR (T 2 – T 1) C. V ( P 2- P 1) D. V ( P 2- P 1) + nR (T2 – T1)
*
Dua bejana A dan B volumenya sama berisi udara yang suhu dan massanya sama pula. Udara dalam bejana A dipanaskan pada tekanan tetap, sedangkan udara dalam bejana B dipanaskan pada volume tetap dengan jumlah kalor yang sama. Dalam keadaan ini dapat dinyatakan : A. Kenaikan suhu udara di kedua bejana sama B. Perubahan energi dalam di kedua bejana sama C. Kenaikan suhu di A lebih besar dari di B D. Kenaikan suhu di A lebih kecil dari di B
*
Mesin Carnot dioperasikan antara dua reservoir kalor masing-masing suhunya T 1 dan T 2, dengan T2 > T1. 0 Efisien mesin tersebut 40% dan T 1 = 27 C. Agar efisiensinya menjadi 60%, maka perubahan T 2 adalah ... A. 250 K B. 300 K C. 350 K D. 400 K
*
Efisiensi mesin akan semakin besar jika : A. dapat menghasilkan kalor sebanyak mungkin dengan menghasilkan usaha sebesar-besarn ya B. dapat menghasilkan kerja sebesar-besarnya dengan menyerap kalor sekecil mungkin C. menyerap kalor sebesar-besarnya dengan melakukan kerja sekecil kecilnya D. dapat melakukan usaha sebesar-besarnya dan melepaskan kalor sekecil-kecilnya
*
100 gram air panas bersuhu 100 C dicampurkan dengan 100 gram air dingin bersuhu 0 C. Dalam keadaan setimbang termal, maka: 1. Entropi air panas berkurang 2. Entropi total bertambah 3. Entropi air dingin bertambah 4. Entropi air dingin dan entropi air panas bertambah. Pernyataan yang benar adalah.... A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 1, 2, 3, dan 4
Ujian Akhir Semester Juli-Desember 2015
4
B. KUNCI ESSAY
1
a. Definisikan dan beri contoh tentang (i) prinsip Pascal, (ii) hukum Archimedes b. Mengapa air dari tanah dapat sampai ke dalam daun di ujung paling atas sebuah pohon ? Berikan penjelasannya ! c. Beri penjelasan dengan grafik p-V terhadap proses-proses termodinamika berikut; isobarik, isokhorik, isotermis dan adiabatik. JAWAB: a. (i). Prinsip Pascal, yang dinyatakan sebagai b erikut: “Tekanan yang dilakukan terhadap zat cair yang tertutup diteruskan ke setiap bagian dari zat cair dan dinding tempat zat cair itu tanpa mengalami perubahan nilai”. Contoh prinsip Pascal: pompa hidrolik. Pompa ini memiliki 2 buah tabung yang luas penampang tabungnya antar keduanya berbeda. Pada tabung kecil dikerjakan dengan gaya F1. Tekanan yang dihasilkan pada cairan adalah p =F1/ A1 dengan A1 adalah luas penampang dari tabung yang kecil. Tekanan sebesar ini kemudian diteruskan ke permukaan cairan dalam tabung yang besar. Gaya yang bekerja pada permukaan cairan dalam tabung besar adalah F2 = p A2 F2 = F1 A2/A1 dengan A2 adalah luas penampang tabung besar. (ii) hukum Archimedes hukum Archimedes yang dinyatakan sebagai berikut; “Setiap benda yang direndam seluruhnya atau sebagian di dalam fluida mendapat gaya apung berarah ke atas, yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda ini”. Contoh hukum Archimedes: Balon Udara Agar dapat terbang balon udara harus diisi dengan fluida yang massa enisnya lebih kecil dari massa jenis udara b. Air dari tanah dapat sampai ke dalam daun di ujung paling atas sebuah pohon karena peristiwa kapilaritas, yakni peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair dalam pipa kapiler. Pipa kapiler adalah pipa yang berdiameter sangat kecil (sekitar 1 mm). Naiknya air tanah dari akar ke daun melalui pembuluh kayu. Dalam hal ini pembuluh kayu berfungsi sebagai pipa kapiler. c. Isobarik : proses pada tekanan tetap, Isokhorik : proses pada volume tetap, Isotermis : Proses pada suhu tetap, Adiabatik : proses yang tidak menyebabkan perubahan kalor
isobarik,
isokhorik,
isotermis,
adiabatik
2 Sebuah tangki terbuka berisi air setinggi 2 m. Pada jarak 0,5 m dari permukaan air dibuat 2 0 suatu lubang kecil seluas 0,5 cm ber-arah 60 terhadap sumbu mendatar. Tentukanlah : a. debit air yang keluar lubang b. tinggi maksimum yang dapat dicapai air bila dihitung dari dasar tangki c. kecepatan (besar dan arah ) air sesaat sebelum menumbuk tanah
Ujian Akhir Semester Juli-Desember 2015
5
JAWAB:
Terapkan persamaan Bernoulli pada titik a dan b. Dengan menganggap diameter lubang jauh lebih kecil dibanding diameter tangki, diperoleh: 2 Pa + ρgya = P b + ½ ρv b + ρgy b Titik a dan b sama-sama bersentuhan dengan udara luar, Pa = P b. 2 v b = 2g (ya-y b) = 2gh
√ √ √ Laju air keluar lubang adalah
a. debit air yang keluar lubang 2 Q = A b. v b = 0,5 cm . m/s = 50
√
3
cm /s
b. tinggi maksimum (ym) yang dapat dicapai air bila dihitung dari dasar tangki ym = y b + tinggi maksimum yang dapat dicapai air dari titik b (gerak peluru) ym = y b + c.
