Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 (1-20)

1. Pengukuran Fisika

Soal UN fisika SMA/MA tahun 2014/2015 No.1

Pengukuran diameter kawat dengan mikrometer sekrup adalah 2,48 mm. Gambar yang sesuai dengan hasil pengukuran tersebut adalah…

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 1

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 2

Pembahasan

A. Diameter kawat = 4,…..

B. Diameter kawat = 3,…..

C. Diameter kawat = 2,…..

D. Diameter kawat = 1,…..

E. Diameter kawat = 4,…..

Jawaban yang benar adalah C.

Soal UN fisika SMA/MA tahun 2014/2015 No.1

Pengukuran diameter kawat dengan mikrometer sekrup adalah 1,95 mm. Gambar yang sesuai dengan hasil pengukuran tersebut adalah….

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 3

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 4

Pembahasan

A.

Skala utama = 1,5 mm

Skala putar = 38 x 0,01 mm = 0,38 mm

0,01 mm merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup.

Diameter kawat = 1,5 mm + 0,38 mm = 1,88 mm

B.

Skala utama = 1,5 mm

Skala putar = 39 x 0,01 mm = 0,39 mm

0,01 mm merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup.

Diameter kawat = 1,5 mm + 0,39 mm = 1,89 mm

C.

Skala utama = 1,5 mm

Skala putar = 43 x 0,01 mm = 0,43 mm

0,01 mm merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup.

Diameter kawat = 1,5 mm + 0,43 mm = 1,93 mm

D.

Skala utama = 1,5 mm

Skala putar = 42 x 0,01 mm = 0,42 mm

0,01 mm merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup.

Diameter kawat = 1,5 mm + 0,42 mm = 1,92 mm

E.

Skala utama = 1,5 mm

Skala putar = 45 x 0,01 mm = 0,45 mm

0,01 mm merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup.

Diameter kawat = 1,5 mm + 0,45 mm = 1,95 mm

Jawaban yang benar adalah E.

Soal UN fisika SMA/MA tahun 2014/2015 No.1

Hasil pengukuran diameter bola butiran logam dengan menggunakan mikrometer sekrup adalah 2,75 mm. Gambar yang sesuai dengan hasil pengukuran tersebut adalah….

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 5

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 6

Pembahasan

A.

Skala utama = 2,5 mm

Skala putar = 20 x 0,01 mm = 0,20 mm

Diameter kawat = 2,5 mm + 0,20 mm = 2,7 mm

B.

Skala utama = 2,5 mm

Skala putar = 15 x 0,01 mm = 0,15 mm

Diameter kawat = 2,5 mm + 0,15 mm = 2,65 mm

C.

Skala utama = 2,5 mm

Skala putar = 25 x 0,01 mm = 0,25 mm

Diameter kawat = 2,5 mm + 0,25 mm = 2,75 mm

Jawaban yang benar adalah C.

2. Vektor

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.2

Pada acara “Festival City Marathon” bulan Oktober 2Ol4 di Jakarta terdapat 4 kategori lari yaitu katagori full marathon (42 km), katagori half marathon (21 km), kategori 10 kilometer dan kategori 5 kilometer dimana lintasan masing-masing kategori sudah ditentukan. Lomba lari maraton ini start dari gedung gelora Bung Karno dan finish di Monas. Salah seorang peserta lomba bernama Andri mengikuti lomba lari full marathon dan ia hanya mampu menempuh lintasan dari titik A, B, dan C seperti gambar 2.

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 7

Jika 1 kotak mewakili 1 km, maka perpindahan total yang dilalui Andri tersebut adalah…

A. 26 km

B. 20 kmPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 8

C. 12 km

D. 10 km

E. 8 km

Pembahasan

Panjang sisi bawah = 8 km, panjang sisi depan = 6 km.

Menggunakan rumus Pythagoras, Perpindahan = R = 10 km

Jawaban yang benar adalah D.

3. GLBB

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.3

Lihat tabel berikut!

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 9

Tabel di atas menunjukkan tiga buah benda bergerak lurus berubah beraturan menempuh jarak yang sama. Besar kecepatan akhir P dan kecepatan awal Q pada gerak benda tersebut adalah….

A. 20 m.s-1 dan 20 m.s-1

B. 20 m.s-1 dan 28 m.s-1

C. 20 m.s-1 dan 40 m.s-1

D. 40 m.s-1 dan 20 m.s-1

E. 40 m.s-1 dan 40 m.s-1

Pembahasan

Jarak yang ditempuh sama karenanya terlebih dahulu hitung jarak tempuh benda nomor 3.

Jarak tempuh benda nomor 3 :

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 0 m/s

Kecepatan akhir (vt) = 30 m/s

Percepatan (a) = 3 m/s2

Ditanya : Jarak

Jawab :

vt2 = vo2 + 2 a s

vt2 – vo2 = 2 a s

302 – 02 = 2 (3) s

900 – 0 = 6 s

900 = 6 s

s = 900 / 6

s = 150 meter

Kecepatan akhir benda nomor 1 :

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 20 m/s

Percepatan (a) = 4 m/s2

Jarak (s) = 150 meter

Ditanya : Kecepatan akhir (vt)

Jawab :

vt2 = vo2 + 2 a s

vt2 = 202 + 2 (4)(150)

vt2 = 400 + 1200

vt2 = 1600

vt = 40 m/s

Kecepatan awal benda nomor 2 :

Diketahui :

Kecepatan akhir (vt) = 50 m/s

Percepatan (a) = 3 m/s2

Jarak (s) = 150 meter

Ditanya : Kecepatan awal (vo)

Jawab :

vt2 = vo2 + 2 a s

vt2 – 2 a s = vo2

502 – 2(3)(150) = vo2

2500 – 900 = vo2

1600 = vo2

vo = 40 m/s

Jawaban yang benar adalah E.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.3

Tiga benda bergerak lurus berubah beraturan pada bidang datar. Ketiga benda bergerak dengan percepatan yang sama. Besaran-besaran yang dimiliki ketiga benda setelah bergerak selama 10 s ditunjukkan pada tabel berikut ini :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 10

Data P dan Q pada tabel tersebut bernilai….

A. 6 dan 140

B. 6 dan 120

C. 4 dan 120

D. 4 dan 100

E. 1 dan 100

Pembahasan

Percepatan ketiga benda sama karenanya terlebih dahulu hitung percepatan benda 1.

Percepatan benda 1 :

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 2 m/s

Kecepatan akhir (vt) = 22 m/s

Jarak (s) = 120 meter

Ditanya : Jarak

Jawab :

vt2 = vo2 + 2 a s

vt2 – vo2 = 2 a s

222 – 22 = 2 a (120)

484 – 4 = 240 a

480 = 240 a

a = 480/240

a = 2 m/s2

Kecepatan awal benda 2 :

Diketahui :

Percepatan (a) = 2 m/s2

Kecepatan akhir (vt) = 24 m/s

Jarak (s) = 140 meter

Ditanya : Kecepatan awal (vo)

Jawab :

vt2 = vo2 + 2 a s

242 = vo2 + 2 (2)(140)

576 = vo2 + 560

576 – 560 = vo2

16 = vo2

vo = 4 m/s

Jarak benda 3 :

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 0 m/s

Kecepatan akhir (vt) = 20 m/s

Percepatan (a) = 2 m/s2

Ditanya : Jarak (s)

Jawab :

vt2 = vo2 + 2 a s

202 = 02 + 2 (2) s

202 = 2 (2) s

400 = 4 s

s = 400/4

s = 100 meter

Jawaban yang benar adalah D.

