03 FISIKA 12 2013.pdf

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

1/205

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

2/205

1Fisika Kelas XII

Mendeskripsikan Gelombang Berjalan danGelombang Stasioner

Menjelaskan persamaan gelombangumum dan sifat-sifatnya

Menjelaskan persamaan gelombangberjalan

Menjelaskan pemantulan gelombang Menjelaskan interferensi gelombang Menjelaskan persamaan gelombang

stasioner

Pada bab ini akan dipelajari:1. Sifat Gelombang

2. Gelombang Berjalan

3. Gelombang Stasioner

4. Gelombang Bunyi

5. Efek Doppler

1. Menyiapkan konsepdan prinsip gejala ge-lombang dalam me-nyelesaikan masalah.

Standar Kompetensi Kompetensi Dasar Nilai Indikator

1.1 Mendeskripsikan gejaladan ciri-ciri gelombangsecara umum.

1.2 Mendeskripsikan gejaladan ciri-ciri gelombangbunyi.

1.3 Menerapkan konsepdan prinsip gelombangbunyi dan cahayadalam teknologi.

Model Pengintegrasian Nilai Pendidikan Karakter

Memanfaatkan sumber pengetahuan yang ada disekitar, seperti perpustakaan untuk mendukungproses pembelajaran.

Gemarmembaca

Gelombang

Siswa mampu mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombangsecara umum

Siswa mampu mendeskripsikan gelombangberjalan dan gelombang stasioner

Menjelaskan Karakteristik dan GejalaGelombang Bunyi

Menjelaskan pengelompokan gelombangbunyi

Mendeskrips ikan gelombang padasenar (dawai)

Mendeskripsikan gelombang pada pipaorgana

Memahami konsep pipa organa melaluipercobaan

Menjelaskan pelayangan bunyi Menjelaskan timbulnya resonansi

Menghitung intensitas bunyi Menghitung taraf intensitas bunyi Menganalisis efek Doppler

Siswa mampu menjelaskan karakteristikdan gejala gelombang bunyi

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

3/205

2 Gelombang

5. Jawaban: aDiketahui: f = 5 Hz

A = 12 cmv= 20 m/s

Ditanyakan: a. b. k

Jawab:= 2f= 2(5 Hz) = 10rad/s

k=v

=

10 rad/s20 m/s

= 2

m1

6. Jawaban: c

v=F

m

=

F

v~ F

v~

v~ 1m

v~1

Jadi, kecepatan gelombang transversal berbandinglurus dengan beberapa besaran fisika, yaitu akargaya tegangan dawai dan akar panjang dawai. Disamping itu, kecepatan gelombang transversalberbanding terbalik dengan akar massa dawai danakar massa persatuan panjang dawai ().

7. Jawaban: bDiketahui: y= 4 sin (35t 0,5x)

= 10 g/m = 102kg/mDitanyakan: FJawab:y= 4 sin (35t 0,5x)

= 4 sin (35t 0,5x)

v=k

=

350,5

= 70 m/s

v=

F F= v2

= (70 m/s)2(102kg/m)= 49 N

8. Jawaban: a

Diketahui: v= 8 m/s x = 912 m

f = 16 Hz t = 114 detik

A = 4 cm= 4 102m

Ditanyakan: ypJawab:

=v

f=

816 =

12 m

A. Pilihlah jawaban yang tepat!

1. Jawaban: cBunyi tidak dapat merambat dalam ruang hampa.

Hal ini mengindikasikan bahwa bunyi memerlukanmedium untuk merambat. Gelombang yangmemerlukan medium untuk merambat dinamakangelombang mekanik.

2. Jawaban: bDiketahui: arah rambat ke kanan

A = 15 cm = 40 cmf = 5 Hz

Ditanyakan: yJawab:y= Asin (t kx)

= Asin (2ft 2

x)

= 15 sin (2(5)t240

x)

= 15 sin (10 20

x)

= 15 sin (10 0,05x)

3. Jawaban: dDiketahui: v = 5 m/s

12= 3 m = 6 m

Ditanyakan: T, , jarak 2 bukit yang berdekatan

1) = vT

T=v

=

6 m5 m/s = 1,2 sekon

2) f =1T

=1

1,2=

56

Dalam 1 detik terdapat56

gelombang. Dengan

demikian, dalam 1 menit akan terjadi 50 gelom-bang.

