Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2018 (21-40)

21. Asas Black

Air mendidih (100^oC) sebanyak 250 ml dituangkan ke dalam panci berisi 400 ml air bersuhu 35^oC. Setelah terjadi keseimbangan termal, maka suhu campuran adalah… (kalor jenis air 1,0 kal.gr^-1.^oC^-1)

Pembahasan

Diketahui:

Suhu air panas = 100 ^oC

Volume air panas = 250 ml = 0,25 liter = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³) = 250 cm³

Suhu air dingin = 35 ^oC

Volume air dingin = 400 ml = 0,4 liter = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³) = 400 cm³

Kalor jenis air = 1,0 kal.gr^-1.^oC^-1

Massa jenis air = 1 gr/cm³

Ditanya: Suhu campuran

Jawab:

Hitung massa air panas dan dingin menggunakan rumus massa jenis:

m = ρ V

m = massa, ρ = massa jenis, V = volume

Massa air panas: m = ρ V = (1 gr/cm³)(250 cm³) = 250 gram

Massa air dingin: m = ρ V = (1 gr/cm³)(400 cm³) = 400 gram

Hitung suhu campuran menggunakan rumus asas Black:

Kalor yang diserap air dingin = kalor yang dilepas air panas

m c ΔT = m c ΔT

Kalor jenis sama sehingga dilenyapkan dari persamaan.

m ΔT = m ΔT

(400)(T-35) = (250)(100-T)

400T – 14000 = 25000 – 250T

400T + 250T = 25000 + 14000

650T = 39000

T = 39000 / 650

T = 60 ^oC

22. Perpindahan kalor secara konduksi

Besarnya kalor yang mengalir per detik melalui suatu bahan logam:

(1) berbanding terbalik dengan perbedaan suhu antara kedua ujungnya

(2) berbanding terbalik dengan luas penampang benda

(3) bergantung pada jenis bahan logam

(4) berbanding terbalik dengan panjang logam

Pernyataan yang benar untuk meningkatkan laju perpindahan kalor secara konduksi adalah…

Pembahasan

Rumus perpindahan kalor secara konduksi:

Besarnya kalor yang mengalir per detik (Q/t)

Berbanding lurus dengan perbedaan suhu antara kedua ujungnya (T₁ – T₂).

Berbanding lurus dengan luas penampang benda (A).

Berbanding lurus dengan jenis bahan logam (k = konduktivitas termal)

Berbanding terbalik dengan panjang logam (l).

Pernyataan yang benar adalah 3 dan 4.

23. Perpindahan kalor secara konduksi

Logam P, Q dan R berukuran sama. Konduktivitas logam P, Q dan R berturut-turut adalah 4k, 2k dan k. Ketiganya terhubung dengan suhu pada ujung-ujung terbuka seperti pada gambar berikut ini.

Suhu pada sambungan logam P dengan Q (T_x) adalah…

Pembahasan

Diketahui:

Konduktivitas logam P = 4k

Konduktivitas logam Q = 2k

Konduktivitas logam R = k

Suhu rendah di ujung logam P (T_P) = 20^oC

Suhu tinggi di ujung logam R (T_R) = 160^oC

Ditanya: Suhu pada sambungan logam P dengan Q (T_x)

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 P dan Q.

Tinjau batang logam Q dan R.

Untuk mendapatkan T_x, eliminasikan T_y:

24. Tekanan gas dalam ruang tertutup

Perhatikan pernyataan berikut!

(1) Jumlah partikel gas ditambah

(2) Jumlah mol dikurangi

(3) Suhu ditingkatkan

(4) Volume ditambah

Faktor yang dapat meningkatkan tekanan gas dalam suatu ruangan tertutup ditunjukkan oleh nomor…

Pembahasan

Persamaan tekanan gas dalam ruang tertutup:

Keterangan:

P = tekanan, N = jumlah molekul gas, m = massa, v = kecepatan rata‐rata molekul, V = volume wadah, n = jumlah mol.

Berdasarkan persamaan di atas,

Jika jumlah partikel gas (N) bertambah maka tekanan gas (P) bertambah.

Jika jumlah mol (n) dikurangi maka tekanan gas (P) berkurang.

Jika suhu (T) ditingkatkan maka tekanan gas (P) bertambah.

Jika volume (V) bertambah maka tekanan gas (P) berkurang.

Jadi faktor yang dapat meningkatkan tekanan gas dalam ruangan tertutup adalah 1 dan 3.

25. Kecepatan gas

Gas Argon berada dalam ruangan tertutup saat suhunya berubah menjadi 2 kali semula, maka kecepatan gerak partikel gas argon berubah menjadi…. kali semula.