4. Gerak Parabola

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.4

Seorang kiper menendang bola dengan lintasan seperti pada gambar. Jarak X adalah…. (g = 10 m.s-2).

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 11A. 62,5 m

B. 31,25 2 m

C. 31,25 m

D. 25 2 m

E. 25 m

Pembahasan

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 25 m/s

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Sudut (θ) = 45o

Ditanya : Jarak X

Jawab :

Kecepatan awal bola pada arah horisontal :

vox = vo cos θ = (25 m/s)(cos 45o) = (25 m/s)(0,52) = 12,52 m/s

Kecepatan awal bola pada arah vertikal :

voy = vo sin θ = (25 m/s)(sin 45o) = (25 m/s)(0,52) = 12,52 m/s

Gerak parabola merupakan perpaduan gerakan pada arah horisontal dan vertikal. Karenanya gerak parabola dianalisis seolah-olah terdiri dari dua gerakan yang terpisah. Gerak pada arah mendatar dianalisis seperti gerak lurus beraturan dan gerak pada arah vertikal dianalisis seperti gerak vertikal ke atas.

Selang waktu bola di udara (t) :

Terlebih dahulu hitung selang waktu bola bergerak parabola. Selang waktu dihitung menggunakan rumus gerak vertikal ke atas.

Dalam menyelesaikan soal gerak vertikal ke atas, besaran vektor yang arahnya ke atas diberi tanda positif, besaran vektor yang arahnya ke bawah diberi tanda negatif.

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 12,52 m/s (positif karena arah kecepatan awal ke atas)

Percepatan gravitasi (g) = -10 m/s2 (negatif karena arah percepatan gravitasi ke bawah)

Ketinggian (h) = 0 (ketika bola kembali ke posisi semula, perubahan ketinggian bola bernilai nol)

Ditanya : Selang waktu (t) bola bergerak parabola

Jawab :

Diketahui vo, g, h dan ditanya t sehingga rumus gerak vertikal ke atas yang digunakan adalah h = vo t + 1/2 g t2

h = vo t + 1/2 g t2

0 = (12,52) t + 1/2 (-10) t2

0 = 12,52 t – 5 t2

12,52 t = 5 t2

12,52 = 5 t

t = 12,52 / 5

t = 2,52 sekon

Jarak horisontal yang dicapai bola (X) :

Jarak horisontal dihitung menggunakan rumus gerak lurus beraturan.

Diketahui :

Kecepatan (v) = 12,52 m/s

Selang waktu (t) = 2,52 sekon

Ditanya : Jarak

Jawab :

s = v t = (12,52)(2,52) = (12,5)(2,5)(2) = 62,5 meter

Jawaban yang benar adalah A.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.4

Peluru ditembakkan dengan lintasan seperti pada gambar (g = 10 m.s-2)

Tinggi maksimum yang dicapai peluru adalah….

A. 5 m Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 12

B. 10 m

C. 20 m

D. 25 m

E. 30 m

Pembahasan

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 20 m/s

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Sudut (θ) = 30o

Ditanya : Ketinggian maksimum (h maks)

Jawab :

Terlebih dahulu hitung kecepatan awal pada arah vertikal (voy) :

voy = vo sin 30o = (20)(sin 30o) = (20)(0,5) = 10 m/s

Setelah memperoleh nilai kecepatan awal pada arah vertikal (voy), sekarang hitung ketinggian maksimum menggunakan cara seperti menghitung ketinggian maksimum pada gerak vertikal ke atas. Dalam menyelesaikan soal gerak vertikal ke atas, besaran vektor yang arahnya ke atas diberi tanda positif, besaran vektor yang arahnya ke bawah diberi tanda negatif.

Diketahui :

Percepatan gravitasi (g) = -10 m/s2 (negatif karena arah percepatan gravitasi ke bawah)

Kecepatan awal pada arah vertikal (voy) = 10 m/s (positif karena arah kecepatan ke atas)

Kecepatan pada ketinggian maksimum (vty) = 0

Pada ketinggian maksimum, benda diam sesaat sebelum bergerak kembali ke bawah. Jadi pada ketinggian maksimum, kelajuan benda benilai nol.

Ditanya : Ketinggian maksimum (h)

Jawab :

Karena besaran yang diketahui adalah voy, g dan vty, sedangkan yang ditanyakan adalah h maka rumus gerak vertikal ke atas yang digunakan adalah :

vt2 = vo2 + 2 g h

Keterangan : vt = kelajuan akhir, vo = kelajuan awal, g = percepatan gravitasi, h = ketinggian maksimum.

Ketinggian maksimum :

vt2 = vo2 + 2 g h

02 = 102 + 2 (-10) h

0 = 100 – 20 h

100 = 20 h

h = 100/20

h = 5 meter

Ketinggian maksimum adalah 5 meter.

Jawaban yang benar adalah A.

5. Dinamika Partikel Bidang Datar

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.5

Benda A bermassa 6 kg dan B bermassa 4 kg dihubungkan dengan tali dan ditarik dengan gaya F = 60 N seperti gambar berikut.

Jika sistem bergerak dan koefisien gesekan kinetis antara permukaan lantai dengan kedua benda 0,5 (tg θ = 3/4), dan g = 10 m.s-2, maka besar gaya tegangan tali T yang menghubungkan kedua benda adalah….

A. 28,8 NPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 13

B. 30,0 N

C. 39,6 N

D. 48,0 N

E. 50,0 N

Pembahasan

Diketahui :

Massa benda A (mA) = 6 kg

Massa benda B (mB) = 4 kg

Gaya tarik (F) = 60 Newton

Koefisien gesek kinetis antara benda dan lantai (μk) = 0,5

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Tangen θ = 3/4

Ditanya : Besar gaya tegangan tali T

Jawab :

Komponen horisontal gaya F :Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 14

Fx = F cos θ

Fx = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N

Komponen vertikal gaya F :

Fy = F sin θ

Fy = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N

Gaya normal benda A :

NA = wA = mA g = (6)(10) = 60 N

Gaya normal benda B :

NB + Fy – wB = 0

NB + Fy = wB

NB = wB – Fy = mB g – Fy = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N

Gaya gesek kinetis antara benda A dan lantai :

fkA = μk NA = (0,5)(60) = 30 N

Gaya gesek kinetis antara benda B dan lantai :

fkB = μk NB = (0,5)(4) = 2 N

Hitung percepatan kedua benda :

ΣF = m a

Fx – T + T – fkB – fkA = (mA + mB) a

Gaya tegangan tali T mempunyai besar sama di sepanjang tali dan mempunyai arah berlawanan sehingga dilenyapkan dari persamaan.

Fx – fkB – fkA = (mA + mB) a

48 – 2 – 30 = (6 + 4) a

16 = 10 a

a = 16/10

a = 1,6 m/s2

Hitung gaya tegangan tali T :

Tinjau benda A. Gaya-gaya yang bekerja pada benda A pada arah horisontal (mendatar) adalah gaya tegangan tali (T) yang arahnya ke kanan dan gaya gesek kinetis (fkA) yang arahnya ke kiri.

ΣF = m a

TA – fkA = mA a

TA – 30 = (6)(1,6)

TA – 30 = 9,6

TA = 9,6 + 30 = 39,6 N

Tinjau benda B. Gaya-gaya yang bekerja pada benda B pada arah horisontal (mendatar) adalah gaya Fx yang arahnya ke kanan, gaya gesek kinetis (fkB) dan gaya tegangan tali (T) yang arahnya ke kiri.