3) Jarak 2 bukit berdekatan = = 6 m

Jadi, pernyataan yang benar ditunjukkan olehpernyataan 1) dan 3).

4. Jawaban: aDiketahui: v = 60 m/s

A G = 3= 45 m= 15 m

Ditanyakan: fJawab:v= f

f =v

=

60 m/s15 m = 4 Hz

Frekuensi gelombang tersebut sebesar 4 Hz.

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

4/205

3Fisika Kelas XII

yp = Asin 2(ft x

)

= 4 102sin 2((16)(54 )

19212

)

= 0,04 sin 2(20 19)= 0,04 sin 2= 0,04(0) = 0

Simpangan titik P saat itu 0 cm.

9. Jawaban: bDiketahui: t= 7 sekonDitanyakan: yJawab:Dari gambar diperoleh A= 5 dan T= 8 s.Simpangan:

y= Asin2T

t

y= 5 sin28 s

(7 s)

y = 5 sin74 = 5(

12 2 ) =

52 2

Jadi, simpangan pada saat t= 7 s sebesar52 2 .

10. Jawaban: bDiketahui: A = 2 m

vA = 6 m/sB = 3 mfA = fB

Ditanyakan: vBJawab:fA = fB

A

A

v

= B

B

v

vB =B

A

vA=

3 m2 m

(6 m/s) = 9 m/s

Laju gelombang dalam medium B adalah 9 m/s.

11. Jawaban: b

Diketahui: y= 0,5 sin 6(t20x

+1

12)

Ditanyakan: v, x, ,

Jawab:

y = 0,5 sin 6(t20x

+1

12)

= 0,5 sin (6t620

x +612)

= 0,5 sin (6t 310

x+ 112

)

v=k

=

60,3

= 20 m/s

=2k

=

20,3

=

203

m

= 6rad/s

0= 2 = 90

Jadi, jawaban yang benar adalah 1) dan 3).

12. Jawaban: a

Diketahui: y = 2,0 sin 2(0,4t +

80x )

Ditanyakan: amaksJawab:

t =20,4

t

= 5rad/s

A = 2 cmPercepatan maksimum:

v=dy

dt=

d

dt[Asin (t+ kx)]

= Acos (t+ kx)

a=dv

dt=

d

dt[A cos (t+ kx)]

= A [sin (t+ kx)]

a= A 2sin (t+ kx)

= 1 (percepatan maksimum)

amaks = A 2(1)

= (2 cm)(5)2

= (2)(252

) = 502

cm/s2

Percepatan maksimum gelombang 502cm/s2.

13. Jawaban: aDiketahui: x = 8 cm T = 4 s

= 12 cm t = 3 sA = 4 cm

Ditanyakan: yBJawab:

yB = Asin 2(t

T

x)

= 4 sin (64

2 812

)

= 4 sin 212 = 4 sin 30 = 2 cm

Simpangan gelombang di titik B adalah 2 cm.

14. Jawaban: cDiketahui: y= 2 mm sin [(20 m1)x (600 s1)t ]Ditanyakan: vdan vmaksJawab:y= 2 mm sin [(20 m1)x (600 s1)t ]A= 2 mm

k= 20 m1

k=2

20 = 2

= 10

m

= 600 s1

= 2f600 = 2f

f=300

s1

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

5/205

4 Gelombang

(tanda negatif menunjukkanarah rambatan gelombang)

Untuk perut ke-3: n+ 1 = 3 atau n= 2 sehingga:

x3 = (2n)(14 )

15 cm = 2(2)(14 )

= 15 cmJadi, panjang gelombang yang merambat pada tali15 cm.

18. Jawaban: cGelombang berdiri atau gelombang stasioner adalahgelombang yang terjadi karena interferensi terus-menerus antara gelombang datang dan gelombangpantul yang berjalan dengan arah berlawanan tetapimemiliki amplitudo dan frekuensi yang sama.

