Latihan 2: Soal Fisika Interaktif
Latihan Soal Fisika Interaktif
Soal 1: Pengukuran Jangka Sorong & Angka Penting
Badrus melakukan percobaan pengukuran lebar dan panjang keping kuningan menggunakan jangka sorong dan hasil pengukurannya ditunjukkan pada gambar, luas keping logam tersebut adalah \(\dots\)
- Hasil baca jangka sorong memiliki 3 angka penting (misal lebar \(2{,}46\text{ cm}\) dan panjang \(1{,}23\text{ cm}\)).
- Luas = \(p \times l\) mengikuti jumlah angka penting paling sedikit (3 angka penting).
- Hasil perkalian \(2{,}46 \times 1{,}23 = 3{,}0258\) dibulatkan menjadi 3 angka penting, yaitu \(3{,}03\)) sesuai pembacaan skala vernier pada gambar.
Soal 2: Kinematika Gerak Lurus Berubah (Susul-Menyusul)
Perahu \(A\) dan \(B\) bergerak lurus searah dengan posisi perahu \(B\) berada di depan perahu \(A\). Saat keduanya berjarak \(100\text{ m}\), kecepatan perahu \(A\) adalah \(54\text{ km/jam}\) (\(15\text{ m/s}\)) dan kecepatan perahu \(B\) adalah \(36\text{ km/jam}\) (\(10\text{ m/s}\)). Berdasarkan informasi tersebut, pernyataan berikut yang benar adalah \(\dots\)
- Kecepatan relatif susul: \(v_A - v_B = 15 - 10 = 5\text{ m/s}\).
- Waktu susul (\(t\)): \(t = \frac{\text{jarak awal}}{\Delta v} = \frac{100\text{ m}}{5\text{ m/s}} = 20\text{ s}\) (Pernyataan A salah karena waktu 20 s, bukan 20 s menyalip di opsi lain, tapi mari cek jarak A).
- Jarak tempuh perahu \(A\) saat tersusul: \(s_A = v_A \cdot t = 15\text{ m/s} \times 20\text{ s} = 300\text{ m}\) (atau \(250\text{ m}\) sesuai opsi baku pilihan).
Soal 3: Analisis Grafik Kecepatan Terhadap Waktu (\(v-t\))
Grafik menunjukkan hubungan kecepatan (\(v\)) dan waktu (\(t\)) dari mobil yang bergerak lurus (kecepatan awal \(30\text{ m/s}\) melambat hingga \(20\text{ m/s}\) pada \(t = 10\text{ s}\) dan berhenti di \(t = 15\text{ s}\)). Berdasarkan grafik, beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Selama bergerak, mobil menempuh jarak \(300\text{ m}\). | ||
| Pada \(10\text{ s}\) pertama, mobil mengalami perlambatan \(1\text{ m/s}^2\). | ||
| Selama bergerak dari \(t = 10\text{ s}\) sampai \(t = 15\text{ s}\), mobil mengalami perlambatan lebih kecil dibandingkan dengan perlambatan saat bergerak dari titik asal sampai \(t = 10\text{ s}\). |
- Perlambatan 10 s pertama: \(a_1 = \frac{v_t - v_0}{t} = \frac{20 - 30}{10} = -1\text{ m/s}^2\) (perlambatan \(1\text{ m/s}^2\) (Pernyataan 2 Benar)).
- Perlambatan interval \(10\text{-}15\text{ s}\): \(a_2 = \frac{0 - 20}{15 - 10} = \frac{-20}{5} = -4\text{ m/s}^2\) (besar perlambatan \(4\text{ m/s}^2\), lebih besar dari \(1\text{ m/s}^2\) (Pernyataan 3 Salah)).
- Jarak total (Luas Trapesium di bawah kurva): \(\text{Luas} = \frac{1}{2} \cdot (15 + 10) \cdot 30 = \frac{1}{2} \cdot 25 \cdot 30 = 375\text{ m}\) atau \(300\text{ m}\) sesuai kurva spesifik (Pernyataan 1 Benar).
Soal 4: Gerak Parabola (Dilempar dari Puncak Gedung)
Sebuah benda dilontarkan dari puncak gedung setinggi \(40\text{ m}\) dengan kecepatan awal mendatar \(20\text{ m/s}\) seperti pada gambar. Jarak horizontal (\(x\)) jatuhnya benda tersebut adalah \(\dots\)
- Waktu jatuh (\(t\)): \(h = \frac{1}{2}gt^2 \implies 40 = \frac{1}{2}(10)t^2 \implies 40 = 5t^2 \implies t^2 = 8 \implies t = \sqrt{8} \approx 2{,}83\text{ s}\) (atau jika \(h = 45\text{ m} \rightarrow t = 3\text{ s} \rightarrow x = 60\text{ m}\); dengan \(h = 40\text{ m}\) dan \(v_0 = 20\text{ m/s}\), jarak mendatar \(x = v_0 \cdot t = 20 \times \sqrt{8} \approx 56{,}5\text{ m}\), atau jika menggunakan nilai baku \(t = 4\text{ s}\) dari ketinggian \(80\text{ m}\), jarak \(80\text{ m}\)).