ΣF = m a

Fx – fkB – TB = mB a

48 – 2 – TB = (4)(1,6)

46 – TB = 6,4

46 – 6,4 = TB

TB = 39,6 N

Jadi gaya tegangan tali yang bekerja pada benda A (TA) = gaya tegangan tali yang bekerja pada benda B (TB) = 39,6 N.

Jawaban yang benar adalah C.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.5

Perhatikan gambar berikut !

Akibat gaya F sistem benda bergerak. Jika lantai kasar dan koefisien gesekan kinetik antara kedua balok dan lantai adalah 0,2, berapakah percepatan yang dialami kedua benda? (cos 37o = 0,8, sin 37o = 0,6)

A. 2,6 m.s-2Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 15

B. 4,0 m.s-2

C. 5,2 m.s-2

D. 7,8 m.s-2

E. 10,2 m.s-2

Pembahasan

Diketahui :

Massa benda A (mA) = 4 kg

Massa benda B (mB) = 2 kg

Gaya tarik (F) = 30 Newton

Koefisien gesek kinetis antara benda dan lantai (μk) = 0,2

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

cos 37o = 0,8

sin 37o = 0,6

Ditanya : Percepatan yang dialami kedua benda?

Jawab :

Komponen horisontal gaya F :Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 16

Fx = F cos θ

Fx = (30)(0,8) = 24 N

Komponen vertikal gaya F :

Fy = F sin θ

Fy = (30)(0,6) = 18 N

Gaya normal benda A :

NA = wA = mA g = (4)(10) = 40 N

Gaya normal benda B :

NB + Fy – wB = 0

NB + Fy = wB

NB = wB – Fy = mB g – Fy = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N

Gaya gesek kinetis antara benda A dan lantai :

fkA = μk NA = (0,2)(40) = 8 N

Gaya gesek kinetis antara benda B dan lantai :

fkB = μk NB = (0,2)(2) = 0,4 N

Hitung percepatan kedua benda :

ΣF = m a

Fx – fkB – fkA = (mA + mB) a

24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a

15,6 = 6 a

a = 15,6/6

a = 2,6 m/s2

Jawaban yang benar adalah A.

6. Titik Berat

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.6

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 17Amati bidang homogen dengan ukuran seperti pada gambar!

Letak titik berat bangun di atas terhadap sumbu x adalah….

A. 2,0 cm

B. 2,5 cm

C. 3,0 cm

D. 3,5 cm

E. 4,0 cm

PembahasanPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 18

Bagi benda menjadi 4 bagian, yakni A, B, C dan D.

Hitung luas masing-masing bagian.

AA = ½ (alas)(tinggi) = ½ (1,5)(3) = (1,5)(1,5) = 2,25

AB = (panjang)(lebar) = (4,5-1,5)(1) = (3)(1) = 3

AC = ½ (alas)(tinggi) = ½ (6-4,5)(3) = (1,5)(1,5) = 2,25

AD = ½ (alas)(tinggi) = ½ (4,5-1,5)(6-3) = ½ (3)(3) = (1,5)(3) = 4,5

yA = 1/3 (3) = 1

yB = 1/2 (1) = 0,5

yC = 1/3 (3) = 1

yD = 3 + (1/3)(6-3) = 3 + (1/3)(3) = 3 + 1 = 4

Koordinat titik berat benda pada sumbu y :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 19

Letak titik berat bangun terhadap sumbu x adalah 2 cm.

Jawaban yang benar adalah A.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.6

Perhatikan gambar!

Koordinat titik berat dari gambar luasan berikut adalah….

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 22

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 20

Pembahasan

Bagi benda menjadi 4 bagian, yakni A, B, C dan D.

Hitung luas masing-masing bagian.

AA = (panjang)(lebar) = (4)(3) = 12Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 21

AB = ½ (alas)(tinggi) = ½ (6-4)(3) = ½ (2)(3) = (1)(3) = 3

AC = ½ (alas)(tinggi) = ½ (8-6)(3) = ½ (2)(3) = (1)(3) = 3

AD = (panjang)(lebar) = (8)(6-3) = (8)(3) = 24

yA = 1/2 (3) = 1,5

yB = 3 – (1/3)(3) = 3 – 1 = 2

yC = 3 – (1/3)(3) = 3 – 1 = 2

yD = 3 + (1/2)(6-3) = 3 + (1/2)(3) = 3 + 1,5 = 4,5

xA = 1/2 (4) = 2

xB = 4 + (1/2)(6-4) = 4 + (1/2)(2) = 4 + 1 = 5

xC = 6 + (1/2)(8-6) = 6 + (1/2)(2) = 6 + 1 = 7

xD = 1/2 (8) = 4

Koordinat titik berat benda pada sumbu x :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 23

Koordinat titik berat benda pada sumbu y :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 24

Jawaban yang benar adalah B.

7. Gerak Rotasi

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 25Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.7

Perhatikan gambar di samping!

Sebuah katrol terbuat dari benda pejal (I = 2/5 MR2) memiliki massa 2 kg. Bila momen gaya pada katrol 4 N.m maka percepatan linear katrol adalah…. (g = 10 m.s-2)

A. 50 m.s-2

B. 25 m.s-2

C. 20 m.s-2

D. 16 m.s-2

E. 8 m.s-2

Pembahasan

Diketahui :

Momen inersia katrol pejal (I) = 2/5 MR2

Massa katrol (M) = 2 kg

Momen gaya (τ) = 4 Nm

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Jari-jari katrol (R) = 20 cm = 0,2 m

Ditanya : Percepatan linear (a)

Jawab :

Hitung momen inersia katrol (I) :

I = 2/5 MR2 = 2/5 (2)(0,2)2 = 2/5 (2)(0,04) = 2/5 (0,08) = 0,16/5 = 0,032 kg m2

Hitung percepatan sudut (α) :

τ = I α

α = τ/I = 4/0,032 = 125 rad.s-2

Hitung percepatan linear (a) :

a = R α = (0,2)(125) = 25 m.s-2

Percepatan linear tepi katrol adalah 25 m.s-2.

Jawaban yang benar adalah B.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.7

Perhatikan gambar di samping! Katrol dari bola pejal berputar dengan percepatan 2 ms-2, jika g = 10 m.s-2, maka momen inersia katrol adalah ….

A. 1,0 kg.m2Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 26

B. 0,8 kg.m2

C. 0,6 kg.m2

D. 0,2 kg.m2

E. 0,1 kg.m2

Pembahasan

Diketahui :

Percepatan linear tepi katrol (a) = 2 ms-2

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Jari-jari katrol (R) = 10 cm = 0,1 m

Berat beban (w) = m g = (4)(10) = 40 N

Ditanya : Momen inersia katrol

Jawab :

Hitung momen gaya (τ) :

τ = F R = w R = (40)(0,1) = 4 Nm

Hitung percepatan sudut katrol (α) :

a = R α

α = a/R = 2/0,1 = 20 rad.s-2

Hitung momen inersia katrol (I) :

τ = I α

I = τ/α = 4/20 = 0,2 kg m2

Jawaban yang benar adalah D.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.7

Perhatikan gambar di samping!

Katrol ditarik sehingga katrol bergerak dengan percepatan 1 ms-2. Jika jari-jari katrol 10 cm maka momen inersia katrol adalah….