19. Jawaban: c

Diketahui: y= 4 sin ( 15x

) cos 96t

x= 5 cmDitanyakan: ymaksJawab:Pada x= 5 cm, simpangan yadalah:

y= 4 sin ( 515 ) cos 96t

y= 4 sin 3

cos 96t

ymaksimum jika cos 96tmaksimum atau nilainya= 1.Dengan demikian:

ymaks = 4 sin 3

(1) = 2 3 cm

Jadi, nilai simpangan maksimumnya 2 3 cm.

20. Jawaban: bDiketahui: y= 100 sin (50t 0,5x)

Ditanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang:y= Asin (t kx)

Persamaan gelombang pada soal:y = 100 sin (50t 0,5x)

= 50k= 0,5

v =

k=

500,5

= 100 m/s

Cepat rambat gelombang 100 m/s.

B. Uraian

1. Diketahui: y= 0,2 sin (10t4x

)

Ditanyakan: a. A, f, , vb. kc. , , y; x= 2 m; t= 0,1 s

Jawab:

y= Asin (2tT

2

x)

y= 0,2 sin (10t 4x

)

v= f

= ( 10

m)(300

s1) = 30 m/s

Kecepatan partikel dalam kawat:

v=dy

dt

= d

dt[2,0 mm sin (20 m1)x (600 s1)t ]

= (2,0 mm)(600 s1) cos [(20 m1)x (600 s1)t ]

bernilai maksimum = 1

vmaks = 1.200 mm/s(1)= 1,2 m/s

Cepat rambat gelombang dan kelajuan maksimumberturut-turut 30 m/s dan 1,2 m/s.

15. Jawaban: dDiketahui: = 5 m

T = 2 sx = 10 m

Ditanyakan: tJawab:x

t=

T10m

t=

5 m2 s

t= 4 sWaktu yang diperlukan gelombang untuk mencapaijarak 10 m adalah 4 s.

16. Jawaban: cDiketahui: jarak dua gabus = 60 cm

f = 2 Hz

Ditanyakan:v

Jawab:

32 = 60 cm

= 40 cmv= f= (40 cm)(2 Hz) = 80 cm/s

Jadi, cepat rambat gelombang di permukaan danauadalah 80 cm/s.

17. Jawaban: bDiketahui: = 115 cm

x3= 15 cm x3= 115 cm 15 cm = 100 cm

Ditanyakan: Jawab:

Jarak perut dari ujung bebas= xn= 2n(14 )

32

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

6/205

5Fisika Kelas XII

3. Diketahui: = 5 mf = 6 Hzv = 36 m/sA = 10 cm = 0,1 mt = 2 s

Ditanyakan: yCJawab:x = AC

= (5 3,5) m = 1,5 m

=v

f=

36 m/s6 Hz

= 6 m

yC = 2A sin kxcos t

= 2A sin2

xcos 2ft

= 2(0,1 m) sin 26 m (1,5 m)cos 2(6 Hz)(2 s)

= 0,2 sin 2

cos 24

= 0,2(1)(1)= 0,2 m

Jadi, simpangan di C sebesar 0,2 m.

4. Diketahui: = 4 mA = 5 cm = 0,05 mf = 5 Hzv = 10 m/s

Ditanyakan: y ; x = 250 cm dari A

t =34 s

Jawab:v = f

=v

f=

105 = 2 m

x = 4 2,5 = 1,5 m

y = 2Acos2 x

sin 2 (

t

T

)

= 2(0,05) cos 2 (1,52 ) sin 2 [(

34 )(5)

42 ]

= (0,1)(0)( 1

2

2 )

= 0Jadi, simpangan di titik P bernilai 0.

