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

21. Elastisitas

Perhatikan tabel data hasil percobaan pegas berikut ini!Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 37

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.

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 38

Besar konduktivitas 4 kA = 2 kB = kC dan T1 = 100oC dan T4 = 20oC 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 = 100oC

T4 = 20oC

4 kA = 2 kB = kC

Jika kC = 4, kB = 2, kA = 1

Ditanya : T2 dan T3

Jawab :

Rumus perpindahan kalor secara konduksi :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 39

Keterangan :

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

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 40

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

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 41

Gunakan persamaan ini untuk menghitung suhu.

Tinjau batang logam A dan B.

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 42

Tinjau batang logam B dan C.

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 43

Eliminasikan persamaan 1 dan persamaan 2 :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 44

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 45

Hitung T2 menggunakan persamaan 1 :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 46

Jawaban yang benar adalah A.

24. Asas Black

Sekeping uang logam bermassa 50 gram dipanaskan sampai suhu 85oC, kemudian dicelupkan ke dalam bejana berisi 50 gram air bersuhu 29,8oC (kalor jenis air = 1 kal.g-1.oC-1). Jika suhu akhir sistem 37oC 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) = 85oC

Massa air (m) = 50 gram

Suhu awal air (T2) = 29,8oC

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

Suhu akhir sistem (T) = 37oC

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

mlogam c ΔT = mair 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 = 80oC dan T2 = 10oC. Kemudian kedua benda tersebut dimasukkan ke dalam suatu ruangan yang memiliki suhu 35oC dalam kurun waktu tertentu. Berdasarkan kondisi tersebut maka grafik yang sesuai adalah…

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 47

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 kgPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 48

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. (Io = 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 (Io) = 10-12 Watt.m-2

Ditanya : Nilai x

Jawab :

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

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 49

Terlebih dahulu hitung Intensitas bunyi pada jarak x :

Intensitas bunyi :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 50

Hitung nilai x :

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 51

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…Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 52

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

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 53Kawat 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.

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 54

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

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 55

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.

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 56

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 57

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 BPembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 58

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!Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 59

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. Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 60

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:

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 61

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-1Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 62

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 (T1/2) = 3 sekon

Ditanya: Konstanta peluruhan (λ)

Jawab:

Rumus konstanta peluruhan:

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2017 - 63

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.