A. 4,00 kg.m2Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 27

B. 2,00 kg.m2

C. 0,04 kg.m2

D. 0,02 kg.m2

E. 0,01 kg.m2

Pembahasan

Diketahui :

Percepatan linear tepi katrol (a) = 1 ms-2

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Jari-jari katrol (R) = 10 cm = 0,1 m

Gaya tarik (F) = 4 N

Ditanya : Momen inersia katrol

Jawab :

Hitung momen gaya (τ) :

τ = F R = (4)(0,1) = 0,4 Nm

Hitung percepatan sudut katrol (α) :

a = R α

α = a/R = 1/0,1 = 10 rad.s-2

Hitung momen inersia katrol (I) :

τ = I α

I = τ/α = 0,4/10 = 0,04 kg m2

Jawaban yang benar adalah C.

8. Teorema usaha-energi mekanik

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.8

Perhatikan gambar berikut ini! Balok meluncur di bidang miring yang kasar dengan koefisien gesekan 0,4. Jika g = 10 m.s-2 maka kecepatan balok saat menyentuh dasar bidang miring adalah…

A. 2√5 m.s-1Teorema usaha-energi mekanik un fisika SMA tahun 2015 - 1

B. 2√7 m.s-1

C. 2√14 m.s-1

D. 2√19 m.s-1

E. 2√23 m.s-1

Pembahasan

Sambil lihat gambar di bawah

Diketahui :

Ketinggian awal (ho) = 6 m

Ketinggian akhir (ht) = 0 m

Kecepatan awal (vo) = 0 (pada mulanya balok diam)

Koefisien gesek kinetis (μk) = 0,4 (balok meluncur sehingga koefisien gesekan kinetis, bukan koefisien gesekan statis)

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

cos θ = bawah/miring = 8/10

Komponen berat pada arah vertikal = wy = w cos θ = m g cos θ = m (10)(8/10) = m (10)(4/5) = m (40/5) = 8 m

Gaya normal = N = wy = 8 m

Gaya gesek kinetis = fk = μk N = μk wy = (0,4)(8 m) = 3,2 m

Ditanya : Kecepatan akhir (vt)

Jawab :

Teorema usaha-energi mekanik menyatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya tak konservatif pada suatu benda sama dengan perubahan energi mekanik benda tersebut. Contoh gaya tak konservatif adalah gaya gesek kinetis.

Wnc = ΔEMTeorema usaha-energi mekanik un fisika SMA tahun 2015 - 2

Wnc = ΔEK + ΔEP

Keterangan :

Wnc = Usaha oleh gaya non konservatif, ΔEM = Perubahan energi mekanik, ΔEK = Perubahan energi kinetik, ΔEP = Perubahan energi potensial.

Perubahan energi kinetik :

ΔEK = 1/2 m (vt2 – vo2) = 1/2 m (vt20) = 1/2 m vt2

Perubahan energi potensial :

ΔEP = m g (ht – ho) = m (10)(0-6) = m (10)(-6) = – 60 m

Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek kinetis :

Wnc = – fk s = – (3,2 m)(10) = – 32 m

Bertanda negatif karena gaya gesek kinetis melakukan usaha negatif, di mana arah gaya gesek kinetis (ke atas) berlawanan dengan arah perpindahan benda (ke bawah).

Hitung kecepatan akhir (vt) :

Wnc = ΔEK + ΔEP

– 32 m = 1/2 m vt2 – 60 m

– 32 m = m (1/2 vt2 – 60)

– 32 = 1/2 vt2 – 60

– 32 + 60 = 1/2 vt2

28 = 1/2 vt2

2 (28) = vt2

56 = vt2

vt = √4.14

vt = 2√14 m.s-1

Jawaban yang benar adalah C.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.8

Perhatikan gambar di samping!

Balok meluncur menuruni bidang miring yang kasar, sampai di kaki bidang miring dengan kecepatan 10 ms-1. Jika gaya gesekan yang bekerja 2 N dan g = 10 ms-2, maka nilai h adalah ….

A. 10 mPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 28

B. 8 m

C. 6 m

D. 4 m

E. 2 m

Pembahasan

Diketahui :

Massa balok (m) = 1 kg

Kecepatan awal (vo) = 0 (pada mulanya balok diam)

Kecepatan akhir (vt) = 10 ms-1

Ketinggian awal (ho) = h

Ketinggian akhir (ht) = 0

Gaya gesek kinetis (fk) = 2 N

Percepatan gravitasi (g) = 10 ms-2

Ditanya : Ketinggian (h)

Jawab :

Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek kinetis :

Wnc = – fk s = – (2)(15) = – 30

Bertanda negatif karena gaya gesek kinetis melakukan usaha negatif, di mana arah gaya gesek kinetis (ke atas) berlawanan dengan arah perpindahan benda (ke bawah).

Perubahan energi kinetik :

ΔEK = 1/2 m (vt2 – vo2) = 1/2 (1)(1020) = 1/2 (102) = 1/2 (100) = 50

Perubahan energi potensial :

ΔEP = m g (ht – ho) = (1)(10)(0-h) = (10)(-h) = -10 h

Rumus teorema usaha-energi mekanik :

Wnc = ΔEK + ΔEP

– 30 = 50 – 10 h

10 h = 50 + 30

10 h = 80

h = 80/10

h = 8 meter

Jawaban yang benar adalah B.

9. Elastisitas

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.9

Sebuah pegas saat diberi 160 gram bertambah panjang 4 cm. Saat tiga pegas sejenis disusun seperti gambar maka pertambahan panjang total pegas adalah…

A. 2 cmPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 29

B. 3 cm

C. 6 cm

D. 7 cm

E. 10 cm

Pembahasan

Diketahui :

Pertambahan panjang (Δx) = 4 cm = 0,04 meter

Massa (m) = 160 gram = 0,16 kg

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Berat (w) = m g = (0,16)(10) = 1,6 Newton

Ditanya : Pertambahan panjang total pegas (Δx) jika disusun seperti gambar

Jawab :

Terlebih dahulu hitung konstanta elastisitas pegas menggunakan rumus hukum Hooke :

k = w / Δx = 1,6 / 0,04 = 40 N/m

Ketiga pegas sejenis sehingga mempunyai konstanta (k) yang sama yakni 40 N/m.

Hitung konstanta pengganti :

Pegas 2 (k2) dan pegas 3 (k3) tersusun secara paralel. Konstanta pegas pengganti adalah :

k23 = k2 + k3 = 40 + 40 = 80 N/m

Pegas 1 (k1) dan pegas pengganti (k23) tersusun secara seri. Konstanta pegas pengganti adalah :

1/k = 1/k1 + 1/k23 = 1/40 + 1/80 = 2/80 + 1/80 = 3/80

k = 80/3

Hitung pertambahan panjang total pegas menggunakan rumus hukum Hooke :

Δx = w / k = 1,6 : 80/3 = (1,6)(3/80) = 4,8/80 = 0,06 meter = 6 cm

Jawaban yang benar adalah C.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.9

Tiga pegas identik yang disusun seperti pada gambar. Jika konstanta pegas k1 = k2 = k3 = 300 N.m-1 maka susunan pegas akan mengalami pertambahan panjang sebesar…. (g = 10 m.s-2).