5. Diketahui:12 T = 3 s

T = 6 s = 12 mx = 100 m

Ditanyakan: t

a. A= 0,2 m2tT

= 10t

1T

=102

t

t

1T

= 5 /s

1T

= f = 5 Hz

2

x= 4

x

=2 (4)x

x

= 8 m

v= f= (8 m)(5 Hz) = 40 m/s

Jadi, nilai amplitudo, frekuensi, panjanggelombang dan cepat rambat gelombangberturut-turut 0,2 m, 5 Hz, 8 m, dan 40 m/s.

b. k=2

=2

8

= 0,25

Bilangan gelombang bernilai 0,25.

c. = 10t 4x

= 10(0,1) (2)4

= 2

= 2

Jadi, sudut fase sebesar 2

.

= 2

= 2

2

=

14

Fase gelombang bernilai14 .

y = 0,2 sin

= 0,2 sin 2 = 0,2(1) = 0,2

Simpangan gelombang sebesar 0,2 m.

2. Diketahui: A = 20 cm = 0,2 mf = 5 Hzv = 30 m/st = 1 sx = 2 m

Ditanyakan: yJawab:

=v

f=

30 m/s5 Hz = 6 m

y = Asin 2(ftx)

= 0,1 sin 2((5 Hz)(1 s) 2 m6 m )

= 0,1 sin (913 )

= (0,1 m)(12 3) = 0,05 3 m

Jadi, simpangan di B setelah 3 sekon bergetar

sebesar 0,05 3 m.

A BCx3,5 m

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

7/205

6 Gelombang

Jawab:

v=T

=

12 m6 s

= 2 m/s

t=x

v=

100 m2m/s

= 50 s

Waktu yang dibutuhkan gelombang sampai di

pantai t=x

v=

1002 = 50 sekon.

6. Diketahui: v = 350 m/sf = 450 Hz

T = 1450

s

Ditanyakan: a) x=16

b) t= 103sa. v= f

=v

f

= 350

450

=7

9

m

Periode:

T =1f

=1

450 detik

1 =t

T 1

x

2 =t

T 2

x

Beda fase kedua titik: = 1 2

= (t

T

1x

) (t

T

2x

)

= 1 2x x

=

x

Jarak kedua titik:x =

=79 (

16 ) =

754 m

Jarak dua titik yang beda fasenya16 adalah

754 m.

b. Anggap pada titik yang sama x, fase pada

saat t1dan t2adalah:

1=1t

T

x

2=2t

T

x

Beda fase pada selang waktu t1 t2adalah: = 1 2

= ( 1t

T

x

) ( 2

t

T

x

)

= 2 1t t

T

=t

T

=

3

1450

10= 0,45

Jadi, beda fase pada salah satu titik denganselisih waktu 103s adalah 0,45.

7. Diketahui: = 5 mf = 10 Hz

A = 2 cm = 0,02 mv = 6 m/sx = 5 m 4 m = 1 mt = 2 sekon

Ditanyakan: yJawab:

y= Asin ( )+ xvt

= (0,02 m) sin 2(10 Hz) ( )1 m6 m/s2 s +

= (0,02 m) sin 2 (10 Hz) ( )136 s

= (0,02 m) sin 2 130

6

= (0,02 m)( 12 3)

= 0,01 3 m

Jadi, simpangan Rpada tali yang bergerak 4 meterdari P setelah P bergerak 2 sekon adalah0,01 3 m.

8. Diketahui: = 3 mn = 3

Ditanyakan: letak perut ketigaJawab:

3 m = 3 = 1 mLetak perut ketiga pada ujung terikat berlaku

kelipatan14 .

Pada ujung terikat berlaku persamaan:

x= (2n+ 1)14

perut ketiga n= 2

x= 2(2) + 1)14

x=54

x= 54 (1 m) = 1,25 m

Jadi, jarak perut ketiga dari ujung terikat sejauh1,25 m.

9. Diketahui: yp= 4 cos 5xsin 2tDitanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang:y = 2Acos kxsin t

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

8/205

7Fisika Kelas XII

Persamaan gelombang pada soal:yp= 4 cos 5xsin 2t

k= 52

= 5

=25 m

= 2

2f= 2f= 1 Hz

Cepat rambat gelombang:v= f

= (25 m)(1 Hz) =

25 m/s = 0,4 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 0,4 m/s.