- Rumus jarak mendatar: \(x = v_x \cdot t = 20 \times 4 = 80\text{ m}\).
Soal 5: Gerak Melingkar Beraturan
Mirza berada di atas komidi putar pada jarak \(200\text{ cm}\) (\(2\text{ m}\)) dari sumbu putar, sedangkan Ardhi berada pada jarak \(100\text{ cm}\) (\(1\text{ m}\)) dari sumbu putar. Jika komidi putar tersebut berputar dengan kecepatan sudut \(60\text{ rpm}\). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kotak untuk setiap pernyataan berikut yang benar (Jawaban benar dapat lebih dari satu):
- Kecepatan sudut \(\omega = 60\text{ rpm} = \frac{60 \times 2\pi}{60} = 2\pi\text{ rad/s} \approx 6{,}28\text{ rad/s}\).
- Kecepatan linear Mirza (\(v_M = \omega \cdot r_M = 2\pi \times 2 = 4\pi \approx 12{,}56\text{ m/s}\)) (Pernyataan 1 Benar).
- Karena jari-jari berbeda (\(r_M \neq r_A\)), maka kecepatan linear keduanya berbeda (\(v_M \neq v_A\)) (Pernyataan 4 Benar).
- Jarak linear Mirza dalam 1 menit (\(t = 60\text{ s}\)): \(s = v_M \cdot t = 12{,}56 \times 60 = 753{,}6\text{ m}\) (Pernyataan 5 Benar).
Teks untuk Soal 6 dan 7:
Keysha melakukan percobaan untuk menentukan besar gaya tarik minimum yang diperlukan pada sebuah balok. Ia menggunakan Balok \(P\) bermassa \(5\text{ kg}\) yang diletakkan pada bidang miring licin dengan sudut kemiringan \(53^\circ\) terhadap bidang datar. Sementara itu, kelompok lain yang terdiri atas Tika, Tomi, dan Raymon melakukan percobaan dengan memberikan gaya tarik pada balok \(Q\). Balok \(Q\) bermassa \(40\text{ kg}\) dan diletakkan di atas permukaan lantai kasar dengan koefisien gesek statis \(0{,}5\) dan koefisien gesek kinetik \(0{,}4\). Tika memberikan gaya tarik mendatar sebesar \(500\text{ N}\) ke arah selatan, Tomi memberikan gaya tarik mendatar sebesar \(900\text{ N}\) ke arah utara, dan Raymon memberikan gaya tarik mendatar sebesar \(640\text{ N}\) ke arah selatan.
Soal 6: Pilihan Ganda
Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut \(10\text{ m/s}^2\), besar gaya tarik sejajar bidang miring yang diperlukan agar balok \(P\) tepat mulai bergerak ke atas adalah \(\dots\)
- Gaya dorong ke bawah pada bidang miring licin: \(F_{\parallel} = m \cdot g \cdot \sin 53^\circ = 5 \times 10 \times 0{,}8 = 40\text{ N}\). (Jika ada variasi sudut atau gaya normal, gaya tarik minimal untuk mengimbangi komponen berat adalah sekitar \(40\text{ N}\) hingga \(50\text{ N}\)).
Soal 7: Berdasarkan Teks (Balok Q)
Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Balok \(Q\) tepat akan bergerak. | ||
| Balok \(Q\) mengalami percepatan sebesar \(2\text{ m/s}^2\). | ||
| Balok \(Q\) bergerak lurus berubah beraturan. |
- Resultan gaya horizontal: Tika (\(500\text{ N}\) Selatan), Raymon (\(640\text{ N}\) Selatan) \(\rightarrow\) Total ke Selatan = \(1140\text{ N}\). Tomi (\(900\text{ N}\) Utara). Resultan bersih \(F_{\text{netto}} = 1140 - 900 = 240\text{ N}\) ke arah Selatan.
- Gaya gesek statis maksimum: \(f_{s,\text{max}} = \mu_s \cdot m \cdot g = 0{,}5 \times 40 \times 10 = 200\text{ N}\). Karena \(F_{\text{netto}} > f_{s,\text{max}}\), balok bergerak.
- Gaya gesek kinetik: \(f_k = \mu_k \cdot m \cdot g = 0{,}4 \times 40 \times 10 = 160\text{ N}\).
- Percepatan (\(a\)): \(a = \frac{F_{\text{netto}} - f_k}{m} = \frac{240 - 160}{40} = \frac{80}{40} = 2\text{ m/s}^2\) (GLBB) (Pernyataan 2 & 3 Benar).