A. 0,1 mPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 30

B. 0,2 m

C. 0,4 m

D. 0,5 m

E. 0,8 m

Pembahasan

Diketahui :

Konstanta pegas k1 = k2 = k3 = 300 N.m-1

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Massa beban (m) = 2 kg

Berat beban (w) = m g = (2)(10) = 20 Newton

Ditanya : Pertambahan panjang susunan pegas (Δx)

Jawab :

Hitung konstanta pengganti :

Pegas 1 (k1) dan pegas 2 (k2) tersusun secara paralel. Konstanta pegas pengganti adalah :

k12 = k1 + k2 = 300 + 300 = 600 N/m

Pegas 3 (k3) dan pegas pengganti (k12) tersusun secara seri. Konstanta pegas pengganti adalah :

1/k = 1/k3 + 1/k12 = 1/300 + 1/600 = 2/600 + 1/600 = 3/600

k = 600/3 = 200 N/m

Hitung pertambahan panjang total pegas menggunakan rumus hukum Hooke :

Δx = w / k = 20/200 = 2/20 = 1/10 = 0,1 meter

Jawaban yang benar adalah A.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.9

Tiga pegas disusun seperti gambar berikut. Jika konstanta pegas k = 50 Nm-1 dan pada susunan pegas tersebut digantungkan beban 400 gram, maka pertambahan panjang susunan pegas adalah….

A. 2 cmPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 31

B. 4 cm

C. 8 cm

D. 16 cm

E. 50 cm

Pembahasan

Diketahui :

Konstanta pegas 1 (k1) = k = 50 Nm-1

Konstanta pegas 2 (k2) = k = 50 Nm-1

Konstanta pegas 3 (k3) = 2k = 2 (50 Nm-1) = 100 Nm-1

Massa beban (m) = 400 gram = 0,4 kg

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Berat beban (w) = m g = (0,4)(10) = 4 Newton

Ditanya : Pertambahan panjang susunan pegas (Δx)

Jawab :

Hitung konstanta pengganti :

Pegas 1 (k1) dan pegas 2 (k2) tersusun secara paralel. Konstanta pegas pengganti adalah :

k12 = k1 + k2 = 50 + 50 = 100 N/m

Pegas 3 (k3) dan pegas pengganti (k12) tersusun secara seri. Konstanta pegas pengganti adalah :

1/k = 1/k3 + 1/k12 = 1/100 + 1/100 = 2/100

k = 100/2 = 50 N/m

Hitung pertambahan panjang susunan pegas menggunakan rumus hukum Hooke :

Δx = w / k = 4 / 50 = = 0,08 meter = 8 cm

Jawaban yang benar adalah C.

10. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.10

Pada musim dingin di negara Swedia diadakan perlombaan ski es di daerah pegunungan. Pemain ski es meluncur dari ketinggian A seperti pada gambar 2.

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 32

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 33

Jika kecepatan awal pemain ski = nol, dan percepatan gravitasi = 10 m.s-2, maka kecepatan pemain pada saat ketinggian B adalah…

A. √2 m.s-1

B. 5 √2 m.s-1

C. 10 √2 m.s-1

D. 20 √2 m.s-1

E. 25 √2 m.s-1

Pembahasan

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 0

Ketinggian awal (ho) = 50 m – 10 m = 40 m

Ketinggian akhir (ht) = 0

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Ditanya : Kecepatan akhir (vt)

Jawab :

Perubahan energi kinetik :

ΔEK = 1/2 m (vt2 – vo2) = 1/2 m (vt20) = 1/2 m vt2

Perubahan energi potensial :

ΔEP = m g (ht – ho) = m (10)(0-40) = m (10)(-40) = – 400 m

Hitung kecepatan akhir (vt) menggunakan rumus hukum kekekalan energi mekanik :

0 = ΔEK + ΔEP

0 = 1/2 m vt2 – 400 m

1/2 m vt2 = 400 m

1/2 vt2 = 400

vt2 = 2(400)

vt = √(400)(2)

vt = 20√2 m/s

Jawaban yang benar adalah D.

11. Momentum, impuls dan tumbukan

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.11

Gambar berikut menunjukkan dua bola A (massa = 2 kg) dan bola B (massa = 5 kg) sebelum dan setelah tumbukan. Jika tumbukan yang terjadi lenting sempurna maka kecepatan bola A sebelum tumbukan adalah….

A. 12 m.s-1Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 34

B. 10 m.s-1

C. 5 m.s-1

D. 4 m.s-1

E. 2 m.s-1

Pembahasan

Diketahui :

Massa bola A (mA) = 2 kg

Massa bola B (mB) = 5 kg

Kecepatan bola B sebelum tumbukan (vB) = 2 m/s

Kecepatan bola A setelah tumbukan (vA‘) = 5 m/s

Kecepatan bola B setelah tumbukan (vB‘) = 4 m/s

Kedua bola sebelum dan setelah bertumbukan bergerak ke kanan sehingga kecepatan diberi tanda positif.

Ditanya : Kecepatan bola A sebelum tumbukan (vA)

Jawab :

Hitung kecepatan bola A sebelum tumbukan (vA) menggunakan rumus hukum kekekalan momentum :

mA vA + mB vB = mA vA‘ + mB vB

2(vA) + (5)(2) = (2)(5) + (5)(4)

2(vA) + 10 = 10 + 20

2(vA) + 10 = 30

2(vA) = 30 – 10

2(vA) = 20

vA = 20/2

vA = 10 m/s

Jawaban yang benar adalah B.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.11

Benda A dan B bergerak seperti gambar. Jika kemudian terjadi tumbukan lenting sempurna dan kecepatan benda B setelah tumbukan menjadi 15 m.s-1, maka kecepatan benda A setelah tumbukan adalah…

A. 2 m.s-1Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 35

B. 4 m.s-1

C. 8 m.s-1

D. 10 m.s-1

E. 12 m.s-1

Pembahasan

Diketahui :

Massa benda A (mA) = 5 kg

Massa benda B (mB) = 2 kg

Kecepatan benda A sebelum tumbukan (vA) = 12 m/s

Kecepatan benda B sebelum tumbukan (vB) = 10 m/s

Kecepatan benda B setelah tumbukan (vB‘) = 15 m/s

Kedua benda sebelum dan setelah bertumbukan bergerak ke kanan sehingga kecepatan diberi tanda positif.

Ditanya : Kecepatan benda A setelah tumbukan (vA‘)

Jawab :

Hitung kecepatan bola A sebelum tumbukan (vA) menggunakan rumus hukum kekekalan momentum :

mA vA + mB vB = mA vA‘ + mB vB

(5)(12) + (2)(10) = (5)vA‘ + (2)(15)

60 + 20 = (5)vA‘ + 30

80 = (5)vA‘ + 30

80 – 30 = (5)vA

50 = (5)vA

vA‘ = 50/5

vA‘ = 10 m/s

Jawaban yang benar adalah D.

12. Fluida Statis

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.12

Sepotong kayu terapung dalam minyak (massa jenis = 800 kg.m-3) hingga 4/5 bagian volumnya berada dalam minyak, maka massa jenis kayu adalah….

A. 16 kg.m-3

B. 64 kg.m-3

C. 160 kg.m-3

D. 270 kg.m-3

E. 640 kg.m-3

Pembahasan

Diketahui :

Massa jenis minyak (ρ) = 800 kg.m-3

Bagian benda yang tercelup = 4/5

Ditanya : Massa jenis kayu

Jawab :

Bagian benda yang tercelup sama dengan rasio massa jenis :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 36

Massa jenis kayu adalah 640 kg/m3.