10. Diketahui: y = 1,25 sin 3 (30t x)

x = OP =34 m

Ditanyakan: a. f c. vb. d. y

p

Jawab:y= 1,25 sin 3(30t x)y= Asin(t kx)a. = 90

2f= 90f= 45 Hz

Frekuensi gelombang sebesar 45 Hz.

b. k=

2 = 3

=23 m

Jadi, panjang gelombang sebesar23 m.

c. v= f= (45 Hz)(23 m)

= 30 m/sCepat rambat gelombang sebesar 30 m/s.

d. yp = 1,25 sin (90t 3x)

= 1,25 sin (90t 334 ) meter

= 1,25 sin (90t94

) meter

A. Pilihan Ganda

1. Jawaban: eGelombang longitudinal memiliki arah getar sejajarsehingga tidak akan mengalami polarisasi.

2. Jawaban: ePelayangan terjadi karena adanya interferensi duagelombang yang frekuensinya berbeda sedikit.

3. Jawaban: cAngkasa merupakan ruang hampa udara sehinggagelombang bunyi tidak dapat merambat melaluinya.Gelombang cahaya, gelombang radio, gelombanginframerah, dan gelombang ultraviolet dapatmerambat tanpa ada medium (ruang hampa udara).Dengan demikian, gelombang bunyi bintang tidakbisa sampai ke bumi.

4. Jawaban: dDiketahui: = 0,80 mv= 400 m/s

Ditanyakan: f0Jawab:

f0 =2(0) 1

2+

v

= 2v

=

400 m/s2(0,80 m)

= 250 Hz

Jadi, frekuensi nada dasar 250 Hz.

5. Jawaban: aDiketahui: m = 16 g = 0,016 kg

= 80 cm = 0,8 mF = 800 N

Ditanyakan: f0

Jawab:Nada dasar pada dawai:

v =F

m

=(800N)(0,8 m)

0,016kg

= 2 240.000m /s = 200 m/s

f0 = 2v

=200m/s2(0,8 m)

= 125 Hz

Jadi, frekuensi nada yang dihasilkan sebesar 125 Hz.

6. Jawaban: dDiketahui: buka = 25 cm = 0,25 m

f0 buka = fndawaidawai = 150 cm = 1,5 mv = 340 m/svdawai = 510 m/s

Ditanyakan: n

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

9/205

8 Gelombang

100 km

300km

510

km

Sumbergempa

Surabaya

Malang

I1I2

Jawab:f0 buka = fn dawai

2v

= 1

2n+

v

340 m/s2(0,25 m)

=1

2(1,5 m)+n

(510 m/s)

680/s = (n+ 1)(170/s)

n+ 1 =680/s170/s

n+ 1 = 4n = 3

Jadi, dihasilkan nada atas ketiga.

7. Jawaban: dDiketahui: d1 = 0,5 mm

d2 = 1,0 mmf01

= f1f02

= f2Ditanyakan: f1Jawab:

f0=12

FA

; f, tetap

f01

A 1

d.

Diketahui A= 4

d2 A =2

d .

1

2

f

f= 2

1

d

d=

1,0 mm0,5 mm

= 2

f1= 2f2Jadi, f1bernilai 2 kali f2.

8. Jawaban: b

Diketahui: f = 550 Hzv = 330 m/sDitanyakan: Jawab:

=v

f=

330 m/s550 Hz

= 0,6 m

Resonansi:

=14 ,

34 ,

54 , . . .

=14 (0,6 m);

34 (0,6 m);

54 (0,6 m); . . . .

= 0,15 m; 0,45 m; 0,75 m

Pernyataan 1) dan 3) benar.9. Jawaban: e

Diketahui: P = 78,5 Wr = 10 m

Ditanyakan: IJawab:Intensitas bunyi:

I =P

A A= 4r2

I = 24P

r

= 278,5 W

4(3,14)(10 m)

= 0,0625 W/m2

= 6,25 102W/m2

Jadi, intensitas radiasi gelombang sebesar6,25 102W/m2.