Pembahasan

Diketahui:

Suhu awal = T

Suhu akhir = 2T

Kecepatan awal = v

Ditanya: Kecepatan akhir = ….v

Jawab:

Rumus hubungan kecepatan, energi kinetik rata-rata dan suhu gas:

Keterangan:

v = kecepatan, k = konstanta Bolztmann, T = suhu, m = massa

Kecepatan awal:

Andaikan k = 1, T = 1 dan m = 1.

Jika suhu akhir = 2 maka kecepatan akhir:

Kecepatan akhir = √2 kali semula.

26. Beda fase gelombang transversal

Perhatikan gambar gelombang sinusoidal berikut!

Jika panjang gelombang sinusoidal di atas adalah 80 cm, maka titik yang memiliki beda fase ¾ adalah…

A. P dengan Q

B. P dengan R

C. P dengan S

D. Q dengan S

E. R dengan S

Pembahasan

P-Q = 3/4 panjang gelombang

P-R = 1 1/2 = 1,5 panjang gelombang

P-S = 2 panjang gelombang

Q-S = 1 1/4 = 1,25 panjang gelombang

R-S = 1/2 panjang gelombang

Jawaban yang benar adalah A.

27. Pipa organa terbuka dan tertutup

Disediakan dua pipa organa yang satu terbuka dan yang lain tertutup masing-masing dengan panjang yang sama. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka perbandingan frekuensi nada atas kedua pipa organa terbuka dengan frekuensi nada atas kedua pipa organa tertutup adalah…

Pembahasan

Diketahui:

Panjang pipa organa terbuka dan tertutup, sama.

Cepat rambat bunyi di udara (v) = 340 m/s

Ditanya:

Jawab: Perbandingan frekuensi nada atas ke dua (f₃) pipa organa terbuka dan tertutup

Pipa organa terbuka

Pipa organa terbuka atau tabung terbuka adalah tabung yang kedua ujungnya terbuka seperti pada gambar di samping.

Gambar di samping merupakan grafik gelombang bunyi dalam pipa organa terbuka, di mana simpul mewakili rapatan udara dan perut mewakili regangan udara.

Nada dasar (f₁) = v / 2L = 340/2L = 170/L

Nada atas kedua (f₃) = 3 f₁ = 3 (170/L) = 510/L

Pipa organa tertutup

Pipa organa tertutup atau tabung tertutup adalah tabung yang salah satu ujungnya terbuka dan ujung lainnya tertutup sebagaimana tampak seperti gambar di samping. Jika kedua ujung tabung tertutup maka tabung tidak bisa difungsikan.

Gambar di samping merupakan grafik gelombang bunyi dalam pipa organa tertutup, di mana simpul mewakili rapatan udara dan perut mewakili regangan udara.

Nada dasar (f₁) = v / 4L = 340/4L = 85/L

Nada atas kedua (f₃) = 3 f₁ = 3 (85/L) = 255/L

Perbandingan frekuensi nada atas ke dua (f₃) pipa organa terbuka dan tertutup

510/L : 255/L

510 : 255

2 : 1

28. Taraf intensitas gelombang bunyi

Sebuah sumber gelombang bunyi dengan daya 12,56 W memancarkan gelombang ke medium sekelilingnya dengan homogen. Intensitas ambang bunyi 10^-12 W.m^-2. Besar taraf intensitas radiasi gelombang tersebut pada jarak 10 meter dari sumber adalah…

Pembahasan

Diketahui:

Daya = 12,56 W

Intensitas ambang bunyi (I_o) = 10^-12 W.m^-2

Jarak (r) = 10 meter

Ditanya: Taraf intensitas (TI)

Jawab:

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

Taraf intensitas (TI):

29. Kisi difraksi

Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut ini:

(1) Mengganti kisi dengan kisi yang jumlah garis per milimeternya lebih besar

(2) Cahaya yang dijatuhkan dari biru ke kuning

(3) Mengganti cahaya yang dijatuhkan dari merah ke hijau

(4) Mendekatkan layar dari kisi

Yang termasuk upaya memperbesar lebar pita terang pada percobaan kisi difraksi adalah…

Pembahasan

Rumus interferensi celah ganda (interferensi konstruktif) :

Lebar celah (d) sangat kecil dibandingkan jarak antara celah dan layar (L) sehingga sudut sangat kecil. Sudut sangat kecil sehingga nilai sin θ mendekati tangen θ.

sin θ ≈ tan θ = y / L

Keterangan:

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

d = 1 / (4000 garis / cm) = 0,00025 cm

(1) Mengganti kisi dengan kisi yang jumlah garis per milimeternya lebih besar

Contoh:

d = 1 / (1000 garis / cm) = 0,001 cm

d = 1 / (2000 garis / cm) = 0,0005 cm

d = 1 / (3000 garis / cm) = 0,0003 cm

d = 1 / (4000 garis / cm) = 0,00025 cm

Berdasarkan perhitungan ini, jika jumlah garis per milimeter makin besar, maka lebar celah (d) makin kecil. Berdasarkan rumus di atas, jika lebar celah (d) makin kecil, maka lebar pita terang (y) makin besar.

