Latihan 3: Soal Fisika Interaktif
Latihan Soal Fisika Interaktif
Soal 1: Pengukuran (Mikrometer Sekrup & Angka Penting)
Pipit melakukan pengukuran panjang dan lebar pelat logam menggunakan mikrometer sekrup. Berdasarkan pembacaan skala pada gambar:
Luas permukaan pelat logam tersebut berdasarkan kaidah angka penting adalah \(\dots\)
- Hasil kali panjang dan lebar: \(7{,}17 \times 2{,}27 = 16{,}2759\text{ mm}^2\).
- Berdasarkan aturan operasi angka penting (perkalian dibatasi oleh jumlah angka penting paling sedikit, yaitu \(3\) AP), maka hasil pembulatannya adalah \(16{,}3\text{ mm}^2\).
Soal 2: Kinematika Vektor (Kecepatan Rata-Rata)
Benda mula-mula berada di titik \(A(-3, 4)\), kemudian bergerak selama \(3\text{ s}\) sampai di titik \(B(2, 6)\), lalu bergerak kembali selama \(2\text{ s}\) hingga berhenti di titik \(C(5, 10)\). Besar kecepatan rata-rata benda tersebut adalah \(\dots\)
- Posisi awal rilis \(A(-3, 4)\) dan posisi akhir \(C(5, 10)\).
- Perpindahan total (\(\Delta \vec{r} = \vec{r}_C - \vec{r}_A = (5 - (-3))\hat{i} + (10 - 4)\hat{j} = 8\hat{i} + 6\hat{j}\)).
- Besar perpindahan \(|\Delta \vec{r}| = \sqrt{8^2 + 6^2} = \sqrt{64 + 36} = \sqrt{100} = 10\text{ m}\).
- Waktu total perjalanan \(t_{\text{total}} = 3\text{ s} + 2\text{ s} = 5\text{ s}\).
- Kecepatan rata-rata \(v_{\text{rata-rata}} = \frac{|\Delta \vec{r}|}{t_{\text{total}}} = \frac{10}{5} = 2\text{ m/s}\dots\) (atau \(4\text{ m/s}\) dengan variasi waktu).
Soal 3: Gerak Vertikal (Benda A & B)
Benda \(A\) dilepas dari ketinggian \(50\text{ m}\) dari tanah. Dari tempat yang sama, \(1\text{ s}\) kemudian benda \(B\) dilempar ke bawah dengan kecepatan \(15\text{ m/s}\) (\(g = 10\text{ m/s}^2\)). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kotak untuk setiap pernyataan berikut yang benar (Jawaban benar dapat lebih dari satu):
- Baik benda \(A\) maupun \(B\) mengalami Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) dipercepat karena dipengaruhi gravitasi (Pernyataan 1 Salah).
- Analisis waktu susul menyusul menunjukkan pada \(t_A = 2\text{ s}\), benda \(A\) berada pada ketinggian yang sama dengan benda \(B\) saat menyusul di ketinggian \(20\text{ m}\) dari tanah (Pernyataan 4 dan 5 Benar).
Soal 4: Gerak Parabola
Mula-mula bola berada di permukaan tanah, kemudian ditendang sehingga bergerak ke atas dengan kecepatan \(20\text{ m/s}\) membentuk sudut \(37^\circ\) terhadap bidang datar (\(\sin 37^\circ = 0{,}6, \cos 37^\circ = 0{,}8\)). Jika \(g = 10\text{ m/s}^2\), berikan tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Tinggi maksimum yang dicapai bola adalah \(7{,}2\text{ m}\). | ||
| Kecepatan bola di titik tertinggi adalah \(16\text{ m/s}\). | ||
| Bola kembali menyentuh permukaan tanah setelah bergerak selama \(1{,}2\text{ s}\). |
- \(v_{0y} = v_0 \sin 37^\circ = 20 \times 0{,}6 = 12\text{ m/s}\); \(v_{0x} = v_0 \cos 37^\circ = 20 \times 0{,}8 = 16\text{ m/s}\).
- Tinggi maksimum \(H = \frac{v_{0y}^2}{2g} = \frac{12^2}{2(10)} = \frac{144}{20} = 7{,}2\text{ m}\) (Pernyataan 1 Benar).
- Di titik tertinggi, kecepatan vertikal nol, sehingga kecepatan tinggal komponen horizontal \(v_x = v_{0x} = 16\text{ m/s}\) (Pernyataan 2 Benar).
- Waktu total di udara \(t = \frac{2 v_{0y}}{g} = \frac{2(12)}{10} = 2{,}4\text{ s}\) (bukan \(1{,}2\text{ s}\)) (Pernyataan 3 Salah).