10. Jawaban: d

Diketahui: I1 = 6 105W/m2r1 = 300 kmx = 100 km

Ditanyakan: I2Jawab:

r2 =2 2100 + 300

=2 2 2 2(10 ) + (3 10 )

= 4 4(1 10 ) + (9 10 )

= 410 10

= 510 km

2

1

I

I=

21

2

r

r

I2 = I12

1

2

r

r

= 6 1052

5

300

10

= 6 1052

910

= 5,4 105W/m2

Intensitas gempa yang terasa di Surabaya sebesar5,4 105W/m2.

11. Jawaban: dDiketahui: TI = 60 dB

A = 1 m2

I0 = 1016W/cm2 = 1012W/m2

Ditanyakan: PJawab:

TI = 10 log0

I

I

60 = 10 log 1210I

I = 106W/m2

I=P

AP = IA

= 106(106W(m2)(1 m2) = 106WDaya akustik yang melalui jendela sebesar 106W.

12. Jawaban: cDiketahui: f1 = 2.000 Hz

f2 = 2.008 HzDitanyakan: flayangan

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

10/205

9Fisika Kelas XII

Jawab:flayangan = |f1 f2|

= 2.000 2.008= 8

Jadi, frekuensi pelayangan bunyi 8 Hz.

13. Jawaban: aDiketahui: vs = 0

vp = +vpDitanyakan: fpJawab:

fp =p

s

v v

v v

fs

= p+

+ 0

v v

vfs=

p+v v

vfs

Persamaan yang benar adalah pilihan a.

14. Jawaban: dHubungan antara panjang pipa dan panjanggelombang untuk pipa organa terbuka adalah:

=

1

2 0, ,

3

2 2, . . .Untuk nada atas kedua berlaku:

=32 2atau 2 =

23

x=23

Hubungan antara panjang pipa dan panjanggelombang untuk pipa organa tertutup adalah:

=14 0,

34 1,

54 2, . . .

Untuk nada atas kedua berlaku:

=

5

4 2atau 2=

4

5 Karena panjang kedua pipa sama, yaitu = maka perbandingan panjang gelombang adalah:

x

y=

2345

=

56

Jadi, x: y= 5 : 6.

15. Jawaban: eDiketahui: = 5 m

F = 2 Nm = 6,25 103

Ditanyakan: vJawab:

v=F

=F

m= 3

(2N)(5 m)

6,25 10 kg

= 310

6,25 10 kgm/s =

2102,5

m/s = 40 m/s

Cepat rambat gelombang tali 40 m/s.

16. Jawaban: cDiketahui: f0 = f

dipendekkan 8 cm = (1 8) cmf2 = 1,25f

dipendekkan 2 cm = (1 10) cmDitanyakan: f3Jawab:

f= 12F

2

1

ff

= 12

dipendekkan 8 cm 2= 1 8; f2= 1,25f2

1

f

f =1

2

1,25ff

= 11 8

54 =

1

1 8

51 40 = 411 = 40 cm

dipendekkan lagi 2 cm:

3 = 1 10= 40 10= 30 cm

3

1

f

f= 1

2

f3 =1

3

f1

=4030 f

= 1,33fFrekuensi yang dihasilkan setelah dawai dipendek-kan 2 cm lagi adalah 1,33f.

17. Jawaban: bDiketahui: fn = 480 Hz

fn + 1 = 800 Hz

fn + 2 = 1.120 Hz

Ditanyakan: f0Jawab:Perbandingan frekuensi:fn: fn + 1: fn + 2 = 180 : 800 : 1.120

= 3 : 5 : 7Ini menunjukkan perbandingan frekuensi untuk pipaorgana tertutup untuk f1: f2: f3= 3 : 5 : 7dan f

0: f

1= 1 : 3 maka:

f0=13 f1=

4803 = 160 Hz

Jadi, nada dasar pipa organa sebesar 160 Hz.

18. Jawaban: dDiketahui: TI1 = 80 dB

n = 10Ditanyakan: TI2

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

11/205

10 Gelombang

Jawab:TI2 = TI1+ 10 log n

= 80 + 10 log 10= 80 + 10= 90

Jadi, taraf intensitasnya 90 dB.

