SIMAK UI – FISIKA (Kode naskah soal 914)
31. Sebuah pegas dengan konstanta pegas sebesar A, jika saat di tarik mengalami perubahan panjang sebesar B, maka energi potensial pegas adalah…….. a. A B b. A B2 c. A2 B d. ½ A2 B e. ½ A B2 Diketahui: pegas dengan konstanta A, ditarik sampai mengalami perubahan panjang B Ditanya: energi potensial pegas? Jawab:
∆ X
Misal ditarik ke bawah
Perhatikan Gambar diatas! Misal suatu pegas yang digantung ditarik ke bawah sehingga mengalami pertambahan panjang A. 1 2 Energi potensial dari pegas tersebut adalah: E p = k ∆ x , dalam hal ini k = A (konstanta 2 pegas) dan ∆ x = B (pertambahan panjang). Sehingga persamaannya menjadi: 1 2 E p = A B 2 Jawaban E
32. Sebuah besi bermassa 300kg digantungkan pada suatu kawat baja dengan panjang 5 2 meter yang memiliki luas penampang 0,2cm . Berapakah pertambahan pajang kawat? 2 2 (modulus Young untuk baja = 2 x1011 N/m dan g = 10m/s ) a. 10,5 x10 −2 cm − b. 17,5 x10 2 cm
c. 27,5 x10 −2 cm d. 37,5 x10 −2 cm
− e. 47,5 x10 2 cm
Diketahui: massa besi (m) = 300kg panjang kawat mula − mula () = 5m −
luas penampang ( A) = 0,2cm 2 = 0,2 x10 4 m 2
mod ulus young ( E ) = 2 x1011 N / m 2 g = 10m / s Ditanya: berapa pertambahan panjang kawat? Jawab: Saat besi digantungkan pada kawat, kawat tersebut akan mengalami tegangan. Besarnya tegangan kawat adalah: gaya tegangan = luas penampang 2
σ =
F
σ =
F
A Tegangan yang dialami kawat:
σ = σ =
A mg A
(300kg )(10m / s 2 ) 2 −4 0,2 x10 m
σ = 1,5 x10 8 N / m 2 gaya tarik yang disebabkan oleh besi yang digantungkan pada kawat, akan berusaha meregangkan kawat hingga pangkal kawat yang panjang semula L, bertambah ∆ L . panjang sebesar Besarnya regangan pada kawat adalah: pertambahan panjang regangan = panjang awal e=
∆ L
L Dengan menggunakan Modulus eleastis, kita dapat mencari pertambahan panjang pada kawat:
E =
tegangan regangan
F E = A ∆ L L 11
2 x10
1,5 x10 = ∆ L 5
8
(2 x1011 )(∆ L) = (1,5 x10 8 )(5)
∆ L = 0,375 m = 37,5 x10 −2 cm Jawaban D
33. Suatu benda bermassa 1 gr jatuh dari ketinggian 2m. Berapakah panjang gelombang -34 de Broglie benda tersebut sesaat sebelum menyentuh tanah? ( h = 6,63 x 10 Js, g = 2 10 m/s ) a. 1,048 x10 −31 m b. 1,048 x10 c. 27,5 x10
−26
−21
m
cm
d. 1,048 x10 −16 m e. 1,048 x10
−11
m
Diketahui: −3
massa (m) = 1gr = 1 x10 kg ketinggian ( H ) = 2 m h = 6,63 x10
− 34
Js
g = 10 m / s 2 Ditanya: berapakah panjang gleombang de Broglie? Jawab: panjang gelombang de Broglie dinyatakan dengan persamaan λ =
h
=
h
. p mv Dimana h adalah konstanta Planck, m adalah massa benda, dan v adalah kecepatan. Untuk memperoleh kecepatan, dapat dicari dengan menggunakan persamaan gerak jatuh bebas: 2 v = 2 gh v=
2 gh
v=
2(10)(2)
v=
40 m / s
Gambar benda yang jatuh bebas!
2 meter
kemudian dimasukkan ke dalam persamaan panjang gelombang de Broglie, sehingga diperoleh: h λ = mv λ =
(6,63 x10 −34 Js) (10 −3 kg )( 40 m / s )
λ = 1,048 x10 −31 m Jawaban A
34. Sebua balon yang sangat ringan (massa karet balon diabaikan) diisi udara dan 3 dilepaskan dari dasar sebuah kolam. Jika kerapatan udara didalam balon 1 kg/m , 3 3 kerapatan air didalam kolam 1000 kg/m , volume balon 0,1 m , kedalaman kolam 2m 2 dan percepatan gravitasi g = 10m/s , kecepatan balon tepat saat mencapai permukaan air adalah……. a. 20 m/det b. 40 m/det c. 100m/det d. 200 m/det e. 400 m/det Diketahui:
ρ Udara = 1 kg / m 3 ρ Air = 1000 kg / m 3 V balon = 0,1 m
3
h = 2m g = 10m / s
2
Ditanya: kecepatan balon mencapai permukaan air?