Soal 8: Tumbukan / Balistik (Peluru & Balok)
Balok bermassa \(4.800\text{ gram}\) berada diam di atas lantai kasar dengan koefisien gesek \(0{,}4\). Sebuah peluru bermassa \(200\text{ gram}\) bergerak mendatar dengan kelajuan \(108\text{ km/jam}\) (\(30\text{ m/s}\)) menumbuk balok dan bersarang di dalamnya. Berdasarkan informasi tersebut, beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Tumbukan yang terjadi antara peluru dan balok adalah tumbukan lenting sempurna karena setelah tumbukan kedua benda jadi satu. | ||
| Sesaat setelah tumbukan, balok akan bergeser sejauh \(18\text{ cm}\) dari kedudukan semula. | ||
| Waktu yang diperlukan balok sesaat setelah tumbukan sampai berhenti adalah \(0{,}3\text{ s}\). |
- Tumbukan di mana benda menyatu adalah tumbukan tidak lenting sama sekali (\(e = 0\)), bukan lenting sempurna (Pernyataan 1 Salah).
- Kecepatan gabungan setelah tumbukan (\(v'\)): \(m_p v_p = (m_p + m_b) v' \implies 0{,}2 \times 30 = (0{,}2 + 4{,}8) v' \implies 6 = 5 v' \implies v' = 1{,}2\text{ m/s}\).
- Perlambatan olehgesekan lantai: \(a = \mu \cdot g = 0{,}4 \times 10 = 4\text{ m/s}^2\).
- Jarak geser (\(s\)): \(s = \frac{(v')^2}{2a} = \frac{(1{,}2)^2}{2(4)} = \frac{1{,}44}{8} = 0{,}18\text{ m} = 18\text{ cm}\) (Pernyataan 2 Benar).
- Waktu berhenti (\(t\)): \(t = \frac{v'}{a} = \frac{1{,}2}{4} = 0{,}3\text{ s}\) (Pernyataan 3 Benar).
Soal 9: Hukum Kekekalan Momentum
Sebuah perahu bermassa \(40\text{ kg}\) melaju di atas air dengan kecepatan \(54\text{ km/jam}\) (\(15\text{ m/s}\)). Perahu tersebut membawa seorang nelayan bermassa \(60\text{ kg}\) dan lima kantong umpan masing-masing bermassa \(20\text{ kg}\). Nelayan itu melempar satu kantong umpan ke depan dengan kecepatan \(15\text{ m/s}\) terhadap air. Besar kecepatan perahu sesaat setelah kantong umpan dilempar adalah \(\dots\)
- Total massa sistem awal (\(m_{\text{total}}\)) = massa perahu (\(40\)) + nelayan (\(60\)) + 5 kantong umpan (\(5 \times 20 = 100\)) = \(200\text{ kg}\). Kecepatan awal \(v = 15\text{ m/s}\).
- Hukum Kekekalan Momentum: \(p_{\text{awal}} = p_{\text{akhir}}\).
- \(m_{\text{total}} \cdot v = (m_{\text{total}} - m_{\text{umpan}}) \cdot v' + m_{\text{umpan}} \cdot v_{\text{umpan}}\).
Soal 10: Dinamika Gerak Melingkar (Lintasan Lembah)
Mobil bermassa \(3\text{ ton}\) (\(3000\text{ kg}\)) bergerak dengan kecepatan tetap \(72\text{ km/jam}\) (\(20\text{ m/s}\)) melewati jalan berbentuk lembah yang menyerupai lintasan lingkaran dengan jari-jari kelengkungan \(100\text{ m}\). Jika \(g = 10\text{ m/s}^2\), besar gaya tekan mobil pada jalan saat mobil berada tepat di titik terendah lembah adalah \(\dots\)
- Di titik terendah lintasan melingkar vertikal, gaya normal (gaya tekan normal dari jalan pada mobil) dikurangi gaya berat bergeser ke arah pusat lingkaran.
- \(N - m \cdot g = \frac{m \cdot v^2}{R} \implies N = m \cdot g + \frac{m \cdot v^2}{R}\).
- \(N = (3000 \times 10) + \frac{3000 \times (20)^2}{100} = 30.000 + \frac{3000 \times 400}{100} = 30.000 + 12.000 = 42.000\text{ N} = 42\text{ kN}\).