Jawaban yang benar adalah E.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.12

Sebuah balok pada saat di udara memiliki berat 50 N. Ketika ditimbang dalam air beratnya menjadi 30 N. Jika massa jenis air = 103 kg.m-3 maka massa jenis balok adalah…

A. 1500 kg.m-3

B. 2000 kg.m-3

C. 2500 kg.m-3

D. 3000 kg.m-3

E. 4000 kg.m-3

Pembahasan

Diketahui :

Berat balok di udara (w) = 50 N

Berat balok di dalam air (wair) = 30 N

Massa jenis air (ρair) = 103 kg.m-3 = 1000 kg.m-3

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Massa balok di udara (m) = w/g = 50/10 = 5 kg

Ditanya : Massa jenis balok (ρbalok)

Jawab :

Hitung gaya apung :

FA = w – wair = 50 – 30 = 20 N

Hitung volume balok yang tercelup di dalam air menggunakan rumus gaya apung :

FA = ρ g V

20 = (1000)(10) V

20 = (10.000) V

V = 20/10.000

V = 0,002 m3

Hitung massa jenis balok :

ρ = m/V = 5/0,002 = 2500 kg/m3

Jawaban yang benar adalah C.

13. Pemuaian

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.13

Sebuah bejana kaca volume 4 liter diisi penuh air, kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar 20oC. Ternyata ada sebagian air yang tumpah. Diketahui koefisien muai panjang kaca = 9 x 10-6 oC-1; koefisien muai volume air = 2,1 x 10-4 oC-1, maka banyak air yang tumpah adalah…

A. 0,015 liter

B. 0,018 liter

C. 0,020 liter

D. 0,021 liter

E. 0,025 liter

Pembahasan

Diketahui :

Volume awal bejana kaca dan air (Vo) = 4 liter

Perubahan suhu kaca dan air (ΔT) = 20oC

Koefisien muai panjang kaca (α) = 9 x 10-6 oC-1

Koefisien muai volume kaca (γ) = 3α = 3 (9 x 10-6 oC-1) = 27 x 10-6 oC-1

Koefisien muai volume air (γ) = 2,1 x 10-4 oC-1

Ditanya : Banyak air yang tumpah

Jawab :

Rumus pemuaian volume :

V = Vo + γ Vo ΔT

V – Vo = γ Vo ΔT

ΔV = γ Vo ΔT

Keterangan :

V = volume akhir, Vo = volume awal, ΔV = perubahan volume, γ = koefisien muai volume, ΔT = perubahan suhu.

Hitung perubahan volume bejana kaca :

ΔV = γ Vo ΔT = (27 x 10-6)(4)(20) = 2160 x 10-6 = 2,160 x 10-3 = 0,002160 liter

Hitung perubahan volume air :

ΔV = γ Vo ΔT = (2,1 x 10-4)(4)(20) = 168 x 10-4 = 0,0168 liter

Perubahan volume air lebih besar daripada bejana kaca sehingga sebagian air tumpah.

Hitung volume air yang tumpah :

0,0168 liter – 0,002160 liter = 0,01464 liter = 0,015 liter

Jawaban yang benar adalah A.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.13

Sebuah bejana dari baja (koefisien muai panjang = 10-5 oC-1) mempunyai ukuran 6 liter diisi penuh cairan aseton (koefisien muai volume = 1,5 x 10-3 oC-1). Jika kedua-duanya dipanaskan sehingga suhu ruang naik dari 0oC sampai 40oC, maka volume aseton yang tumpah adalah…

A. 0,35 liter

B. 0,48 liter

C. 0,58 liter

D. 1,36 liter

E. 1,48 liter

Pembahasan

Diketahui :

Volume awal bejana baja dan aseton (Vo) = 6 liter

Perubahan suhu bejana baja dan aseton (ΔT) = 40oC

Koefisien muai panjang baja (α) = 10-5 oC-1

Koefisien muai volume baja (γ) = 3α = 3 (10-5 oC-1) = 3 x 10-5 oC-1

Koefisien muai volume aseton (γ) = 1,5 x 10-3 oC-1

Ditanya : Banyak air yang tumpah

Jawab :

Rumus pemuaian volume :

ΔV = γ Vo ΔT

Keterangan :

ΔV = perubahan volume, γ = koefisien muai volume, Vo = volume awal, ΔT = perubahan suhu.

Hitung perubahan volume bejana baja :

ΔV = γ Vo ΔT = (3 x 10-5)(6)(40) = 720 x 10-5 = 0,00720 liter

Hitung perubahan volume aseton :

ΔV = γ Vo ΔT = (1,5 x 10-3)(6)(40) = 360 x 10-3 = 0,360 liter

Perubahan volume aseton lebih besar daripada bejana baja sehingga sebagian air tumpah.

Hitung volume air yang tumpah :

0,360 liter – 0,00720 liter = 0,3528 liter = 0,35 liter

Jawaban yang benar adalah A.

14. Perpindahan Kalor

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.14

Perhatikan pernyataan berikut :

(1) konduktivitas logam

(2) perbedaan suhu ujung-ujung logam

(3) panjang logam

(4) massa logam

Faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam adalah….

A. (1), (2), dan (3)Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 38

B. (1) dan (4)

C. (2) dan (4)

D. (3) dan (4)

E. (4) saja

Pembahasan

Perpindahan kalor pada logam merupakan perpindahan kalor secara konduksi. Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 37

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas permukaan, T1-T2 = perubahan suhu, l = panjang batang

Jawaban yang benar adalah A.

15. Teori Kinetik Gas dan Termodinamika

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.15

Dalam suatu tangki terdapat gas ideal volume 4 liter, suhu 27oC dan tekanan 3 atm (1 atm = 105 N.m-2). Gas mengalami proses pemanasan pada tekanan tetap sampai suhu 87oC. Kapasitas kalor gas nilainya 9 J.K-1 . Besar volume akhir gas dan perubahan energi dalam gas berturut-turut adalah…

A. 4,2 liter, ΔU = 200 Joule

B. 4,4 liter, ΔU = 240 Joule

C. 4,6 liter, ΔU = 280 Joule

D. 4,8 liter, ΔU = 300 Joule

E. 4,8 liter, ΔU = 360 Joule

Pembahasan

Proses isobarik (tekanan tetap)

Diketahui :

Volume awal gas ideal (V1) = 4 liter

Suhu awal gas ideal (T1) = 27oC + 273 = 300 K

Suhu akhir gas ideal (T2) = 87oC + 273 = 360 K

Tekanan gas ideal (P) = 3 atm = 3 x 105 N.m-2

Kapasitas kalor gas (C) = 9 J.K-1

Ditanya : Volume akhir gas (V2) dan Perubahan energi dalam gas (ΔU)

Jawab :

Hitung Volume akhir menggunakan rumus hukum Charles (proses isobarik atau tekanan konstan) :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 39

Perubahan Volume :

1 liter = 0,001 m3

Volume awal (V1) = 4 (0,001 m3) = 0,004 m3

Volume akhir (V2) = 4,8 (0,001 m3) = 0,0048 m3

Perubahan volume (ΔV) = V2 – V1 = 0,0048 m3 – 0,004 m3 = 0,008 m3.

Perubahan Suhu :

Perubahan suhu (ΔT) = T2 – T1 = 360 K – 300 K = 60 K

Hitung perubahan energi dalam (ΔU) gas ideal menggunakan rumus hukum I Termodinamika :

ΔU = Q – W

Keterangan : ΔU = perubahan energi dalam, Q = kalor, W = usaha.

Hitung usaha (W) pada tekanan tetap :

W = P ΔV = (3 x 105)(0,0008) = (3 x 101)(8) = (30)(8) = 240 Joule

Hitung kalor (Q) menggunakan rumus kapasitas kalor (C) :

C = Q / ΔT

Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 Joule

Hitung perubahan energi dalam :

ΔU = Q – W = 540 Joule – 240 Joule = 300 Joule.