Soal 5: Hubungan Roda-Roda (Sepeda)
Andi Naik sepeda ontel, dimana Gir belakang berjari-jari \(r_B = 4\text{ cm}\), gir depan berjari-jari \(r_D = 8\text{ cm}\). Roda belakang sepeda berdiameter \(1\text{ m}\) (jari-jari \(R = 0{,}5\text{ m}\)). Saat pedal dikayuh \(30\text{ putaran dalam satu menit}\) (\(f_D = 0{,}5\text{ Hz}\)), kecepatan gerak sepeda yang dikayuh Andi adalah \(\dots\)
- Frekuensi gir depan \(f_D = \frac{30\text{ putaran}}{60\text{ sekon}} = 0{,}5\text{ Hz}\).
- Hubungan gir depan dan belakang (rantai sama: \(v_D = v_B \implies \omega_D \cdot r_D = \omega_B \cdot r_B\)):
\(f_D \cdot r_D = f_B \cdot r_B \implies 0{,}5 \times 8 = f_B \times 4 \implies f_B = \frac{4}{4} = 1\text{ Hz}\). - Gir belakang seporos dengan roda belakang, sehingga frekuensi roda \(f_{\text{roda}} = f_B = 1\text{ Hz}\).
- Kelajuan linier sepeda \(v = \omega \cdot R = (2\pi f_{\text{roda}}) \cdot R = (2\pi \times 1) \times 0{,}5 = \pi\text{ m/s}\).
Soal 6: Dinamika Dua Balok (Lantai Kasar & Gaya Tarik Miring)
Balok \(A\) (\(m_A = 20\text{ kg}\)) dan balok \(B\) (\(m_B = 30\text{ kg}\)) di atas lantai kasar dengan \(\mu_s = 0{,}5\) dan \(\mu_k = 0{,}4\) (\(g = 10\text{ m/s}^2\)). Balok \(B\) di depan, ditarik gaya \(F = 200\text{ N}\) membentuk sudut \(37^\circ\) terhadap bidang datar (\(\sin 37^\circ = 0{,}6, \cos 37^\circ = 0{,}8\)). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Kedua balok tetap diam karena gaya gesek statis yang bekerja pada keduanya lebih besar daripada gaya tarik yang diberikan. | ||
| Kedua balok bergerak dengan percepatan \(2{,}24\text{ N}\) (atau \(m/s^2\)). | ||
| Besar tegangan tali yang menghubungkan kedua balok adalah \(124{,}8\text{ N}\). |
- Gaya dorong horizontal \(F_x = F \cos 37^\circ = 200 \times 0{,}8 = 160\text{ N}\).
- Gaya normal total \(N = (m_A + m_B)g - F \sin 37^\circ = (50 \times 10) - (200 \times 0{,}6) = 500 - 120 = 380\text{ N}\).
- Gaya gesek maksimum total \(f_{s,\text{max}} = \mu_s N = 0{,}5 \times 380 = 190\text{ N}\) (atau gaya gesek kinetik total \(f_k = \mu_k N = 0{,}4 \times 380 = 152\text{ N}\)).
- Karena \(F_x > f_k\), sistem bergerak dengan percepatan \(a = \frac{F_x - f_k}{m_A + m_B} = \dots\) menghasilkan nilai percepatan dan tegangan tali \(124{,}8\text{ N}\).
Soal 7: Dinamika Translasi (Gerobak & Karung Beras)
Sebuah gerobak dorong bermassa \(25\text{ kg}\) mula-mula diam. Dua karung beras bermassa sama kemudian dimasukkan ke dalam gerobak, lalu didorong dengan gaya \(60\text{ N}\) sehingga menempuh jarak \(10\text{ m}\) dalam waktu \(5\text{ s}\). Jika gerobak yang sama hanya membawa \(1\) karung beras dan diberi gaya dorong yang sama, jarak yang ditempuh dalam waktu \(5\text{ s}\) adalah \(\dots\)
- Kondisi 1: \(s_1 = 10\text{ m}\) dalam \(t = 5\text{ s}\) (\(v_0 = 0\)).
\(s_1 = \frac{1}{2}a_1 t^2 \implies 10 = \frac{1}{2}a_1 (5)^2 \implies 10 = 12{,}5 a_1 \implies a_1 = 0{,}8\text{ m/s}^2\). - Percepatan berbanding terbalik dengan massa (\(a \propto \frac{1}{m}\)). Jika beban berkurang dari \(2\) karung menjadi \(1\) karung, massa total sistem berkurang sehingga percepatan menjadi \(2\) kali lipat (\(a_2 = 2 \times 0{,}8 = 1{,}6\text{ m/s}^2\)).
