Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 (21-40)

21. Elastisitas

Perhatikan tabel data hasil percobaan pegas berikut ini!

Pegas diberi beban dan diukur pertambahan panjangnya. Dari pernyataan berikut :

(1) Pertambahan panjang pegas sebanding dengan berat beban

(2) Pertambahan panjang pegas berbanding terbalik dengan berat beban

(3) Nilai konstanta pegas konstan

(4) Energi potensial pegas konstan

Pernyataan yang merupakan kesimpulan yang benar adalah…

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (2) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (3) dan (4)

Pembahasan

Rumus hukum Hooke :

k = F / Δx

k = w / Δx

Keterangan : F = gaya, w = gaya berat, k = konstanta pegas, Δx = pertambahan panjang pegas

k = 3 N / 6 cm = 1/2 N/cm

k = 5 N / 10 cm = 1/2 N/cm

k = 7 N / 14 cm = 1/2 N/cm

k = 9 N / 18 cm = 1/2 N/cm

k = 11 N / 22 cm = 1/2 N/cm

(1) Pertambahan panjang pegas sebanding dengan berat beban

Pernyataan ini benar. Berat beban semakin besar, pertambahan panjang semakin besar.

(2) Pertambahan panjang pegas berbanding terbalik dengan berat beban

Pernyataan ini salah.

(3) Nilai konstanta pegas konstan

Pernyataan ini benar

(4) Energi potensial pegas konstan

Pernyataan ini salah. Energi potensial pegas semakin besar.

EP = 1/2 k Δx²

Δx semakin besar, energi potensial pegas semakin besar.

Jawaban yang benar adalah B.

22. Gas Ideal

Suatu gas ideal dimasukkan ke dalam ruang tertutup, kemudian volumenya dijadikan 1/2 kali semula pada suhu tetap. Tekanan gas sekarang menjadi…

A. 4 kali semula

B. 2 kali semula

C. 1 kali semula

D. 1/2 kali semula

E. 1/4 kali semula

Pembahasan

Diketahui :

Volume awal = V

Volume akhir = 1/2 V

Tekanan awal = P

Suhu konstan

Ditanya : Tekanan akhir

Jawab :

P₁ V₁ / T₁ = P₂ V₂ / T₂ —–> Suhu (T) konstan

P₁ V₁ = P₂ V₂

P V = P₂ (1/2 V)

P = P₂ (1/2)

2P = P₂

Tekanan gas menjadi 2 kali semula.

Jawaban yang benar adalah B.

23. Perpindahan kalor

Tiga batang logam yang berbeda A, B dan C namun memiliki panjang dan luas penampang yang sama, disambungkan satu sama lain seperti pada gambar di bawah ini.

Besar konduktivitas 4 k_A = 2 k_B = k_C dan T₁ = 100^oC dan T₄ = 20^oC maka suhu T₂ dan T₃ adalah…

A. T₂ = 54,26 ^oC, T₃ = 31,4 ^oC

B. T₂ = 31,4 ^oC, T₃ = 54,26 ^oC

C. T₂ = 32,4 ^oC, T₃ = 54,26 ^oC

D. T₂ = 56,26 ^oC, T₃ = 31,4 ^oC

E. T₂ = 54,26 ^oC, T₃ = 30,4 ^oC

Pembahasan

Diketahui :

T₁ = 100^oC

T₄ = 20^oC

4 k_A = 2 k_B = k_C

Jika k_C = 4, k_B = 2, k_A = 1

Ditanya : T₂ dan T₃

Jawab :

Rumus perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan :

Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T₁ = suhu awal, T₂ = suhu akhir, l = panjang batang.

Panjang (l) dan luas penampang (A) sama sehingga dilenyapkan dari persamaan.

Gunakan persamaan ini untuk menghitung suhu.

Tinjau batang logam A dan B.

Tinjau batang logam B dan C.

Eliminasikan persamaan 1 dan persamaan 2 :

Hitung T₂ menggunakan persamaan 1 :

Jawaban yang benar adalah A.