Pernyataan ini benar.

(2) Cahaya yang dijatuhkan dari biru ke kuning

Cahaya biru mempunyai frekuensi lebih besar daripada cahaya kuning, sebaliknya

Cahaya biru mempunyai panjang gelombang lebih kecil daripada cahaya kuning.

Jika cahaya dijatuhkan dari biru ke kuning, maka panjang gelombang semakin besar.

Berdasarkan rumus di atas, jika panjang gelombang semakin besar maka lebar pita terang (y) semakin besar.

Pernyataan ini benar.

(3) Mengganti cahaya yang dijatuhkan dari merah ke hijau

Cahaya merah mempunyai frekuensi lebih kecil daripada cahaya hijau, sebaliknya

Cahaya merah mempunyai panjang gelombang lebih besar daripada cahaya kuning.

Jika cahaya dijatuhkan dari merah ke hijau, maka panjang gelombang semakin kecil.

Berdasarkan rumus di atas, jika panjang gelombang semakin kecil maka lebar pita terang (y) semakin kecil.

Pernyataan ini salah.

(4) Mendekatkan layar dari kisi

Mendekatkan layar dari kisi artinya memperkecil L. Berdasarkan rumus di atas, jika jarak antara kisi dan layar (L) semakin kecil maka lebar pita terang (y) semakin kecil.

Pernyataan ini salah.

30. Mikroskop

Perhatikan pernyataan berikut:

(1) Pengamatan dengan mata berakomodasi maksimum

(2) Bayangan akhirnya terbalik diperbesar

(3) Benda berada pada fokus obyektif

(4) Bayangan obyektif jatuh di fokus okuler

Pernyataan yang berkaitan dengan proses pembentukan bayangan secara optimal pada mikroskop adalah…

Pembahasan

Pernyataan yang berkaitan dengan proses pembentukan bayangan secara optimal pada mikroskop adalah pernyataan 1 dan 2.

Perbesaran sudut total ketika mata berakomodasi minimum

Perbesaran sudut total ketika mata berakomodasi maksimum

(1) Pengamatan dengan mata berakomodasi maksimum

Berdasarkan kedua rumus di atas, perbesaran bayangan optimal ketika mata berakomodasi maksimum.

(2) Bayangan akhirnya terbalik diperbesar

Perbesaran sudut total baik ketika mata berakomodasi minimum dan maksimum, menghasilkan bayangan akhir terbalik dan diperbesar.

3) Benda berada pada fokus obyektif

Benda tidak tepat berada pada fokus obyektif, tetapi berada sangat dekat dengan fokus obyektif.

4) Bayangan obyektif jatuh di fokus okuler

Jika bayangan obyektif jatuh di fokus okuler, seperti pada gambar di bawah, maka bayangan akhir berjarak tak berhingga. Jika bayangan akhir berjarak tak berhingga, maka mata berakomodasi minimum. Berdasarkan rumus di atas, perbesaran bayangan optimal ketika mata berakomodasi maksimum.

31. Massa, periode dan konstanta pegas

Perhatikan tabel data eksperimen periode beberapa pegas berikut!

Jika massa beban pada eksperimen tersebut 200 gram, konstanta pegas terbesar diperoleh pada pegas…

Pembahasan

Diketahui:

Massa (m) = 200 gram = 0,2 kg

Ditanya:

Jawab:

Rumus periode gerak harmonik sederhana :

Konstanta pegas terbesar adalah konstanta pegas R.

32. Kuat medan listrik

Dua muatan listrik muatannya 0,2 μC diletakkan titik B dan C sebuah segitiga sama kaki. Jika k = 9.10⁹ N.m².C^-2, maka resultan kuat medan listrik di titik A adalah…

Pembahasan

Diketahui:

Muatan listrik (Q) = 0,2 μC = 0,2 x 10^-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9×10⁹ N.m².C^-2

Jarak A-B = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10^-1 m

Jarak A-C = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10^-1 m

Ditanya: Resultan kuat medan listrik di titik A

Jawab:

Kuat medan listrik di titik A yang ditimbulkan muatan listrik B:

Kuat medan listrik di titik A yang ditimbulkan muatan listrik C:

Resultan kuat medan listrik di titik A:

33. Hukum Kirchhoff

Perhatikan rangkaian listrik berikut!

Jika hambatan 5 Ohm pada rangkaian diganti dengan hambatan 7 Ohm, maka perbandingan arus total yang mengalir pada rangkaian sebelum dengan setelah pergantian adalah…

Pembahasan

Resistor 6 Ohm dan resistor 6 Ohm terangkai paralel. Resistor ekivalennya adalah:

1/R_AB = 1/6 + 1/6 = 2/6

R_AB = 6/2 = 3 Ohm

Terapkan hukum II Kirchhoff pada rangkaian, jika hambatan = 5 Ohm:

Pilih arah arus searah putaran jarum jam.