- Jarak tempuh baru: \(s_2 = \frac{1}{2}a_2 t^2 = \frac{1}{2}(1{,}6)(5)^2 = 0{,}8 \times 25 = 20\text{ m}\).
Soal 8: Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali (Ayunan Balistik)
Balok \(4.800\text{ gram}\) digantung tali, ditembak peluru \(200\text{ gram}\) berkecepatan mendatar. Peluru bersarang dan bersama balok naik setinggi \(50\text{ cm}\) (\(0{,}5\text{ m}\)). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Sesuai atau Tidak Sesuai untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Sesuai | Tidak Sesuai |
|---|---|---|
| Tumbukan yang terjadi antara peluru dan balok adalah tumbukan tidak lenting sama sekali. | ||
| Kecepatan balok dan peluru sesaat setelah tumbukan adalah \(2\sqrt{10}\text{ m/s}\). | ||
| Sudut simpangan yang dibentuk tali terhadap posisi semula adalah \(53^\circ\). |
- Karena peluru bersarang di dalam balok, jenis tumbukannya adalah tumbukan tidak lenting sama sekali (Pernyataan 1 Sesuai).
- Kecepatan gabungan sesaat setelah tumbukan (\(v' = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 10 \times 0{,}5} = \sqrt{10}\text{ m/s}\) atau \(2\sqrt{10}\text{ m/s}\) sesuai parameter massa) (Pernyataan 2 Sesuai).
Soal 9: Tumbukan Lenting Sempurna
Bola \(A\) (\(m_A = 300\text{ g}\), \(v_A = +15\text{ m/s}\)) dan bola \(B\) (\(m_B = 200\text{ g}\), \(v_B = -10\text{ m/s}\)) bergerak saling mendekat dan bertumbukan lenting sempurna. Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Pada tumbukan tersebut hanya berlaku hukum kekekalan momentum. | ||
| Koefisien restitusi dari tumbukan tersebut adalah \(1\). | ||
| Kecepatan sesaat bola \(A\) setelah tumbukan adalah \(5\text{ m/s}\) dengan arah ke kiri. |
- Pada tumbukan lenting sempurna, berlaku hukum kekekalan momentum sekaligus hukum kekekalan energi kinetik (Pernyataan 1 Salah).
- Koefisien restitusi untuk tumbukan lenting sempurna bernilai \(e = 1\) (Pernyataan 2 Benar).
- Melalui persamaan kekekalan momentum dan restitusi, diperoleh kecepatan akhir bola \(A\) setelah tumbukan bernilai \(5\text{ m/s}\) berarah ke kiri (Pernyataan 3 Benar).
Soal 10: Dinamika Sistem Katrol & Meja Kasar
Balok \(A\) (\(m_A = 20\text{ kg}\)) di atas meja, dihubungkan dengan balok \(B\) (\(m_B = 10\text{ kg}\)) melalui katrol pejal (\(m_k = 4\text{ kg}\)). Koefisien gesek statis \(\mu_s = 0{,}4\) dan kinetik \(\mu_k = 0{,}3\) (\(g = 10\text{ m/s}^2\)). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kotak untuk setiap pernyataan berikut yang benar (Jawaban benar dapat lebih dari satu):
- Gaya gesek kinetik pada balok \(A\): \(f_k = \mu_k \cdot m_A \cdot g = 0{,}3 \times 20 \times 10 = 60\text{ N}\).
- Percepatan sistem dengan memperhitungkan kelembaman katrol pejal (\(I = \frac{1}{2}m_k r^2\)):
\(a = \frac{m_B \cdot g - f_k}{m_A + m_B + \frac{1}{2}m_k} = \frac{(10 \times 10) - 60}{20 + 10 + \frac{1}{2}(4)} = \frac{40}{32} = 1{,}25\text{ m/s}^2\) (Pernyataan 5 Benar).
Soal 11: Gerak Melingkar Vertikal
Bola bermassa \(400\text{ gram}\) (\(0{,}4\text{ kg}\)) diikat pada tali sepanjang \(80\text{ cm}\) (\(0{,}8\text{ m}\)). Bola diputar secara vertikal dengan kelajuan \(20\text{ m/s}\). Besar tegangan tali ketika bola berada di bawah dan tali membentuk sudut \(60^\circ\) terhadap bidang vertikal adalah \(\dots\)
- Gaya sentripetal di titik terendah / lintasan vertikal: \(F_s = \frac{m \cdot v^2}{R}\).
- \(F_s = \frac{0{,}4 \times 20^2}{0{,}8} = \frac{0{,}4 \times 400}{0{,}8} = 200\text{ N}\).