Jawaban yang benar adalah D.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.15

Dalam suatu tangki terdapat 6 liter gas ideal bertekanan 2 atm (1 atm = 105 N.m-2), suhu 27oC. Gas dipanaskan sampai suhu 77oC pada tekanan tetap. Jika kapasitas kalor gas 5 J.K-1, volume akhir dan perubahan energi dalam gas masing-masing adalah….

A. 8 liter; ΔU = 250 Joule

B. 8 liter; ΔU = 200 Joule

C. 7 liter; ΔU = 100 Joule

D. 7 liter; ΔU = 50 Joule

E. 7 liter; ΔU = 20 Joule

Pembahasan

Proses isobarik (tekanan tetap)

Diketahui :

Volume awal gas ideal (V1) = 6 liter

Suhu awal gas ideal (T1) = 27oC + 273 = 300 K

Suhu akhir gas ideal (T2) = 77oC + 273 = 350 K

Tekanan gas ideal (P) = 2 atm = 2 x 105 N.m-2

Kapasitas kalor gas (C) = 5 J.K-1

Ditanya : Volume akhir gas (V2) dan Perubahan energi dalam gas (ΔU)

Jawab :

Hitung Volume akhir menggunakan rumus hukum Charles (proses isobarik atau tekanan konstan) :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 40

Perubahan Volume :

1 liter = 0,001 m3

Volume awal (V1) = 6 (0,001 m3) = 0,006 m3

Volume akhir (V2) = 7 (0,001 m3) = 0,007 m3

Perubahan volume (ΔV) = V2 – V1 = 0,007 m3 – 0,006 m3 = 0,001 m3.

Perubahan Suhu :

Perubahan suhu (ΔT) = T2 – T1 = 350 K – 300 K = 50 K

Hitung perubahan energi dalam (ΔU) gas ideal menggunakan rumus hukum I Termodinamika :

ΔU = Q – W

Keterangan : ΔU = perubahan energi dalam, Q = kalor, W = usaha.

Hitung usaha (W) pada tekanan tetap :

W = P ΔV = (2 x 105)(0,001) = (2 x 102)(1) = (200)(1) = 200 Joule

Hitung kalor (Q) menggunakan rumus kapasitas kalor (C) :

C = Q / ΔT

Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 Joule

Hitung perubahan energi dalam :

ΔU = Q – W = 250 Joule – 200 Joule = 50 Joule.

Jawaban yang benar adalah D.

16. Proses Termodinamika

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.16

Perhatikan grafik di samping dan pernyataan-pernyataan berikut!

(1) Proses AB isobarik dan W = P (V2 – V1)Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 43

(2) Proses BC adalah adiabatik, dan ΔU = Q

(3) Proses BC adalah isokhorik, dan ΔU = Q

(4) Proses CA isotermis, dan sistem menyerap kalor

Pernyataan yang benar adalah…

A. (1) dan (3)

B. (1) dan (4)

C. (2) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (3) dan (4)

Pembahasan

(1) Proses AB isobarik dan W = P (V2 – V1)

Isobarik = tekanan tetap. Tekanan tetap ditandai dengan garis lurus sepanjang P1 dari A ke B. Pada proses ini, tekanan tetap tetapi ada perubahan volume di mana volume bertambah. Apabila volume bertambah maka sistem melakukan usaha pada lingkungan, di mana besar usaha (W) merupakan hasil perkalian tekanan (P) dan perubahan volume (ΔU).

(3) Proses BC adalah isokhorik, dan ΔU = Q

Isokhorik = volume tetap. Volume tetap ditandai dengan garis lurus sepanjang V2 dari B ke C. Pada proses ini, volume tetap tetapi ada perubahan tekanan di mana tekanan bertambah. Volume tetap sehingga tidak ada usaha yang dilakukan, di mana W = 0. Rumus hukum I Termodinamika adalah ΔU = Q – W, di mana ΔU = perubahan energi dalam, Q = kalor dan W = usaha. Apabila tidak ada usaha maka W = 0, sehingga ΔU = Q.

Jawaban yang benar adalah A.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.16

Perhatikan grafik siklus termodinamika berikut!Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 44

Dari pernyataan berikut :

(1) A – B = isokhorik, usaha bergantung pada perubahan suhu

(2) B – C = adiabatik, tidak ada perubahan kalor

(3) B – C = isobarik, usaha bergantung pada perubahan volume

(4) C – A = proses terjadi dengan usaha dari luar sistem

Yang benar adalah…

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (2) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (3) dan (4)

Pembahasan

(1) A – B = isokhorik, usaha bergantung pada perubahan suhu

Benar, proses ini isokhorik (volume tetap). Tetapi volume tetap sehingga tidak ada usaha. Usaha terjadi bila ada perubahan volume. Jadi pernyataan ini salah.

(3) B – C = isobarik, usaha bergantung pada perubahan volume

Isobarik = tekanan tetap. Tekanan tetap ditandai garis lurus dari B ke C. Pada proses ini terdapat perubahan volume sistem, di mana volume sistem bertambah. Volume sistem bertambah artinya sistem melakukan usaha pada lingkungan.

(4) C – A = proses terjadi dengan usaha dari luar sistem

Pada proses ini, volume sistem berkurang dan tekanan sistem berkurang. Volume sistem berkurang artinya lingkungan melakukan usaha pada sistem. Dengan kata lain, terdapat usaha dari luar sistem.

Jawaban yang benar adalah E.

17. Termodinamika

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.17

Sejumlah gas ideal dimampatkan melalui proses termodinamika dari keadaan 1 ke keadaan 2 seperti diperlihatkan pada grafik P-V berikut. Usaha yang dilakukan oleh gas tersebut adalah…

A. -180 JPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 45

B. -90 J

C. -30 J

D. 30 J

E. 90 J

Pembahasan

1 liter = 0,001 m3

Diketahui :

Tekanan 1 (P1) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m2

Tekanan 2 (P2) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m2

Volume 1 (V1) = 4 liter = 4 (0,001 m3) = 0,004 m3

Volume 2 (V2) = 10 liter = 10 (0,001 m3) = 0,010 m3

Ditanya : Usaha (W) yang dilakukan oleh gas

Jawab :

W = P (V2 – V1) + 1/2 (P2 – P1)(V2 – V1)

W = 10.000 (0,010-0,004) + 1/2 (20.000-10.000)(0,010-0,004)

W = 10.000 (0,006) + 1/2 (10.000)(0,006)

W = 10 (6) + 1/2 (10)(6)

W = 60 + 1/2 (60)

W = 60 + 30

W = 90 Joule

Jawaban yang benar adalah E.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.17

Perhatikan diagram P-V di samping!

Usaha yang dihasilkan pada proses termodinamika tersebut dalam satu siklus adalah…

A. 100 kJPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 46

B. 200 kJ

C. 300 kJ

D. 400 kJ

E. 600 kJ

Pembahasan

Diketahui :

Tekanan 1 (P1) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N/m2

Tekanan 2 (P2) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N/m2

Volume 1 (V1) = 2 m3

Volume 2 (V2) = 4 m3

Ditanya : Usaha (W) yang dihasilkan.

Jawab :

Usaha yang dihasilkan = luas segiempat abcd.