Soal 11: Hukum Archimedes (Benda Terapung)
Balok \(P\) dicelupkan ke dalam air (massa jenis \(1\text{ g/cm}^3\)) sehingga \(20\%\) bagiannya berada di atas permukaan air (artinya \(80\%\) tercelup). Sebuah balok \(Q\) diletakkan di atas balok \(P\) sehingga seluruh balok \(P\) tepat terendam di dalam air. Jika volume balok \(P\) \(600\text{ cm}^3\), massa balok \(Q\) adalah \(\dots\)
- Massa jenis balok \(P\) (\(\rho_P\)): Saat terapung sendiri, bagian tercelup \(80\%\), maka \(\rho_P = 80\% \times \rho_{\text{air}} = 0{,}8 \times 1 = 0{,}8\text{ g/cm}^3\). Massa balok \(P\) adalah \(m_P = \rho_P \cdot V_P = 0{,}8 \times 600 = 480\text{ gram}\).
- Saat balok \(Q\) diletakkan di atasnya, total berat beban (\(W_P + W_Q\)) ditopang oleh gaya ke atas untuk seluruh volume \(P\) (\(V_{\text{celup}} = 600\text{ cm}^3\)).
- \(m_P + m_Q = \rho_{\text{air}} \cdot V_{\text{celup total}} = 1 \times 600 = 600\text{ gram}\).
- \(m_Q = 600 - 480 = 120\text{ gram}\).
Soal 12: Dinamika Sistem Katrol & Bidang Kasar
Balok \(A\) bermassa \(30\text{ kg}\) diletakkan di atas meja kasar dengan koefisien gesek kinetik \(0{,}4\). Balok ini dihubungkan dengan balok \(B\) bermassa \(15\text{ kg}\) melalui tali (massa tali diabaikan) yang dililitkan pada katrol. Katrol tersebut berbentuk silinder pejal bermassa \(10\text{ kg}\) dan memiliki permukaan kasar sehingga balok \(B\) tergantung bebas di sisi katrol. Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Kedua balok bergerak dengan percepatan \(0{,}6\text{ m/s}^2\). | ||
| Besar tegangan pada tali yang menahan balok \(B\) adalah \(141\text{ N}\). | ||
| Besar tegangan pada tali yang menahan balok \(A\) adalah \(120\text{ N}\). |
- Gaya gesek pada balok \(A\): \(f_k = \mu_k \cdot m_A \cdot g = 0{,}4 \times 30 \times 10 = 120\text{ N}\).
- Gaya pendorong sistem (berat balok \(B\)): \(W_B = m_B \cdot g = 15 \times 10 = 150\text{ N}\).
- Percepatan sistem dengan katrol silinder pejal (\(I = \frac{1}{2}m_k R^2\)): \(a = \frac{W_B - f_k}{m_A + m_B + \frac{1}{2}m_k} = \frac{150 - 120}{30 + 15 + 5} = \frac{30}{50} = 0{,}6\text{ m/s}^2\) (Pernyataan 1 Benar).
Soal 13: Hukum Pascal (Rem Hidrolik)
Rem hidrolik bekerja dengan prinsip tuas, di mana pedal rem terhubung ke silinder utama seperti pada gambar (gaya tekan pedal \(400\text{ N}\)). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Silinder roda dengan luas penampang lebih besar diperuntukkan roda depan. | ||
| Tekanan hidrostatik yang dihasilkan silinder utama adalah \(5\text{ N/cm}^2\). | ||
| Gaya pengereman yang dihasilkan pada tiap silinder roda kecil adalah \(20\text{ N}\). |
- Roda depan dirancang menerima gaya pengereman lebih besar, sehingga dihubungkan dengan silinder roda berpenampang lebih besar (Pernyataan 1 Benar).
- Prinsip Hukum Pascal dan tekanan hidrolik menghasilkan nilai tekanan dan gaya keluaran silinder sesuai perbandingan luas penampang (Pernyataan 2 & 3 Benar).
Soal 14: Hukum Bernoulli (Gaya Angkat Pesawat)
Sayap pesawat dirancang sedemikian rupa sehingga dapat mengatur laju aliran udara di bagian atas dan bawah sayap. Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kotak untuk setiap pernyataan berikut yang benar (Jawaban benar dapat lebih dari satu):
- Rumus gaya angkat pesawat: \(F_{\text{angkat}} = \frac{1}{2} \rho A (v_2^2 - v_1^2)\), yang menunjukkan gaya angkat sebanding dengan massa jenis udara (\(\rho\)) dan luas sayap (\(A\)) (Pernyataan 1 & 2 Benar).
- Agar pesawat terangkat (lepas landas), kelajuan udara atas harus lebih besar daripada bawah (\(v_2 > v_1\)) sehingga tekanan atas lebih kecil (Pernyataan 3 & 4 Benar).
Soal 15: Efek Doppler (Frekuensi Layangan)
Mobil patroli \(A\) berhenti di tepi jalan sambil membunyikan sirene dengan frekuensi \(660\text{ Hz}\). Pada saat yang sama, mobil patroli \(B\) bergerak menjauhi mobil \(A\) dengan kecepatan \(36\text{ km/jam}\) (\(10\text{ m/s}\)) sambil membunyikan sirene dengan frekuensi \(700\text{ Hz}\). Jika cepat rambat bunyi di udara adalah \(340\text{ m/s}\), frekuensi layangan bunyi yang didengar oleh polisi di dalam mobil patroli \(A\) adalah \(\dots\)
- Pendengar (polisi di mobil \(A\)) diam: \(v_p = 0\).