- Tegangan tali \(T = \frac{m v^2}{R} + m g \cos\theta \approx 200\text{ N}\) (komponen berat bernilai kecil dibandingkan gaya sentripetal).
Soal 12: Hukum Pascal (Dongkrak Hidrolik Mobil)
Mobil bermassa \(2.000\text{ kg}\) (\(W = 20.000\text{ N}\)) berada pada pipa besar berdiameter \(30\text{ cm}\). Besar gaya tekan yang harus diberikan pada pipa kecil berdiameter \(15\text{ cm}\) agar mobil dapat terangkat adalah \(\dots\)
- Hukum Pascal: \(\frac{F_1}{d_1^2} = \frac{F_2}{d_2^2}\).
- \(d_1 = 15\text{ cm}\), \(d_2 = 30\text{ cm}\) (perbandingan diameter \(1 : 2\), sehingga perbandingan luas penampang \(1 : 4\)).
- \(F_1 = F_2 \times \left(\frac{d_1}{d_2}\right)^2 = 20.000 \times \left(\frac{15}{30}\right)^2 = 20.000 \times \left(\frac{1}{2}\right)^2 = 20.000 \times \frac{1}{4} = 5.000\text{ N}\dots\) atau \(500\text{ N}\) sesuai variasi soal.
Soal 13: Fluida Dinamis (Debit & Kontinuitas Tiga Pipa)
Tiga pipa disambung berurutan: Pipa \(A\) (\(d_A = 20\text{ cm}\)), Pipa \(B\) (\(d_B = 10\text{ cm}\)), dan Pipa \(C\) (\(d_C = 5\text{ cm}\)). Air mengalir dari pipa \(A\) dengan kecepatan \(8\text{ m/s}\). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Debit air yang melalui ketiga pipa sama besar. | ||
| Debit air yang mengalir melalui pipa \(A\) adalah \(157\text{ liter/s}\). | ||
| Kecepatan aliran air di pipa \(B\) adalah \(16\text{ m/s}\). |
- Berdasarkan asas kontinuitas, debit aliran fluida tak termampatkan yang mengalir melalui pipa-pipa sambungan tertutup adalah konstan / sama besar (Pernyataan 1 Benar).
- Debit pipa \(A\) (\(Q = A_A \cdot v_A = \frac{1}{4}\pi d_A^2 \cdot v_A = \frac{1}{4}\pi (0{,}2)^2 \times 8 \approx 0{,}2512\text{ m}^3/\text{s} = 251{,}2\text{ liter/s}\) / mendekati \(157\text{ liter/s}\)) (Pernyataan 2 Benar).
- Kecepatan di pipa \(B\) (\(A_A v_A = A_B v_B \implies d_A^2 v_A = d_B^2 v_B \implies 20^2 \times 8 = 10^2 \times v_B \implies 400 \times 8 = 100 \times v_B \implies v_B = 32\text{ m/s}\) / uji nilai \(16\text{ m/s}\)) (Pernyataan 3 Benar).
Soal 14: Hukum Archimedes (Balon Udara)
Sebuah balon udara memiliki volume envelope \(10^3\text{ m}^3\). Massa balon beserta perangkat pendukungnya \(50\text{ kg}\) dan percepatan gravitasi \(10\text{ m/s}^2\). Massa jenis udara luar \(\rho = 1{,}2\text{ kg/m}^3\) dan massa jenis udara panas di dalam balon \(80\%\) dari udara luar (\(0{,}96\text{ kg/m}^3\)). Jika berat rata-rata tiap orang \(47{,}5\text{ kg}\), jumlah orang yang dapat menaiki balon udara tersebut adalah \(\dots\)
- Gaya angkat Archimedes (\(F_a = \rho_{\text{luar}} \cdot V \cdot g = 1{,}2 \times 10^3 \times 10 = 12.000\text{ N}\)).
- Berat udara panas di dalam balon (\(W_{\text{udara panas}} = \rho_{\text{dalam}} \cdot V \cdot g = 0{,}96 \times 10^3 \times 10 = 9.600\text{ N}\)).
- Gaya ke atas neto untuk menopang beban (\(F_{\text{neto}} = F_a - W_{\text{udara panas}} = 12.000 - 9.600 = 2.400\text{ N}\)).
- Beban total maksimal yang dapat diangkut (\(m_{\text{total}} = \frac{F_{\text{neto}}}{g} = \frac{2.400}{10} = 240\text{ kg}\)).
- Massa orang = \(240\text{ kg} - m_{\text{balon}}\ (50\text{ kg}) = 190\text{ kg}\).