24. Asas Black

Sekeping uang logam bermassa 50 gram dipanaskan sampai suhu 85^oC, kemudian dicelupkan ke dalam bejana berisi 50 gram air bersuhu 29,8^oC (kalor jenis air = 1 kal.g^-1.^oC^-1). Jika suhu akhir sistem 37^oC dan anggap tidak ada perubahan kalor melalui bejana, maka kalor jenis logam adalah…

A. 0,12 kal.g^-1.^oC^-1

B. 0,30 kal.g^-1.^oC^-1

C. 1,50 kal.g^-1.^oC^-1

D. 4,8 kal.g^-1.^oC^-1

E. 7,2 kal.g^-1.^oC^-1

Pembahasan

Diketahui :

Massa uang logam (m) = 50 gram

Suhu awal uang logam (T₁) = 85^oC

Massa air (m) = 50 gram

Suhu awal air (T₂) = 29,8^oC

Kalor jenis air = 1 kal.g^-1.^oC^-1

Suhu akhir sistem (T) = 37^oC

Ditanya : Kalor jenis logam (c)

Jawab :

Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepas = kalor yang diserap. Kalor dilepaskan oleh uang logam dan kalor diserap oleh air, hingga setimbang termal.

Semua satuan dinyatakan dalam gram sehingga tidak perlu melakukan konversi satuan.

Q lepas = Q serap

m_logam c ΔT = m_air c ΔT

(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)

(50)(c)(48) = (50)(7,2)

(50)(c)(48) = (50)(7,2)

(c)(48) = 7,2

c = 7,2 / 48

c = 0,15 kal.g^-1.^oC^-1

Tidak ada jawaban yang benar.

25. Kesetimbangan termal

Terdapat dua zat yang sejenis yang masing-masing memiliki suhu T₁ = 80^oC dan T₂ = 10^oC. Kemudian kedua benda tersebut dimasukkan ke dalam suatu ruangan yang memiliki suhu 35^oC dalam kurun waktu tertentu. Berdasarkan kondisi tersebut maka grafik yang sesuai adalah…

Pembahasan

Jawaban yang benar adalah A.

26. Kalor

Gambar di samping memperlihatkan grafik hubungan antara perubahan suhu (ΔT) terhadap kalor (Q) dari zat yang memiliki kalor jenis sebesar 400 J.kg^-1.^oC. Massa dari zat tersebut adalah…

A. 100 kg

B. 200 kg

C. 300 kg

D. 350 kg

E. 400 kg

Pembahasan

Q = m c ΔT

Keterangan :

Q = kalor, m = massa, c = kalor jenis, ΔT = perubahan suhu.

400.000 = (m)(400)(10)

400.000 = (m)(4000)

m = 400.000 / 4000

m = 400 / 4

m = 100 kg

Jawaban yang benar adalah A.

27. Difraksi cahaya

Dalam percobaan difraksi cahaya yang menggunakan kisi 4.500 garis.cm^-1, pada layar yang ditempatkan sejauh L dari kisi tampak jarak pita terang orde kedua sebesar 1 mm. Apabila kisi yang digunakan diganti dengan kisi lain yang memiliki 5.400 garis.cm^-1, maka jarak pita terang kedua diukur dari terang pusat adalah…

A. 0,6 mm

B. 0,9 mm

C. 1,2 mm

D. 1,6 mm

E. 2,2 mm

Pembahasan

Diketahui :

d₁ = 1 / (4500 garis / cm) = 1/4500 cm

n₁ = 2

y₁ = 1 mm = 0,1 cm

d₂ = 1 / (5400 garis / cm) = 1/ 5400 cm

n₂ = 2

Ditanya : y₂

Jawab :

Rumus interferensi celah ganda (interferensi konstruktif) :

d sin θ = n λ

Lebar celah sangat kecil dibandingkan jarak antara celah dan layar sehingga sudut sangat kecil. Sudut sangat kecil sehingga nilai sin teta mendekati tangen teta.

sin θ ≈ tan θ = y / L

d sin θ = n λ

d (y / L) = n λ

d y = n λ L

Keterangan :

d = lebar celah, y = jarak antara terang pusat dan terang orde ke n, n = orde, λ = panjang gelombang, L = jarak antara kisi dan layar.