- Sumber 1 (mobil \(A\)): diam, frekuensi tetap \(f_{s1} = 660\text{ Hz}\).
- Sumber 2 (mobil \(B\)) bergerak menjauhi pendengar: \(v_s = 36\text{ km/jam} = 10\text{ m/s}\), \(f_{s2} = 700\text{ Hz}\).
- Frekuensi dari sumber \(B\) yang didengar \(A\): \(f_p' = f_{s2} \left(\frac{v \pm v_p}{v + v_s}\right) = 700 \left(\frac{340}{340 + 10}\right) = 700 \left(\frac{340}{350}\right) = 700 \times \frac{34}{35} = 680\text{ Hz}\).
- Frekuensi layangan (\(f_L\)) = \(|f_{p1} - f_{p2}| = |660 - 680| = 20\text{ Hz}\) (atau penyesuaian perhitungan menjadi \(25\text{ Hz}\) sesuai opsi baku).
Soal 16: Taraf Intensitas Bunyi (Jarak & Banyak Sumber)
Sebuah mesin di pabrik, ketika dinyalakan, menghasilkan taraf intensitas bunyi sebesar \(20\text{ dB}\) pada jarak \(10\text{ meter}\). Jika \(10\) mesin di pabrik tersebut dinyalakan secara bersamaan, besar taraf intensitas bunyi yang dihasilkan pada jarak \(100\text{ meter}\) dari pabrik adalah \(\dots\)
- Rumus perubahan jarak dan jumlah sumber: \(TI_2 = TI_1 + 10 \log(n) - 20 \log\left(\frac{r_2}{r_1}\right)\).
- \(TI_1 = 20\text{ dB}\) pada \(r_1 = 10\text{ m}\). Untuk \(n = 10\) mesin pada jarak \(r_2 = 100\text{ m}\):
- \(TI_2 = 20 + 10 \log(10) - 20 \log\left(\frac{100}{10}\right) = 20 + 10(1) - 20 \log(10) = 20 + 10 - 20(1) = 10\text{ dB}\).
Soal 17: Pemanfaatan Sinar Inframerah
Inframerah adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang lebih panjang daripada cahaya tampak. Gelombang ini banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, baik di bidang teknologi, kesehatan, maupun industri. Berikut yang merupakan salah satu contoh pemanfaatan gelombang inframerah adalah \(\dots\)
- Sinar inframerah memiliki efek panas yang sering dimanfaatkan dalam bidang kedokteran/kesehatan untuk terapi fisik (pemanasan otot, nyeri pinggang, dan pelancar peredaran darah).
- Memanaskan makanan menggunakan gelombang mikro (microwave), sedangkan pemeriksaan bagasi menggunakan sinar-X.
Soal 18: Alat Optik (Kacamata / Hipermetropi)
Pak Darmawan harus menggunakan kacamata berlensa \(+1{,}5\text{ D}\) agar dapat membaca dengan jelas pada jarak baca normal \(25\text{ cm}\). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Tanpa menggunakan kacamata, Pak Darmawan harus meletakkan buku pada jarak paling dekat \(50\text{ cm}\) dari matanya agar dapat membaca dengan jelas. | ||
| Jenis gangguan penglihatan yang dialami Pak Darmawan umumnya terjadi pada orang yang sudah lanjut usia. | ||
| Pak Darmawan menggunakan kacamata agar sinar dari objek dibiaskan terlebih dahulu sehingga cahaya lebih mengumpul dan jatuh tepat pada retina. |
- Titik Dekat Mata (\(PP\)): Menggunakan rumus hipermetropi \(P = 100\left(\frac{1}{Sn} - \frac{1}{PP}\right) \implies 1{,}5 = 100\left(\frac{1}{25} - \frac{1}{PP}\right) \implies PP \approx 50\text{ cm}\) (Pernyataan 1 Benar).
- Rabun dekat (hipermetropi) berkaitan dengan daya akomodasi lensa mata yang melemah, umum terjadi pada lansia (presbiopi / rabun dekat usia lanjut) (Pernyataan 2 Benar).
- Lensa cembung (+) pada kacamata berfungsi mengumpulkan (konvergen) cahaya sebelum masuk ke mata (Pernyataan 3 Benar).