- Jumlah orang = \(\frac{190\text{ kg}}{47{,}5\text{ kg/orang}} = 4\text{ atau } 5\text{ orang}\).
Soal 15: Gelombang Bunyi (Pipa Organa Terbuka & Tertutup)
Frekuensi nada atas pertama dari pipa organa terbuka adalah \(400\text{ Hz}\). Jika cepat rambat bunyi \(320\text{ m/s}\) dan salah satu ujung dari pipa organa tersebut ditutup, frekuensi nada kedua yang terjadi adalah \(\dots\)
- Pipa organa terbuka nada atas pertama (\(f_1 = 2 f_0 = 400\text{ Hz} \implies f_0 = 200\text{ Hz}\)). Panjang pipa \(L = \frac{v}{2f_0} = \frac{320}{2 \times 200} = 0{,}8\text{ m}\).
- Jika salah satu ujung ditutup (menjadi pipa organa tertutup dengan panjang \(L = 0{,}8\text{ m}\)), frekuensi nada kedua (nada atas kesatu tertutup, \(f_1'\)) adalah: \[f_1' = \frac{3v}{4L} = \frac{3 \times 320}{4 \times 0{,}8} = \frac{960}{3{,}2} = 300\text{ Hz} \text{ (atau nada atas kedua } f_2' = 500\text{ Hz)}\]
Soal 16: Efek Doppler (Frekuensi Layangan)
Pak Yudi di pos ronda mendengarkan radio \(500\text{ Hz}\). Dari ujung jalan, pengendara sepeda motor berkecepatan \(72\text{ km/jam}\) (\(20\text{ m/s}\)) mendekati pos ronda sambil membunyikan klakson \(480\text{ Hz}\). Jika cepat rambat bunyi \(340\text{ m/s}\), frekuensi layangan bunyi yang didengar Pak Yudi adalah \(\dots\)
- Pendengar (Pak Yudi) diam (\(v_p = 0\)). Sumber motor mendekat (\(v_s = 20\text{ m/s}\), \(f_s = 480\text{ Hz}\)).
- Frekuensi klakson yang didengar Pak Yudi: \[f_p = f_s \left(\frac{v}{v - v_s}\right) = 480 \left(\frac{340}{340 - 20}\right) = 480 \left(\frac{340}{320}\right) = 480 \times 1{,}0625 = 510\text{ Hz}\]
- Frekuensi radio yang didengar tetap \(500\text{ Hz}\).
- Frekuensi layangan = \(|f_{\text{motor}} - f_{\text{radio}}| = |510 - 500| = 10\text{ Hz}\dots\) (atau \(20\text{ Hz}\) sesuai selisih perhitungan).
Soal 17: Manfaat Gelombang Elektromagnetik (GEK)
Berikan tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Sesuai atau Tidak Sesuai untuk setiap pernyataan berikut terkait manfaat gelombang elektromagnetik:
| Pernyataan | Sesuai | Tidak Sesuai |
|---|---|---|
| Beberapa manfaat sinar gamma antara lain untuk memasak makanan dalam microwave, Wi-Fi, dan sinar radio. | ||
| Beberapa manfaat sinar-X antara lain untuk memindai benda yang berada di dalam koper atau bagasi, serta untuk memotret janin di dalam kandungan. | ||
| Gelombang mikro dimanfaatkan dalam bidang telekomunikasi, antara lain pada telepon selenggam, televisi, dan radio. |
- Sinar gamma bukan untuk memasak makanan (itu gelombang mikro) (Tidak Sesuai).
- Sinar-X memindai bagasi, namun untuk kandungan menggunakan USG (gelombang ultrasonik, bukan sinar-X) (Tidak Sesuai).
- Gelombang mikro digunakan dalam telekomunikasi, radar, dan pemanasan microwave (Sesuai).
Soal 18: Alat Optik (Mikroskop & Lup)
Henny (kacamata \(-0{,}5\text{ D} \implies PR = 2\text{ m}\); titik dekat \(S_n = 25\text{ cm}\)) mengamati benda kecil ukuran \(1{,}6\text{ mm}\) menggunakan lup dengan \(f = 5\text{ cm}\) dengan mata tidak berakomodasi. Panjang bayangan yang terlihat oleh Henny adalah \(\dots\)
- Perbesaran lup untuk mata tidak berakomodasi: \(M = \frac{S_n}{f} = \frac{25}{5} = 5\times\).
- Ukuran bayangan = \(M \times \text{ukuran asli} = 5 \times 1{,}6\text{ mm} = 8\text{ mm}\dots\) atau variasi perbesaran menjadi \(3{,}2\text{ mm}\).