= (2m – 0,5 m) +
(√ ) (√ )
= 3/2 m + 3/8 m = 15/8 m
kecepatan (besar dan arah ) air sesaat sebelum menumbuk tanah
Saat menumbuk tanah, kecepatan air dapat diuraikan dalam vx dan vy. Dalam arah mendatar, laju air kostan yaitu:
√ ⁄ √ √ √ √ √ (√ )
Dalam arah vertikal, gerak air dapat ditinjau seba gai gerak jatuh bebas dari ketinggian ym. m/s
Kecepatan air saat menumbuk tanah,
Arahnya,
3
Suatu termometer X jika dicelupkan ke dalam es yang sedang mencair menunjukkan bacaan 20 X dan jika dicelupkan dalam air yang mendidih pada tekanan 1 atm menunjukkan bacaan 240 X 0
a. Jika suatu cairan mendidih pada suhu 194 Fahrenheit dan membeku pada suhu – 4 0 Celcius, nyatakanlah titik didih dan titik beku tersebut menurut termometer X b. Berapa Kelvin kah saat termometer X menunjukkan bacaan 125 X c. Jika suatu saat termometer Reamur menunjukan bacaan 60 R, nyatakanlah angka tersebut menurut termometer X JAWAB:
Ujian Akhir Semester Juli-Desember 2015
6
Konversi skala termometer. X 20
220
C
100
F 32
180
K 273
100
R
80
0
a. 194 F = .....X, X 20
194 32
220
X 20
180
0
220
0
0,9 X 218
– 4 C = ......X X 20
220
4
100
X 20
88
X
10
20 8,8 11,2
0
b. 125 X =....K X 20
220
K 273
K 273
100
100
125 20 220
K 273
1050 22
K
273 47,7 320,7
0
c. 60 R = .....X X 20
220
4
R
80
X 20
220
60 80
X 20
6 8
220 X 20 165 1850
-
Suatu gas ideal monoatomik mempunyai keadaan awal (P,V,T) = ( 2x10 Pa, 4x10 m , 300 K) mengalami ekspansi dengan tekanan tetap hingga volumenya menjadi dua kali lipat. Selanjutnya gas dimampatkan pada suhu konstan hingga mencapai volume semula dan akhirnya didinginkan pada volume konstan hingga mencapai tekanan semula. (a). Gambarkan proses tersebut dalam diagram p-V (b). Tentukan suhu pada proses isotermalnya (c). Tentukan W dan Q bagi keseluruhan proses (d). Apakah sistem melakukan kerja dan apakah sistem menerima kalor? JAWAB:
( )
Untuk gas ideal monoatomik, Persamaan gas ideal:
(a). Diagram p-V
Ujian Akhir Semester Juli-Desember 2015
dengan R = 8,31 J/mol.K
7
Proses a-b: isobarik Proses b – c: isotermal
Proses c – a :iskhorik
(b). suhu pada proses isotermalnya Tinjau proses a – b: 5 -3 3 Diketahui: ( pa,V a,T a) = ( 2x10 Pa, 4x10 m , 300 K)
Jadi suhu pada proses isotermal = 600 K (c). W dan Q bagi keseluruhan proses. Usaha total keseluruhan proses dicari dari usaha pada masing-masing proses. Proses a-b: isobarik
[] Proses b – c: isotermal
Proses c – a :iskhorik
W untuk keseluruhan proses: Wtotal = Wa-b + W b-c + Wc-a Wtotal = 800 J + (-2211,39 J) + 0 J = - 1411,39 J Q untuk keseluruhan proses dicari dengan menerapkan bahwa untuk satu siklus, ∆U = 0 Hukum 1 Termodinamika: ∆U = Q – W = 0 Q = W = - 1411,39 J (d). Apakah sistem melakukan kerja? Tidak , sebab Wtotal negatif, berarti sistem menerima kerja. Apakah sistem menerima kalor? Tidak , sebab Qtotal negatif.
Ujian Akhir Semester Juli-Desember 2015
8