Percobaan 1 :

d₁ y₁ = n₁ λ L

(1/4500)(0,1) = (2) λ L

0,1 / 4500 = (2) λ L

0,1 / (2)(4500) = λ L

0,1 / 9000 = λ L

Percobaan 2 :

d₂ y₂ = n₂ λ L

(1/5400)(y₂) = (2) λ L

y₂ / 5400 = (2) λ L

y₂ / (2)(5400) = λ L

y₂ / 10.800 = λ L

Panjang gelombang cahaya (λ) yang digunakan sama dan jarak antara kisi dan layar (L) juga sama.

λ L = λ L

0,1 / 9000 = y₂ / 10.800

(0,1)(10.800) = (y₂)(9000)

1080 = y₂ (9000)

y₂ = 1080 / 9000

y₂ = 0,12 cm

y₂ = 1,2 mm

Jawaban yang benar adalah C.

28. Intensitas bunyi

Sebuah sistem pengeras suara memancarkan daya akustik 36π watt dan taraf intensitas 80 dB saat didengar pada jarak x dari pengeras suara tersebut. (I_o = 10^-12 watt.m^-2). Nilai x yang tepat adalah…

A. 100 m

B. 160 m

C. 175 m

D. 225 m

E. 300 m

Pembahasan

Diketahui :

Daya (P) = 36π Watt

Taraf intensitas (TI) = 80 dB

Jarak = x

Batas pendengaran manusia (I_o) = 10^-12 Watt.m^-2

Ditanya : Nilai x

Jawab :

Rumus hubungan antara daya (P), intensitas (I) dan jarak (x) :

Terlebih dahulu hitung Intensitas bunyi pada jarak x :

Intensitas bunyi :

Hitung nilai x :

Jawaban yang benar adalah E.

32. Mikroskop

Mikroskop dengan fokus lensa obyektif 1 cm dan okuler 10 cm digunakan untuk mengamati sebuah benda kecil. Saat pengamatan dengan mata tanpa akomodasi, jarak lensa obyektif dan okuler adalah 21 cm. Pengamatan kemudian diubah dengan mata berakomodasi maksimum (Sn = 30 cm), maka jarak lensa obyektif dan okuler sekarang adalah…

A. 23,5 cm

B. 21,0 cm

C. 18,5 cm

D. 15,0 cm

E. 13,5 cm

Pembahasan

Jarak lensa obyektif dan okuler = panjang mikroskop. Panjang mikroskop tetap baik ketika mata berakomodasi maksimum maupun mata berakomodasi minimum. Perbedaannya terletak pada perbesaran bayangan, di mana perbesaran bayangan lebih besar ketika mata berakomodasi maksimum.

Jawaban yang benar adalah B.

33. Gaya magnetik

Perhatikan gambar di samping!

Letak kawat ketiga dan arah arus agar pada kawat ketiga tidak mengalami gaya magnetik diukur dari kawat pertama adalah…

A. 9 cm arah arus ke atas

B. 6 cm arah arus ke atas

C. 6 cm arah arus ke bawah

D. 3 cm arah arus ke atas

E. 3 cm arah arus ke bawah

Pembahasan

Kawat 3 dipilih berarah ke atas sehingga menghasilkan gaya seperti pada gambar di atas.

Gaya F₁ dikerjakan oleh kawat 1 pada kawat 3.

Gaya F₂ dikerjakan oleh kawat 2 pada kawat 3.

Gaya F₃ dikerjakan oleh kawat 3 pada kawat 1 dan kawat 2.

Agar pada kawat ketiga tidak mengalami gaya magnetik maka besar gaya F₁ = besar gaya F₂, dan arah kedua gaya berlawanan, seperti pada gambar di atas.

I₃, μ_o dan 2π bernilai sama sehingga dilenyapkan dari persamaan.

Jawaban yang benar adalah A.