Jawab: dengan W tot = ∆ E K + ∆ E P
menggunakan
asas
Bernoulli:
1 1 2 2 P1 + ρ g h1 + ρ v1 = P2 + ρ g h2 + ρ v 2 2 2 Karena didalam air, tekanan didalam air adalah seragam, P1 = P2 . Sehingga persamaan
Bernaullinya menjadi: W tot = ∆ E K + ∆ E P 1 1 2 2 ρ g h1 + ρ v1 = ρ g h2 + ρ v 2 2 2 Saat balon berada didasar kolam, h = 0. sehingga energi potensialnya = 0, tetapi memiliki energi kinetik. saat balon tepat mencapai permukaan, energi kineticnya nol tetapi memiliki energi potensial. Sehingga diperoleh: 1 2 ρ balon v1 = ρ air g h2 2 1 2 (1) v1 = (1000)(10)(2) 2 v1 = 40.000 2
v = 200m / s 2 Jawaban D
0
35. Jika 3kg es pada -15 C dipanaskan pada tekanan 1 atm sampai semua es berubah menjadi uap. Berapakah panas yang dibutuhkan untuk mencairkan es? (kalor jenis es kJ = 2,05 ) kg K a. 694,25 kJ b. 794,25 kJ c. 894,25 kJ d. 994,25 kJ e. 1.094,25 kJ Diketahui: mes = 3kg T 0 = −15 C 0
c es = 2,05
kJ kg K
Jawab:
0C -15 C
A
B
Perhatikan Gambar diatas! 0 0 Kalor yang dibutuhkan dari T 0 = -15 C sampai T akhir akhir = 0 C adalah: Q = m c es ∆T Q = (3kg )(2,05
kJ
)(0 − (−15)) kg K
Q = 92,25 kJ
Kenudian dari titik A ke titik B, es mulai mencair. Kalor yang dibutuhkan untuk proses tersebut adalah: Q = mes Les Les = 3,33 x10 kJ / kg 2
Q = (3kg ) (3,33 x10 3 kJ / kg ) Q = 999 kJ
Kalor total yang dibutuhkan untuk mencairkan es adalah: Q = Q1 + Q2 Q = 92,25kJ + 999kJ Q = 1091,25 kJ
36. Sebuah teropong bintang dipakai untuk mengamati bintang dengan perbesaran 8 kali untuk mata tidak berakomodasi. Jika jarak lensa objektif dengan lensa okuler sama dengan 45 cm, tentukan jarak focus lensa okuler….. a. 2 cm b. 3 cm c. 4 cm d. 5 cm e. 6 cm Diketahui: M a = 8 kali; d = 45cm Ditanya: f ok ? Jawab: Pada teropong bintang, perbesaran tanpa akomodasi dinyatakan: f 8 5 40 = M a = ob = f ok 1 5 5
Jarak antara lensa objektif dengan lensa okuler adalah: d = f ob + f ok d = 40 + 5 d = 45cm f ok = 5cm Jawaban D
37. Sebuah benda bermassa 2 kg dalam bidang x – y. Tiba – tiba benda tersebut meledak menjadi 3 keping. Keeping pertaman dengan massa 0,4 kg bergerak dengan kecepatan v1 = 2i + 3j. keeping kedua dengan massa 0,9kg bergerak dengan kecepatan v2 = 4i – 2j. keeping ke 3 dengan massa 0,7kg bergerak dengan kecepatan v3 = -5i – 4j. Tentukan vector kecepatan benda sebelum meledak. a. 0,45i + 1,7j b. 0,45i – 1,7j c. 0,9i – 3,4j d. 0,9i + 3,4j e. i – 3j
Diketahui: m0 = 2kg bergerak dalam bidang x – y bergerak dengan kecepatan
tertentu. Kemudian terpecah menjadi 3 bagian: m1 = 0,4kg v1 = 2i + 3 j m2 = 0,9kg
v 2 = 4i − 2 j
m3 = 0,7kg
v3 = −5i − 4 j
Ditanya: tentukan vector kecepatan sebelum meledak? Jawab: dengan menggunakan hukum kekekalan momentum momentum sebelum tumbukkan = momentum setelah tumbukkan
dalam hal ini: m0 v 0 = m1v1 + m 2 v 2 + m3 v3 m0 v0 = m1v1 + m2 v 2 + m3 v3
2( Ai + Bj ) = 0,4(2i + 3 j ) + 0,9(4i − 2 j ) + 0,7(−5i − 4 j ) 2 Ai + 2 Bj = 0,8i + 1,2 j + 3,6i − 1,8 j − 3,5i − 2,8 j 2 Ai + 2 Bj = (0,8 + 3,6 − 3,5)i + (1,2 − 1,8 − 2,8) j 2 Ai + 2 Bj = 0,9i − 3,4 j 2 A = 0,9 A = 0,45
2 B = −3,4 B = −1,7
Sehingga vector kecepatan awal nya adalah: v = 0,45i − 1,7 j Jawaban B
38. Sebuah balok bermassa 1 kg diikatkan pada ujung sebuah pegas dengan konstanta pegas 4 N/m yang diletakkan pada lantai dasar yang licin, dimana ujung pegas lainnya terikat pada posisi yang tetap. Pada t = 0 pegas balok disimpangkan ke kanan sejauh 5 cm. Anggap balok bergeser harmonis. Tentukan kelajuan dan arah gerak balok pada t = 1,25 π detik a. 2,5 cm/det ke kanan b. 5 cm/det ke kiri