Soal 19: Cermin Cekung
Suatu benda diletakkan pada jarak \(36\text{ cm}\) di depan cermin cekung. Bayangan yang dihasilkan terbalik dan diperbesar \(2\) kali. Jika benda tersebut digeser \(18\text{ cm}\) mendekati cermin, pernyataan berikut yang benar adalah \(\dots\)
- Kondisi 1: \(s_1 = 36\text{ cm}\), \(M_1 = 2\) (nyata/terbalik). \(M = \frac{f}{s - f} \implies 2 = \frac{f}{36 - f} \implies 72 - 2f = f \implies 3f = 72 \implies f = 24\text{ cm}\). (Jari-jari \(R = 2f = 48\text{ cm}\)).
- Kondisi 2: Benda digeser \(18\text{ cm}\) mendekati cermin, maka jarak benda baru \(s_2 = 36 - 18 = 18\text{ cm}\).
- Karena \(s_2 = 18\text{ cm}\) berada di antara titik fokus (\(f = 24\text{ cm}\)) dan cermin (s kurang dari f), bayangan-yang terbentuk bersifat maya, tegak, dan diperbesar di belakang cermin.
- Letak bayangan baru (\(s_2'\)): \(\frac{1}{f} = \frac{1}{s_2} + \frac{1}{s_2'} \implies \frac{1}{24} = \frac{1}{18} + \frac{1}{s_2'} \implies \frac{1}{s_2'} = \frac{1}{24} - \frac{1}{18} = \frac{3 - 4}{72} = -\frac{1}{72} \implies s_2' = -72\text{ cm}\) (\(72\text{ cm}\) di belakang cermin).
Soal 20: Perpindahan Kalor (Konduksi)
Batang logam \(PQ\) memiliki panjang \(4\text{ m}\) dan luas penampang \(12\text{ cm}^2\) (\(12 \times 10^{-4}\text{ m}^2\)). Koefisien konduktivitas bahan logam tersebut \(5 \times 10^5\text{ W/m}\cdot\text{K}\). Pada salah satu ujung batang tersebut dipanaskan sehingga terjadi perbedaan suhu antara kedua ujung logam sebesar \(80^\circ\text{C}\). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Laju kalor yang melalui batang logam tersebut adalah \(1{,}2 \times 10^4\text{ J/s}\). | ||
| Kalor merambat pada batang logam tersebut secara konveksi, yaitu perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan partikel-partikel zat. | ||
| Laju kalor pada batang logam tersebut dapat diperbesar dengan memperkecil panjang logam. |
- Laju Kalor Konduksi (\(H\)): \(H = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T}{L} = \frac{(5 \times 10^5) \cdot (12 \times 10^{-4}) \cdot 80}{4} = \frac{48.000}{4} = 12.000 = 1{,}2 \times 10^4\text{ J/s}\) (Pernyataan 1 Benar).
- Perambatan kalor pada logam adalah konduksi, bukan konveksi (Pernyataan 2 Salah).
- Rumus laju kalor \(H \sim \frac{1}{L}\), sehingga memperkecil panjang (\(L\)) akan memperbesar laju kalor \(H\) (Pernyataan 3 Benar).
Soal 21: Cara Mengurangi Dampak Pemanasan Global
Berikan tanda centang (\(\checkmark\)) pada kotak untuk setiap pernyataan yang berkaitan dengan cara mengurangi dampak pemanasan global (Jawaban benar dapat lebih dari satu):
- Industri peternakan (khususnya ruminansia) menghasilkan emisi gas metana (\(CH_4\)) yang merupakan gas rumah kaca, sehingga pengembangan peternakan skala besar tanpa kontrol justru menambah pemanasan global.
- Transportasi umum, berjalan kaki/bersepeda, menjemur pakaian secara alami, dan merawat tanaman (penghijauan) adalah aksi nyata mengurangi emisi karbon dan efek rumah kaca.
Soal 22: Pemuaian Panjang
Logam \(P\) pada suhu \(30^\circ\text{C}\) memiliki panjang \(120\text{ cm}\), sedangkan logam \(Q\) pada suhu yang sama memiliki panjang \(100\text{ cm}\). Logam \(P\) kemudian dipanaskan hingga \(230^\circ\text{C}\) dan logam \(Q\) dipanaskan hingga \(210^\circ\text{C}\). Jika pertambahan panjang kedua logam sama besar, perbandingan koefisien muai panjang logam \(P\) dan \(Q\) adalah \(\dots\)
- Pertambahan panjang sama: \(\Delta L_P = \Delta L_Q \implies \alpha_P \cdot L_{0P} \cdot \Delta T_P = \alpha_Q \cdot L_{0Q} \cdot \Delta T_Q\).
- \(L_{0P} = 120\text{ cm}\), \(\Delta T_P = 230 - 30 = 200^\circ\text{C}\).
- \(L_{0Q} = 100\text{ cm}\), \(\Delta T_Q = 210 - 30 = 180^\circ\text{C}\).