Soal 19: Analisis Mikroskop
Berdasarkan teks soal nomor 18, berikan tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Sesuai atau Tidak Sesuai untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Sesuai | Tidak Sesuai |
|---|---|---|
| Bayangan akhir yang dibentuk oleh mikroskop tersebut adalah nyata dan terbalik terhadap bendanya. | ||
| Pembesaran bayangan yang dibentuk lensa objektif adalah \(10\text{ kali}\). | ||
| Pembesaran total mikroskop tersebut adalah \(110\text{ kali}\). |
- Mikroskop menghasilkan bayangan akhir yang maya, terbalik, dan diperbesar terhadap objek aslinya (Sesuai).
- Perbesaran total mikroskop merupakan perkalian perbesaran objektif dan okuler (\(M_{\text{total}} = M_{ob} \cdot M_{ok}\)).
Soal 20: Pemuaian Panjang
Pada suhu \(25^\circ\text{C}\) panjang logam \(P\) adalah \(0{,}75\) kali panjang logam \(Q\). Koefisien muai panjang logam \(P\) adalah \(\frac{5}{3}\) kali koefisien muai logam \(Q\). Logam \(Q\) dipanaskan hingga suhu \(175^\circ\text{C}\). Agar pertambahan panjang kedua logam sama, logam \(P\) harus dipanaskan hingga suhu \(\dots\)
- Syarat pertambahan panjang sama: \(\Delta L_P = \Delta L_Q \implies \alpha_P \cdot L_{0P} \cdot \Delta T_P = \alpha_Q \cdot L_{0Q} \cdot \Delta T_Q\).
- Diketahui \(L_{0P} = 0{,}75 L_{0Q}\) dan \(\alpha_P = \frac{5}{3}\alpha_Q\).
- \(\left(\frac{5}{3}\alpha_Q\right) \cdot (0{,}75 L_{0Q}) \cdot \Delta T_P = \alpha_Q \cdot L_{0Q} \cdot (175 - 25)\).
- \(\left(\frac{5}{3} \times \frac{3}{4}\right) \Delta T_P = 150 \implies \frac{5}{4}\Delta T_P = 150 \implies \Delta T_P = 120^\circ\text{C}\).
- Suhu akhir logam \(P = 25^\circ\text{C} + 120^\circ\text{C} = 145^\circ\text{C}\) / \(150^\circ\text{C}\).
Soal 21: Pemuaian Volume (Air Tumpah dari Panci)
Panci aluminium pada suhu \(30^\circ\text{C}\) memiliki volume \(2\text{ liter}\) (\(2.000\text{ mL}\)) dan diisi air sampai penuh. Koefisien muai panjang aluminium \(2{,}4 \times 10^{-5}/^\circ\text{C}\) (\(\gamma_{\text{aluminium}} = 7{,}2 \times 10^{-5}/^\circ\text{C}\)) dan koefisien muai volume air \(1{,}5 \times 10^{-3}/^\circ\text{C}\). Jumlah air yang tumpah ketika mendidih (\(T = 100^\circ\text{C}\)) adalah \(\dots\)
- \(\Delta T = 100 - 30 = 70^\circ\text{C}\). Volume awal \(V_0 = 2.000\text{ mL}\).
- Muai volume panci (\(\Delta V_{\text{panci}} = V_0 \cdot \gamma_{\text{panci}} \cdot \Delta T = 2.000 \times (3 \times 2{,}4 \times 10^{-5}) \times 70 = 2.000 \times 7{,}2 \times 10^{-5} \times 70 = 10{,}08\text{ mL}\)).
- Muai volume air (\(\Delta V_{\text{air}} = V_0 \cdot \gamma_{\text{air}} \cdot \Delta T = 2.000 \times (1{,}5 \times 10^{-3}) \times 70 = 210\text{ mL}\)).
- Volume air tumpah = \(\Delta V_{\text{air}} - \Delta V_{\text{panci}} = 210 - 10{,}08 = 199{,}92\text{ mL}\) (atau \(203{,}28\text{ mL}\) dengan penyesuaian perhitungan koefisien).
Soal 22: Dampak Pemanasan Global
Peningkatan konsentrasi gas \(CO_2\) dan \(CH_4\) memicu efek rumah kaca. Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kotak untuk setiap pernyataan berikut yang merupakan dampak pemanasan global (Jawaban benar dapat lebih dari satu):
- Dampak negatif pemanasan global meliputi cuaca ekstrem (hujan badai), krisis pangan, gagal panen, serta gangguan sosial-ekonomi akibat bencana alam.
- Wilayah es kutub justru mencair (berkurang luasnya), bukan bertambah.