34. Gaya Coulomb

Dua benda bermuatan listrik Q₁ dan Q₂ berjarak r cm menimbulkan gaya tolak menolak sebesar 10 N. Kemudian muatan Q₁ digeser sehingga gaya yang timbul menjadi 40 N. Konstanta k = 9 x 10⁹ N.m².C^-2, maka muatan Q₁ harus dipindahkan sebesar…

A. 1/2 r menjauhi Q₂

B. 1/2 r mendekati Q₂

C. 1 r menjauhi Q₂

D. 2 r mendekati Q₂

E. 2 r menjauhi Q₂

Pembahasan

Diketahui :

Jarak Q₁ dan Q₂ = r cm

Gaya tolak menolak (F) = 10 N

Jika muatan Q₁ digeser, gaya tolak menolak (F) = 40 N

Konstanta (k) = 9 x 10⁹ N.m².C^-2

Ditanya : muatan Q₁ harus dipindahkan sebesar…

Jawab :

Rumus gaya listrik :

F = k Q₁ Q₂ / r²

Jarak (r) berbanding terbalik dengan gaya (F). Artinya jika gaya semakin besar maka jarak antara muatan semakin kecil. Jadi muatan Q₁ harus digeser mendekati muatan Q₂.

Jawaban yang benar adalah B.

35. Hambatan listrik

Lima buah lampu identik tersusun seperti gambar.

Sebuah lampu sejenis kemudian diletakkan di titik S maka lampu yang menyala paling terang adalah…

A. Lampu A dan B

B. Lampu A dan C

C. Lampu B dan D

D. Lampu B dan E

E. Lampu D dan E

Pembahasan

Arus listrik mula-mula mengalir melalui lampu A lalu arus terbagi menjadi dua yakni menuju lampu D, S, E dan menuju lampu B. Selanjutnya arus listrik yang terpisah tadi menyatu kembali dan mengalir melalui lampu C.

Arus listrik yang melewati A dan C lebih besar, sehingga lampu A dan lampu C menyala paling terang.

Jawaban yang benar adalah B.

36. Gerak muatan

Sebuah elektron bermuatan q = -1,6 x 10^-19 C dan bermassa m = 9 x 10^-31 kg, dilepaskan dari katoda menuju anoda di antara dua keping logam yang berjarak 80 cm dengan beda potensial antar keping 5.000 Volt. Jika elektron bergerak dari keadaan diam maka gaya yang digunakan untuk menggerakan elektron sampai di anoda adalah…

A. 1 . 10^-15 Newton

B. 2 . 10^-15 Newton

C. 5 . 10^-15 Newton

D. 8 . 10^-15 Newton

E. 4 . 10^-14 Newton

Pembahasan

Diketahui:

Muatan elektron (q) = -1,6 x 10^-19 C

Massa elektron (m) = 9 x 10^-31 kg

Jarak antara kedua keping logam (d) = 80 cm = 80 x 10^-2 m

Beda potensial antar keping (V) = 5000 Volt = 5 x 10³ Volt

Ditanya: Gaya untuk menggerakan elektron

Jawab:

F = q E

E = V / d

F = q V / d

Keterangan : F = gaya listrik, q = muatan, V = tegangan listrik = potensial listrik, d = jarak antara kedua keping.

F = q V / d

F = (1,6 x 10^-19)(5 x 10³) / 80 x 10^-2

F = (8 x 10^-16) / 80 x 10^-2

F = (8/80 x 10^-16) x 10²

F = 1/10 x 10^-14

F = 0,1 x 10^-14

F = 1 x 10^-15

Jawaban yang benar adalah A.

37. Hukum Kirchhoff

Perhatikan rangkaian listrik berikut ini!

Besarnya daya pada hambatan 6 Ω adalah…

A. 1,5 Watt

B. 3,0 Watt

C. 6,0 Watt

D. 9,0 Watt

E. 18,0 Watt

Pembahasan

Rumus daya listrik :

P = I² R

Sebelum menghitung daya listrik, terlebih dahulu hitung kuat arus listrik yang melewati hambatan 6 Ω menggunakan hukum Kirchhoff.

Arah arus dipilih seperti pada gambar di samping.