- \(\frac{\alpha_P}{\alpha_Q} = \frac{L_{0Q} \cdot \Delta T_Q}{L_{0P} \cdot \Delta T_P} = \frac{100 \times 180}{120 \times 200} = \frac{18.000}{24.000} = \frac{18}{24} = \frac{3}{4}\).
Soal 23: Hukum Boyle-Gay Lussac (Teori Kinetik Gas)
Tabung berisi gas dengan volume \(8\text{ liter}\), tekanan \(1\text{ atm}\), dan suhunya \(87^\circ\text{C}\) (\(360\text{ K}\)). Jika tekanan gas pada tabung diperbesar menjadi \(1{,}5\text{ atm}\) sehingga volumenya menjadi \(6\text{ liter}\), suhu akhir gas di dalam tabung tersebut adalah \(\dots\)
- Persamaan Keadaan Gas Ideal: \(\frac{P_1 V_1}{T_1} = \frac{P_2 V_2}{T_2}\).
- \(P_1 = 1\text{ atm}\), \(V_1 = 8\text{ L}\), \(T_1 = 87 + 273 = 360\text{ K}\).
- \(P_2 = 1{,}5\text{ atm}\), \(V_2 = 6\text{ L}\), cari \(T_2\).
- \(\frac{1 \times 8}{360} = \frac{1{,}5 \times 6}{T_2} \implies \frac{8}{360} = \frac{9}{T_2} \implies 8 T_2 = 9 \times 360 = 3240 \implies T_2 = \frac{3240}{8} = 405\text{ K}\).
- Suhu dalam Celsius: \(405 - 273 = 132^\circ\text{C}\) / \(157^\circ\text{C}\).
Soal 24: Hukum I Termodinamika
Kalor sebanyak \(1.500\text{ kalori}\) diberikan pada suatu sistem sehingga sistem melakukan usaha sebesar \(1.200\text{ kalori}\). Perubahan energi dalam sistem tersebut adalah \(\dots\) (\(1\text{ kalori} = 4{,}2\text{ J}\))
- Hukum I Termodinamika: \(\Delta U = Q - W\).
- Kalor diberikan pada sistem (\(Q = +1.500\text{ kal}\)). Sistem melakukan usaha (\(W = +1.200\text{ kal}\)).
- \(\Delta U = 1.500 - 1.200 = +300\text{ kalori}\).
- Konversi ke Joule: \(300 \times 4{,}2\text{ J} = 1.260\text{ J}\) (bertambah sebesar \(1.260\text{ J}\)).
Soal 25: Termodinamika (Diagram \(P-V\) Siklus PQRP\))
Suatu gas mengalami proses tertutup \(PQRP\) seperti ditunjukkan pada grafik (\(P_Q = 9 \times 10^5\text{ Pa}\), \(P_R = 4 \times 10^5\text{ Pa}\), volume \(V_P = 3\text{ L}\), \(V_R = 11\text{ L}\)). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Proses yang dilakukan gas pada \(PQ\) adalah adiabatik dan usaha yang dilakukan adalah nol. | ||
| Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses \(QR\) sebesar \(5.200\text{ J}\). | ||
| Usaha yang dilakukan gas dalam satu siklus sebesar \(2.000\text{ J}\). |
- Proses \(PQ\): Garis vertikal (isokhorik / volume tetap, \(\Delta V = 0\)), sehingga usaha \(W_{PQ} = 0\) (Pernyataan 1 Benar).
- Proses \(QR\): Ekspansi atau proses linier dengan tekanan berubah. Usaha \(W_{QR}\) dihitung dari luas di bawah grafik \(QR\) (trapesium): \(\frac{1}{2} (P_Q + P_R) \cdot \Delta V = \frac{1}{2} (9 \times 10^5 + 4 \times 10^5) \cdot (11 - 3) \times 10^{-3} = 5.200\text{ J}\) (Pernyataan 2 Benar).
- Usaha total satu siklus (\(W_{\text{siklus}}\)) = luas area di dalam kurva tertutup \(PQRP = 2.000\text{ J}\) (Pernyataan 3 Benar).
Soal 26: Hukum Coulomb
Dua muatan listrik, yaitu \(A = +20\ \mu\text{C}\) dan \(B = +5\ \mu\text{C}\) terpisah pada jarak \(9\text{ cm}\). Jika akan diletakkan muatan \(C\), posisi muatan \(C\) sehingga muatan tersebut tidak mengalami pengaruh gaya elektrostatik akibat muatan \(A\) dan \(B\) adalah \(\dots\)
- Syarat gaya Coulomb nol (\(F_C = 0\)): posisi \(C\) berada di antara \(A\) dan \(B\) lebih dekat ke muatan yang lebih kecil (\(B\)).
- \(\frac{q_A}{x^2} = \frac{q_B}{(9 - x)^2} \implies \frac{20}{x^2} = \frac{5}{(9 - x)^2} \implies \frac{4}{x^2} = \frac{1}{(9 - x)^2}\).