c. 7,5 cm/det ke kanan d. 10 cm/det ke kiri e. 15 cm/det ke kanan Diketahui: m = 1kg k = 4 N / m t = 0
− − > x = 5cm
Posisi setimbang
Perhatikan Gambar tersebut! Kemudian balok disampangkan sejauh 5cm pada t = 0 sehingga bergetar harmonis. Pada getaran harmonis, kecepatan sudut getaran dapat dinyatakan: ω =
k
dan solusi dari getaran sederhana adalah x = A sin ω t atau m x = A cod ω t . Dimana k adalah konstanta pegas, m adalah massa balok, A adalah amplitude. - mencari nilai ω : ω =
=
k m
4 1
= 2rad / s 2 untuk mencari persamaan kecepatan, kita turunkan satu kali solusi dari persamaan x = A cos ω t getaran harmonis, misal . Dengan memasukkan nilai yang ada, dx v= = −ω A sin ω t dt akan diperoleh: v = − Aω sin ω t v = −(5cm)(2rad / s 2 ) sin( 2rad / s 2 x 1,25π ) v = −10 sin( 450) v = −10m / s 2 Bergetar 10 m/s ke arah kiri (ditandai dengan negative) Jawaban D 2
39. Tiga buah kawat penghantar masing – masing berarus listrik disusun seperti Gambar di bawah jarak I 1, I2 dan I3 ke titik P masing – masing 10cm, 5cm dan 5cm. ketiga kawat penghantar dan titik P berada pada bidang XZ. Jika kuat medan magnet di titik -6 P, 4,5 x 10 T searah sumbu –Y+ kuat arus yang mengalir pada kawat I 3 adalah…. Y
3A I 1 2A
I 2
I 3
a. 0,625 A searah sumbu Zb. 0,625 A searah sumbu Z+ c. 4 A searah sumbu Z+ d. 5,8 A searah sumbu Ze. 5,8 A searah sumbu Z+ jawab: Gaya Lorenz yang bekerja pada sisten tersebut adalah: −6 −6 F 1 = i1l 1 B = (3 A)(10cm)(4,5 x10 T ) = 136 x10 N gaya Lorenz untuk kawat 1 −6
−6
F 2 = i2 l 2 B = (2 A)(5cm)(4,5 x10 T ) = 45 x10 T gaya Lorenz untuk kawat 2 Karena gaya nya saling tolak – menolak: F 1 − F 2 = F −6 (135 − 45) x10 N = F −6
F = 90 x10 N ke arah Z
40. Sebuah elekron bergerak dengan energi kinetic sebesar 2/3 energi diamnya. Berapakah panjang gelombang de Broglie electron tersebut? a. 1,82 x10 −12 m b. 1,361 x10 c. 1,261 x10
−12 −12
m m
d. 0,721 x10 −12 m e. 0,626 x10 jawab:
−12
m
E tot = E 0 + E
2 E tot = E 0 + E 0 3 5 E tot = E 0 3 Menghitung energi kinetic: 5 5 5 2 31 8 2 2 15 Ek = E 0 = (mc ) = (9,1 x10 − kg )(3 x10 m / s ) = 136,5 x10 − joule 3 3 3 Panjang gelombang de Broglie dinyatakan dengan: λ =
h
2mE K
=
6,63 x10 −34 2(9,1 x10 −31 )(136,5 x10 −15 )
= 1,361 x10 −12 m
Jawaban B
41. Bola lampu memiliki spesifikasi 132W/220V ketikan dinyalakan pada sumber tegangan 110V memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 628 nm. Bila lampu meradiasikan secara seragam ke segala arah, maka jumlah foton yang tiba persatuan waktu persatuan luas di tempat yang berjarak 2,5 m dari lampu adalah…… a. 5,33 x1018 foton.s −1 .m −2 b. 4,33 x1018 foton.s −1 .m −2 18 1 2 c. 3,33 x10 foton.s − .m −
d. 2,33 x1018 foton.s −1 .m −2 e. 1,33 x1018 foton.s −1 .m −2 jawab: intensitas dari energi yang dipancarkan bola lampu ke sekeliling, persatuan luas dinyatakan dengan: 132 P 132 watt R = = = = 1,68 watt / m 2 = 1,68 joule / m 2 s 2 2 A 4π r 4(3,14)( 2,5)
Untuk mencari energi masing – masing photon: 3 x10 8 c − 34 E = h = 6,63 x10 = 0,03167 x10 −19 joule −9 λ 628 x10 Sehingga jumlah muatan foton yang tiba persatauan waktu persatuan luas adalah: 1 photon 2 R = 1,68 joule / m s = 5,3 x1018 photon / m 2 s −19 0,03167 x10 joule Jawaban A
42. Pada proses dengan volume konstan, jika temperature system meningkat menjadi 2 kali temperature mula – mula, maka tekanan system juga menjadi 2 kali tekanan mula – mula sebab pada proses dengan tekanan konstan, volume berbanding lurus dengan temperature.