12 – 5I – 4 – 3I = 0

12 – 4 – 5I – 3I = 0

8 – 8I = 0

8 = 8I

I = 8/8

I = 1 Ampere

I bertanda positif artinya arah arus listrik sesuai dengan pilihan yakni searah putaran jarum jam.

Terapkan hukum II Kirchhoff pada rangkaian, jika hambatan = 7 Ohm:

Pilih arah arus searah putaran jarum jam.

12 – 7I – 4 – 3I = 0

12 – 4 – 7I – 3I = 0

8 – 10I = 0

8 = 10I

I = 8/10

I = 0,8 Ampere

I bertanda positif artinya arah arus listrik sesuai dengan pilihan yakni searah putaran jarum jam.

Perbandingan arus listrik sebelum dan setelah:

1 : 0,8

10 : 8

5 : 4

36. Efisiensi transformator

Perhatikan pernyataan berikut!

(1) Adanya arus Eddy

(2) Kebocoran fluks magnet

(3) Perbedaan tegangan pada kumparan

(4) Perbedaan jumlah lilitan kumparan

Pernyataan yang benar terkait efisiensi trafo yang tidak kurang 100% adalah…

Pembahasan

Pernyataan 1 dan 2.

37. Tegangan, hambatan, kuat arus bola lampu

Dua lampu masing-masing bertuliskan 10 W; 10 V dan 20 W; 10 V dipasang paralel pada tegangan searah 10 Volt.

(1) Tegangan pada lampu 1 = tegangan lampu 2

(2) Lampu 1 menyala lebih terang dibanding lampu 2

(3) Hambatan lampu 1 lebih besar dari hambatan lampu 2

(4) Kuat arus yang mengalir di lampu 1 lebih besar dari lampu 2

Pernyataan yang benar terkait dengan kedua lampu adalah…

Pembahasan

Diketahui:

Lampu 1 = 10 W; 10 V

Kuat arus listrik (I) lampu 1 = Daya (P) / tegangan (V) = 10 Watt / 10 Volt = 1 Watt/Volt = 1 Ampere

Hambatan listrik (R) lampu 1 = V² / P = 10² / 10 = 100 / 10 = 10 Ω

Lampu 2 = 20 W; 10 V

Kuat arus listrik (I) lampu 1 = Daya (P) / tegangan (V) = 20 Watt / 10 Volt = 2 Watt/Volt = 2 Ampere

Hambatan listrik (R) lampu 1 = V² / P = 10² / 20 = 100 / 20 = 5 Ω

Tegangan DC = 10 Volt

Jawab:

(1) Tegangan pada lampu 1 = tegangan lampu 2

Pernyataan ini benar, tegangan lampu 1 = 10 Volt, tegangan lampu 2 = 10 Volt

(2) Lampu 1 menyala lebih terang dibanding lampu 2

Pernyataan ini salah. Yang benar, lampu 2 menyala lebih terang dibanding lampu 1 karena arus listrik pada lampu 2 = 2 Ampere, sedangkan arus listrik pada lampu 1 = 1 Ampere.

(3) Hambatan lampu 1 lebih besar dari hambatan lampu 2

Pernyataan ini benar. Hambatan lampu 1 = 10 Ω, hambatan lampu 2 = 5 Ω.

(4) Kuat arus yang mengalir di lampu 1 lebih besar dari lampu 2

Pernyataan ini salah. Yang benar, kuat arus yang mengalir di lampu 1 lebih kecil (1 Ampere) dari lampu 2 (2 Ampere).

Pernyataan yang benar adalah 1 dan 3.

39. Inti atom

Perbedaan antara massa inti dengan massa partikel penyusunnya berkaitan dengan…

A. Inti atom tersusun dari proton dan elektron

B. Massa inti selalu lebih besar daripada massa nukleon

C. Selisih antara massa nukleon dengan massa inti digunakan untuk mengikat elektron-elektron dalam atom

D. Selisih massa nukleon dengan massa inti digunakan sebagai energi ikat elektron

E. Sebagian massa inti berubah menjadi energi untuk mengikat proton dan proton lain di dalam inti atom

Pembahasan

Di dalam atom terdapat elektron, proton dan neutron. Gabungan proton dan neutron disebut nukleon. Massa inti atom lebih kecil daripada massa nukleon karena sebagian massa inti berubah menjadi energi untuk mengikat proton-proton di dalam inti atom. Proton-proton bermuatan positif sehingga tolak menolak karenanya diperlukan gaya ikat inti untuk menyatukan proton-proton.

Jawaban yang benar adalah E.