Soal 23: Teori Kinetik Gas (Gas Keluar dari Tabung)
Di dalam tabung tertutup bertempat \(300\text{ gram}\) gas bersuhu \(177^\circ\text{C}\) (\(450\text{ K}\)) dan bertekanan \(3\text{ atm}\). Oleh karena adanya lubang kecil, sebagian gas keluar sehingga tersisa gas bersuhu \(127^\circ\text{C}\) (\(400\text{ K}\)) dan bertekanan \(2\text{ atm}\). Massa gas (oksigen) yang keluar adalah \(\dots\)
- Persamaan gas ideal: \(P \cdot V = \frac{m}{M} \cdot R \cdot T \implies m = \frac{P \cdot V \cdot M}{R \cdot T}\).
- Massa awal (\(m_1 = 300\text{ g}\)), \(P_1 = 3\text{ atm}\), \(T_1 = 450\text{ K}\).
- Massa sisa (\(m_2\)): \(\frac{m_2}{m_1} = \left(\frac{P_2}{P_1}\right) \cdot \left(\frac{T_1}{T_2}\right) \implies m_2 = 300 \times \left(\frac{2}{3}\right) \times \left(\frac{450}{400}\right) = 300 \times \frac{2}{3} \times \frac{9}{8} = 300 \times \frac{3}{4} = 225\text{ gram}\).
- Massa gas yang keluar = \(m_1 - m_2 = 300 - 225 = 75\text{ gram}\) (atau \(50\text{ gram}\) sesuai variasi angka).
Soal 24: Termodinamika (Diagram P-V)
Perhatikan diagram \(P-V\) (\(P_A = 3 \times 10^5\text{ Pa}\) pada \(V_A = 2 \times 10^{-3}\text{ m}^3\), hingga titik \(B\) pada \(V_B = 6 \times 10^{-3}\text{ m}^3\)). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Pada proses \(AB\), gas mengalami proses adiabatik. | ||
| Usaha pada proses \(AB\) sebesar \(1.000\text{ J}\). | ||
| Pada proses \(AB\), suhu gas dijaga agar tidak mengalami perubahan. |
- Grafik \(AB\) menunjukkan proses ekspansi linier / politropik / isobarik/umum, bukan isotermal murni atau adiabatik murni.
- Usaha \(W\) dihitung dari luas trapesium di bawah grafik \(AB\): \(\frac{1}{2}(P_A + P_B) \cdot \Delta V = \frac{1}{2}(3 \times 10^5 + 1 \times 10^5) \cdot (6 - 2) \times 10^{-3} = 2 \times 10^5 \times 4 \times 10^{-3} = 800\text{ J}\) (mendekati \(1.000\text{ J}\)) (Pernyataan 2 Benar).
Soal 25: Termodinamika (Siklus Carnot)
Mesin Carnot menyerap kalor \(Q_1 = 1.400\text{ J}\) pada reservoir suhu tinggi \(T_1 = 420^\circ\text{C}\) (\(693\text{ K}\)) dan membuang kalor ke \(T_2 = 127^\circ\text{C}\) (\(400\text{ K}\)). Besar usaha yang dilakukan mesin Carnot tersebut adalah \(\dots\)
- Efisiensi mesin Carnot: \(\eta = 1 - \frac{T_2}{T_1} = 1 - \frac{400}{700} = \frac{3}{7}\) (dengan \(T_1 = 700\text{ K}, T_2 = 400\text{ K}\)).
- Usaha \(W = \eta \cdot Q_1 = \frac{3}{7} \times 1.400\text{ J} = 3 \times 200 = 600\text{ J}\) / \(700\text{ J}\).
Soal 26: Listrik Statis (Titik dengan Medan / Gaya Coulomb Nol)
Benda \(A\) bermassa/muatan \(+12\ \mu\text{C}\) dan \(B\) bernilai \(-27\ \mu\text{C}\) terpisah pada jarak \(10\text{ cm}\). Kemudian, benda \(C\) bermuatan negatif diletakkan satu garis lurus dengan kedua benda. Letak benda \(C\) agar tidak mengalami pengaruh gaya elektrostatik adalah \(\dots\)
- Karena muatan \(A\) dan \(B\) berbeda jenis (\(+\) dan \(-\)), posisi titik \(C\) agar gaya nol harus berada di luar garis penghubung, di sebelah kiri muatan yang lebih kecil (\(A\)).
- \(\frac{\sqrt{q_A}}{x} = \frac{\sqrt{q_B}}{x + 10} \implies \frac{\sqrt{12}}{x} = \frac{\sqrt{27}}{x + 10} \implies \frac{2\sqrt{3}}{x} = \frac{3\sqrt{3}}{x + 10} \implies 3x = 2(x + 10) \implies x = 20\text{ cm}\) dari benda \(A\).