Jawab:
Pernyataan benar: pada proses volume konstan berlaku: P0 T 0 P0 T 0
= =
P T
= const
P2 T 2 P2
2T 0
P2 = 2 P0
Alasan salah: pada proses tekanan konstan berlaku V
= const T V = c T V ≈ T Volume sebanding dengan temperatur, bukan berbanding lurus dengan temperatur. Jawaban C
43. Total arus yang memasuki suatu titik percabangan pada rangkaian listrik sama dengan total arus yang keluar dari titik percabangan tersebut sebab kapasitas suatu kapasitor yang terbuat dari dua bola konduktor konsentrasi tergantung pada jejari kedua bola dan juga dielektrik pengisi kapasitor Jawab: Pernyataan benar: Hukum 1 Kirchoff berbunyi “ Pada suatu titik cabang, jumlah kuat arus yang masuk sama dengan jumlah kuat arus yang keluar”.
∑ I
masuk
= ∑ I keluar
Alasan benar: kapasitas suatu kapasitor dapat dinyatakan C = C = kapasitansi K = zat dielektrik
ε 0 KA d
A = luas keping d = jejari kedua bola
Pernyataan dan alasan tidak ada hubungan Jawaban B
44. Taraf intensitas bunyi yang dihasilkan oleh 10 sumber bunyi berintensitas sama adalah taraf intensitas satu sumber bunyi ditambah 10 dB SEBAB 10 sumber bunyi berintensitas sama menghasilkan intensitas suara 10 kali intensitas satu sumber bunyi.
Jawab: Taraf intensitas bunyi dinyatakan dengan
⎛ I ⎞ TI = 10 Log ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ I 0 ⎠ TI = taraf intensitas bunyi suatu sumber (dB) 2 I = intensitas bunyi suatu sumber (watt/m ) -12 2 I 0 = intensitas ambang = 10 watt/m Jika ada 10 sumber bunyi, maka taraf intensitasnya adalah:
⎛ I ⎞ TI = 10 Log ⎜⎜ 10 ⎟⎟ ⎝ I 0 ⎠ ⎛ I ⎞ TI = 10 Log ⎜⎜ ⎟⎟ + 10 Log10 ⎝ I 0 ⎠ ⎛ I ⎞ TI = 10 Log ⎜⎜ ⎟⎟ + 10 ⎝ I 0 ⎠ ⎛ I ⎞ 10 Log ⎜⎜ ⎟⎟ = merpakan taraf intensitas satu sumber bunyi. Pernyataan benar ⎝ I 0 ⎠ Alasan salah: Jika taraf intensitas satu sumber bunyi adalah 80 dB. Maka taraf intensitas 10 sumber bunyi adalah 80 dB + 10 dB = 90 dB. Jawaban C
45. Pada suatu generator listrik, suatu kumparan diputar dengan frekuensi tertentu di dalam medan magnet untuk menghasilkan gaya gerak listrik SEBAB kumparan yang diputar dengan frekuensi tertentu dalam medan magnet menyebabkan perubahan fluks magnetic persatuan waktu Jawab: pernyataan Jawab: pernyataan benar Didalam generator, kumparan diputar didalam suatu medan menimbulkan gaya gerak listrik akibat perubahan fluks magnetic
magnet
akan
Alasan benar: kumparan yang diputar didalam medan magnet akan menyebabkan perubahan fluks persatuan waktu d φ φ ε = − dt Pernyataan dan alasan berhubungan Jawaban A