Terapkan hukum I Kirchhoff :

I₁ + I₂ = I₃ ………. Persamaan 1

Terapkan hukum II Kirchhoff pada I₁ :

6 – 12 I₁ – 6 I₃ = 0

-12 I₁ = 6 I₃ – 6

I₁ = (6 I₃ – 6) / -12 ………. Persamaan 2

Terapkan hukum II Kirchhoff pada I₂ :

6 – 12 I₂ – 6 I₃ = 0

–12 I₂ = 6 I₃ – 6

I₂ = (6 I₃ – 6) / –12 ………. Persamaan 3

Subtitusikan persamaan 2 dan persamaan 3 ke persamaan 1:

I₃ bertanda positif artinya arah I₃ sesuai dengan arah yang dipilih, seperti pada gambar di atas.

Gunakan persamaan 2 untuk menghitung I₁:

I₁ = (6 I₃ – 6) / -12

I₁ = (6.0,5 – 6) / -12

I₁ = (3 – 6) / -12

I₁ = -3 / -12

I₁ = 1/4 A

I₁ bertanda positif artinya arah I₁ sesuai dengan arah yang dipilih, seperti pada gambar di atas.

Gunakan persamaan 3 untuk menghitung I₂:

I₂ = (6 I₃ – 6) / –12

I₂ = (6.0,5 – 6) / -12

I₂ = (3 – 6) / -12

I₂ = -3 / -12

I₂ = 1/4 A

I₂ bertanda positif artinya arah I₁ sesuai dengan arah yang dipilih, seperti pada gambar di atas.

Terapkan hukum I Kirchhoff untuk membuktikan kebenaran hasil yang diperoleh:

I₁ + I₂ = I₃

1/4 + 1/4 = 1/2

Kuat arus listrik yang melewati hambatan 6 Ω adalah I₃ = 1/2 Ampere.

Daya listrik pada hambatan 6 Ω adalah P = I² R = (1/2)² (6) = 1/4 (6) = 1,5 Watt

Jawaban yang benar adalah A.

38. Transformator

Sebuah trafo step-down dengan efisiensi 80% mengubah tegangan 1000 Volt menjadi 200 Volt. Trafo ini dihubungkan dengan lampu dari 200 Volt, 80 Watt. Arus yang mengalir pada kumparan primer adalah…

A. 0,05 A

B. 0,01 A

C. 0,5 A

D. 0,1 A

E. 1,0 A

Pembahasan

Diketahui:

Efisiensi transformator (e) = 80%

Tegangan primer (Vp) = 1000 Volt

Tegangan sekunder (Vs) = 200 Volt

Tegangan lampu (V) = 200 Volt

Daya lampu (P) = 80 Watt

Arus listrik pada lampu (I) = P / V = 80 / 200 = 0,4 Ampere

Arus listrik sekunder (Is) = 0,4 Ampere

Ditanya: Arus listrik primer (Ip)

Jawab:

Rumus transformator:

daya primer (P) / daya sekunder (P) = 80%

daya primer (P) / daya sekunder (P) = 0,8

Vp Ip / Vs Is = 0,8

(1000)(Ip) / (200)(0,4) = 0,8

1000 Ip / 80 = 0,8

1000 Ip = (80)(0,8)

1000 Ip = 64

Ip = 64 / 1000

Ip = 0,064 Ampere

39. Radioaktivitas

Peluruhan massa zat radioaktif X memenuhi grafik di bawah. Berdasarkan grafik, konstanta peluruhan (λ) zat radioaktif adalah… (ln 2 = 0,693)

A. 0,344 s-¹

B. 0,231 s^-1

C. 0,116 s^-1

D. 0,693 s^-1

E. 0,062 s^-1

Pembahasan:

Diketahui:

Ln 2 = 0,693

Waktu paruh (T_1/2) = 3 sekon

Ditanya: Konstanta peluruhan (λ)

Jawab:

Rumus konstanta peluruhan:

Jawaban yang benar adalah B.

40. Inti atom

Pada reaksi inti ₁H¹ + ₉F¹⁹ –> ₈O¹⁶ + X, partikel X adalah…

A. positron

B. elektron

C. proton

D. neutron

E. partikel alfa

Pembahasan

1 + 19 = 20 —> 20 – 16 = 4

1 + 9 = 10 —> 10 – 8 = 2

₁H¹ + ₉F¹⁹ –> ₈O¹⁶ + ₂⁴He

Partikel alfa = ₂⁴He atau ₂⁴ α

Jawaban yang benar adalah E.