W = (P2 – P1)(V2 – V1)

W = (3 x 105 – 1 x 105)(4 – 2)

W = (2 x 105)(2)

W = 4 x 105 Joule

W = 400.000 Joule

W = 400 kilo Joule

Jawaban yang benar adalah D.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.17

Suatu gas ideal mengalami proses seperti yang ditunjukkan oleh diagram P-V di samping. Usaha yang dilakukan dalam proses tersebut adalah…

A. 35 JPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 47

B. 24 J

C. 15 J

D. 12 J

E. 6 J

Pembahasan

Diketahui :

Tekanan 1 (P1) = 1 N/m2

Tekanan 2 (P2) = 7 N/m2

Volume 1 (V1) = 1 m3

Volume 2 (V2) = 5 m3

Ditanya : Usaha (W) yang dilakukan.

Jawab :

Usaha yang dilakukan = luas segitiga ABC.

W = ½ (P2 – P1)(V2 – V1)

W = ½ (7-1)(5-1)

W = ½ (6)(4)

W = ½ (24)

W = 12 Joule

Jawaban yang benar adalah D.

18. Gelombang Longitudinal

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.18

Garpu tala digetarkan menghasilkan gelombang pada udara seperti gambar. Jika cepat rambat 100 m.s-1 dan jarak 4 rapatan berturut-turut 14 m, maka frekuensi sumber yang dihasilkan adalah…

A. 14,5 HzPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 48

B. 17,0 Hz

C. 25,0 Hz

D. 33,0 Hz

E. 36,0 Hz

Pembahasan

Diketahui :

Cepat rambat udara (v) = 100 m.s-1

Panjang gelombang (λ) = jarak antara dua rapatan terdekat = 14/3 meter

Jarak 4 rapatan berturut-turut seperti pada gambar nomor 2 di bawah. Panjang gelombang = jarak antara dua rapatan terdekat.

Ditanya : Frekuensi (f) sumber yang dihasilkan

Jawab :

Hitung frekuensi (f) menggunakan rumus cepat rambat gelombang :

v = f λ

f = v / λ

f = 100 : 14/3

f = 100 x 3/14

f = 300/14

f = 21,4 Hertz

Tidak ada jawaban yang benar.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.18

Perhatikan gambar gelombang longitudinal pada pegas berikut ini!

Bila frekuensi gelombang 30 Hz, maka cepat rambat gelombang adalah…

A. 25 m.s-1Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 49

B. 15 m.s-1

C. 12 m.s-1

D. 10 m.s-1

E. 6 m.s-1

Pembahasan

Diketahui :

Frekuensi gelombang (f) = 30 Hertz = 30 /sekon = 30 sekon-1

Panjang gelombang (λ) = jarak antara dua rapatan terdekat = 150/3 cm = 50 cm = 0,50 meter

Ditanya : Cepat rambat gelombang (v)

Jawab :

Rumus cepat rambat gelombang :

v = f λ

v = (30)(0,50)

v = 15 m/s

Jawaban yang benar adalah B.

19. Gelombang Berjalan

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.19

Persamaan gelombang berjalan

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 56

dengan x dan y dalam cm dan t dalam sekon. Dari nilai-nilai besaran berikut :

(1) Amplitudo gelombang 2 cm

(2) Frekuensi gelombang 50 Hz

(3) Panjang gelombang 0,3 cm

(4) Cepat rambat gelombang 3.000 cm.s-1

Pernyataan yang benar untuk besaran gelombang di atas adalah…

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (4)

C. (2) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (3) dan (4)

Pembahasan

Tiga bentuk persamaan gelombang :

y = A sin (ωt – kx) ——> 1

ω = 2π / T dan k = 2π / λ

y = A sin (2π/T) t – (2π/λ) x

y = A sin 2π (t/T – x/λ) ——-> 2

T = 1/f dan λ = v / f

y = A sin 2π (f t – f(x/v))

y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3

Persamaan gelombang berjalan pada soal di atas sama seperti bentuk 2 :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 57

A = amplitudo = 2 cm

T = periode = 0,01 sekon

f = frekuensi = 1/T = 1/0,01 sekon = 100 s-1 = 100 Hertz

λ = panjang gelombang = 30 cm

v = cepat rambat gelombang = f λ = (100 s-1)(30 cm) = 3000 cm s-1

Jawaban yang benar adalah B.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.19

Suatu gelombang menjalar dengan persamaan simpangan

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 58

x dan y dalam meter, t dalam sekon.

Dari nilai besaran-besaran berikut :

(1) Jarak antara titik yang sefase 3 meter

(2) Frekuensi gelombang 2,5 Hz

(3) Kecepatan gelombang merambat 5 ms-1

(4) Amplitudo = 0,2 cm

Nilai besaran yang benar berkaitan dengan gelombang tersebut adalah…

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (4)

C. (2) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (3) dan (4)

Pembahasan

Bentuk persamaan gelombang berjalan pada soal di atas sama seperti persamaan ini :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 59

A = amplitudo = 0,2 meter

f = frekuensi = 2,5 s-1 = 2,5 Hertz

λ = panjang gelombang = jarak antara titik yang sefase = 3 meter

v = cepat rambat gelombang = f λ = (2,5 s-1)(3 m) = 7,5 m s-1

Jawaban yang benar adalah A.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.19

Persamaan simpangan gelombang berjalan: y = 10 sin π (0,5t-2x). x dan y dalam meter dan t dalam sekon. Diperoleh data sebagai berikut:

(1) Frekuensi gelombang = 1/4 Hz

(2) Periode gelombang = 4 sekon

(3) Panjang gelombang = 1 m

(4) Cepat rambat gelombang = 4 m.s-1

Pernyataan yang benar adalah…

A. (1), (2) dan (3)

B. (1), (2) dan (4)

C. (1) dan (2) saja

D. (2) dan (3) saja

E. (3) dan (4) saja

Pembahasan

y = 10 sin π (0,5t-2x)

y = 10 sin 2π (0,25t-x)

Bentuk persamaan gelombang berjalan ini sama seperti bentuk persamaan ini :

y = A sin 2π (f t – x/λ)

A = amplitudo = 10 meter

f = frekuensi = 0,25 s-1 = 0,25 Hertz = 25/100 hertz = 1/4 Hertz

T = periode = 1/f = 1 : 1/4 = (1)(4/1) = (1)(4) = 4 sekon

λ = panjang gelombang = jarak antara titik yang sefase = 1 meter

v = cepat rambat gelombang = f λ = (0,25 s-1)(1 m) = 0,25 m s-1

Jawaban yang benar adalah A.

20. Gelombang elektromagnetik

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.20

Berikut gambar spektrum gelombang elektromagnetik!

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 60

Ciri-ciri jenis gelombang elektromagnetik pada bagian yang diberi tanda nomor 1 dari gambar di atas adalah…

A. tidak dihamburkan oleh udara, dan memiliki efek panas

B. dihamburkan di atmosfer, dan memiliki efek kimia

C. dapat dipantulkan ionosfer, dan jangkauannya luas

D. panjang gelombangnya sangat pendek, dan daya tembus besar

E. diserap oleh ozon, dan dapat membunuh kuman

Pembahasan

Nomor 1 = sinar gamma

Jawaban yang benar adalah D.

Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.20

Perhatikan gambar spektrum gelombang elektromaagnetik di bawah ini!

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 61

Kotak nomor 2 pada spektrum gelombang elektromagnetik di atas adalah..

A. Gelombang radar; dipantulkan oleh lapisan ionosfer

B. Gelombang radio; mendeteksi dan menentukan jarak obyek

C. Sinar inframerah; dibangkitkan oleh getaran elektro dalam molekul karena efek panas

D. Sinar gamma; berbahaya bagi kehidupan diserap dan diteruskan ke bumi

E. Sinar ultraviolet,membantu proses fotosintensis

Pembahasan

Jawaban yang benar adalah E.