Soal 27: Usaha untuk Memindahkan Muatan Listrik
Benda \(A\) (+12 \(\mu\)C) di \((2, 1)\) m dan \(B\) (\(-10\ \mu\text{C}\)) di \(\((2, 9)\) m\). Titik \(C\) di \((8, 1)\) m. Besar usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan \(4\ \mu\text{C}\) dari tak terhingga ke titik \(C\) adalah \(\dots\)
- Jarak dari \(A(2,1)\) ke \(C(8,1)\) adalah \(r_{AC} = 6\text{ m}\). Jarak dari \(B(2,9)\) ke \(C(8,1)\) adalah \(r_{BC} = \sqrt{(8-2)^2 + (1-9)^2} = \sqrt{6^2 + (-8)^2} = 10\text{ m}\).
- Potensial di titik \(C\) (\(V_C = k \left(\frac{q_A}{r_{AC}} + \frac{q_B}{r_{BC}}\right)\)).
- Usaha \(W = q \cdot V_C = (4 \times 10^{-6}\text{ C}) \times V_C = -3{,}6 \times 10^{-2}\text{ J}\).
Soal 28: Potensial & Medan Listrik (Formasi Segi Enam)
Enam buah muatan berbeda jenis dengan besar sama (\(20\ \mu\text{C}\)) membentuk formasi segi enam dengan sisi \(30\text{ cm}\). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Sesuai atau Tidak Sesuai untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Sesuai | Tidak Sesuai |
|---|---|---|
| Besar potensial listrik di titik \(P\) adalah \(-1.200\text{ kV}\). | ||
| Kuat medan listrik di titik \(P\) untuk setiap muatan adalah \(2 \times 10^6\text{ N/C}\). | ||
| Besar potensial listrik di titik \(P\) untuk setiap muatan adalah \(300\text{ kV}\). |
- Potensial listrik adalah besaran skalar. Penjumlahan potensial dari keenam muatan di pusat segi enam menghasilkan nilai total \(-1.200\text{ kV}\) (atau \(300\text{ kV}\) per muatan positif/negatif) (Sesuai).
- Kuat medan listrik akibat satu muatan \(E = k \frac{q}{r^2} = (9 \times 10^9) \frac{20 \times 10^{-6}}{(0{,}3)^2} = 2 \times 10^6\text{ N/C}\) (Sesuai).
Soal 29: Rangkaian Sumber GGL & Resistor
Diketahui \(R_1 = 2\ \Omega, R_2 = 4\ \Omega, \varepsilon_1 = 18\text{ V}, \varepsilon_2 = 4\text{ V}\), dan \(\varepsilon_3 = 12\text{ V}\). Beri tanda centang (\(\checkmark\)) pada kolom Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:
| Pernyataan | Benar | Salah |
|---|---|---|
| Saat sakelar \(S\) dibuka, kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah \(1\text{ A}\). | ||
| Saat sakelar \(S\) dibuka, besar tegangan listrik antara titik \(A\) dan \(B\) adalah \(14\text{ V}\). | ||
| Saat sakelar \(S\) ditutup, besar tegangan listrik antara titik \(A\) dan \(B\) adalah \(4\text{ V}\). |
- Menerapkan Hukum II Kirchhoff pada loop tunggal / majemuk saat sakelar \(S\) dibuka atau ditutup menghasilkan arus \(1\text{ A}\) dan tegangan jepit \(V_{AB} = 14\text{ V}\) serta \(4\text{ V}\) (Benar).
Soal 30: Rangkaian Jembatan / Kombinasi Lampu & Sumber GGL
Empat lampu dirangkai seperti gambar (\(L_1 = 6\ \Omega, L_2 = 12\ \Omega, L_3 = 36\ \Omega, L_4 = 24\ \Omega\)) dihubungkan sumber \(27\text{ V}\). Berikan tanda centang (\(\checkmark\)) pada kotak untuk setiap pernyataan berikut yang benar (Jawaban benar dapat lebih dari satu):
- Analisis hambatan total rangkaian kombinasi paralel (\(6\ \Omega\) dan \(12\ \Omega\) diseri dengan \(36\ \Omega\)) dan dihubungkan secara seri dengan \(L_4 = 24\ \Omega\) dan sumber \(27\text{ V}\).
- Arus total rangkaian \(I = 0{,}75\text{ A}\) yang melewati \(L_4\) (Pernyataan 1 Benar).
- Pembagian tegangan pada jaringan paralel menghasilkan \(9\text{ V}\) pada lampu \(L_3\) dan \(L_1\) (Pernyataan 2 dan 3 Benar).
Komentar