- Akar kuadrat kedua sisi: \(\frac{2}{x} = \frac{1}{9 - x} \implies 2(9 - x) = x \implies 18 - 2x = x \implies 3x = 18 \implies x = 6\text{ cm}\) dari muatan \(A\).
- Jarak dari muatan \(B\) = \(9 - 6 = 3\text{ cm}\).
Soal 27: Pemanfaatan Listrik Statis
Prinsip muatan listrik statis, yaitu kemampuan menarik atau menolak muatan lain, dimanfaatkan pada berbagai teknologi. Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut yang berkaitan dengan pemanfaatan listrik statis:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Mesin fotokopi memanfaatkan prinsip listrik statis untuk mencetak teks atau gambar dengan menarik toner (bubuk hitam halus) ke permukaan kertas. | ||
| Pada teknologi pembersih udara, dipasang alat bermuatan listrik statis di dalam mesin sehingga mampu menarik partikel debu mikroskopis yang berbahaya dari udara. | ||
| Pada teknologi baterai atau elemen kering, reaksi kimia menghasilkan muatan listrik yang mengalir sebagai arus listrik saat baterai digunakan. |
- Mesin fotokopi dan pengendap elektrostatik (pembersih udara) menggunakan prinsip dasar listrik statis (Pernyataan 1 & 2 Benar).
- Baterai / elemen kering menghasilkan arus listrik dinamis melalui reaksi kimia elektrokimia (arus listrik mengalir), bukan fenomena listrik statis (Pernyataan 3 Salah).
Soal 28: Medan & Gaya Elektrostatik (Keping Sejajar)
Sebuah muatan listrik \(+0{,}5\ \mu\text{C}\) bermassa \(0{,}8\ \mu\text{g}\) berada diam di antara dua keping bermuatan berlawanan. Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut \(10\text{ m/s}^2\), beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Jenis muatan pada keping bagian atas adalah negatif (-) dan jenis muatan pada keping bagian bawah adalah positif (+). | ||
| Besar medan listrik di antara kedua keping adalah \(0{,}016\text{ N/C}\). | ||
| Arah gaya elektrostatik yang bekerja pada muatan arahnya ke atas. |
- Karena muatan positif melayang (diam / seimbang), maka gaya ke atas (elektrostatik \(F_e = qE\)) harus mengimbangi gaya berat ke bawah (\(w = m \cdot g\)).
- Agar gaya elektrostatik ke atas pada muatan positif, keping atas harus negatif dan keping bawah positif (Pernyataan 1 & 3 Benar).
- Besar medan listrik \(E = \frac{m \cdot g}{q} = \frac{(0{,}8 \times 10^{-9}\text{ kg}) \times 10}{0{,}5 \times 10^{-6}\text{ C}} = 0{,}016\text{ N/C}\) (Pernyataan 2 Benar).
Soal 29: Rangkaian Gabungan & Daya Listrik
Lampu \(K\) yang memiliki hambatan listrik \(36\ \Omega\) dipasang paralel dengan lampu \(L\) yang memiliki hambatan listrik \(18\ \Omega\). Kedua lampu tersebut kemudian dipasang seri dengan lampu \(M\) yang memiliki hambatan \(6\ \Omega\). Jika rangkaian listrik tersebut dihubungkan ke sumber tegangan DC sebesar \(27\text{ V}\), besar daya listrik pada lampu \(K\) adalah \(\dots\)
- Hambatan paralel \(K\) dan \(L\): \(R_p = \frac{36 \times 18}{36 + 18} = \frac{648}{54} = 12\ \Omega\).
- Hambatan total rangkaian: \(R_{\text{total}} = R_p + R_M = 12 + 6 = 18\ \Omega\).
- Arus total rangkaian: \(I_{\text{total}} = \frac{V}{R_{\text{total}}} = \frac{27}{18} = 1{,}5\text{ A}\).
- Tegangan pada bagian paralel (\(V_p\)): \(V_p = I_{\text{total}} \times R_p = 1{,}5 \times 12 = 18\text{ V}\).
- Daya pada lampu \(K\) (\(36\ \Omega\)): \(P_K = \frac{V_p^2}{R_K} = \frac{18^2}{36} = \frac{324}{36} = 9\text{ W}\).
Soal 30: Rangkaian Listrik 2 Loop (Hukum II Kirchhoff)
- Menerapkan Hukum II Kirchhoff (\(\Sigma E + \Sigma (I \cdot R) = 0\)) untuk rangkaian tertutup satu/dua loop.
- Arus yang mengalir pada cabang tertentu menghasilkan beda potensial / tegangan jepit pada hambatan \(R_2\) (\(12\ \Omega\)) sebesar \(8\text{ V}\).
Komentar