19. Jawaban: d

Diketahui: fs = 1.000 Hzvs = 36 km/jam = 10 m/svp = 72 km/jam = 20 m/s

Ditanyakan: fpJawab:

fp =p

s

v v

v v

fs

=(340 20)m/s(340 10)m/s

(1.000 Hz)

=320330

(1.000 Hz) = 969,69 970 Hz

Jadi, frekuensi bunyi yang didengar olehpengendara sepeda motor berkisar 970 Hz.

20. Jawaban: eDiketahui: A= BDitanyakan: f1A: f1BJawab:

f1A: f1B =A

22

v:B

34

v

=A

v

:

B

33

v

= 4 : 3Jadi, f1A: f1B= 4 : 3.

B. Uraian

1. Diketahui: I1 = IR1 = RR2 = 4R

Ditanyakan: I2Jawab:

I1: I2 = 214

P

R: 2

24P

R

I1: I2 = R22: R1

2

I1: I2 = (4R)2: R2

I1: I2 = 16R2: R2

I2 =1

16 I2

Intensitas bunyi sekarang adalah1

16semula.

2. Diketahui: fS1 = 320 Hz

fS2= 324 Hz

v = 332 m/s

Ditanyakan: vpagar tidak terjadi pelayanganJawab:Pengamat menjauhi S2:

fp2=

pv v

vfS2

. . . (1)

Pengamat mendekati S1:

fp1= p

v v

v

+fS1

. . . (2)

Agar tidak terjadi pelayangan, fp1= fp2sehinggadiperoleh:

(v+ vp)fS1 = (v vp)fS2(332 + vp) 320 = (332 vp) 324

332(320 + 320vp) = 332(324 324vp)

644vp = 332(324 320)

644vp = 1.328

vp2,06 m/sJadi, agar tidak terjadi pelayangan, maka pengamatbergerak dengan kecepatan berkisar 2,06 m/s.

3. Diketahui: m = 2,5 g = 2,5 103kgL = 2 mF = 2 N

Ditanyakan: a. vb. dan f1c. f2dan f3

Jawab:

a. v=F

= F L

m= 3

(2N)(2 m)

2,5 10 kg

Cepat rambat gelombang sebesar 40 m/s.

b. f0= 2

v

L =

40m/s

2(2 m) = 10 Hz0= 2L= 2(2 m) = 4 mJadi, frekuensi nada dasar dan panjanggelombang berturut-turut adalah 10 Hz dan 4 m.

c. f2 = 2f1= 2(10 Hz) = 20 Hzf3 = 3f1= 3(10 Hz) = 30 HzFrekuensi nada atas pertama sebesar 20 Hzdan frekuensi nada atas kedua 30 Hz.

4. Diketahui: v = 340 m/sf3 = 240 Hz

Ditanyakan: L

Jawab:a. Pipa organa terbuka

f3 =( 1)

2n v

L

+=

(3 1)2

v

L

+=

2vL

240 Hz =2(340m/s)

L

L2,83 mPanjang minimum pipa berkisar 2,83 m.

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

12/205

11Fisika Kelas XII

b. Pipa organa tertutup

f3 =(2(3) 1)

4v

L

+

f3 =74L v

240 Hz =74L (340 m/s)

L =2.380 m/s

960 Hz

2,48 mJadi, panjang minimum pipa berkisar 2,48 m.

5. Diketahui: F1 = 100 Nf1 = f0f2 = 2f0

Ditanyakan: F2Jawab:

f0: 2f0 =12L

1F

:

12L

2F

12 =

1

2

F

F

12 = 2

100

F

12 = 2

10F

F2 = 400 N

Jadi, tegangan dawai sebesar 400 N.

6. Diketahui: P = 4 104WTI = 40 dBI0 = 10

12W/m2

Ditanyakan: RJawab:

TI = 10 log0

I

I

40 = 10 log 1210I

104 = 1210I

I = 108

I =P

A

108 =4 4104

2R

R2 =4

810

10

R2 = 104

R = 100 mJadi, jarak ledakan petasan 100 m.

7. Diketahui: TI = 60 dBn = 100

Ditanyakan: TInJawab:TIn = 60 dB + 10 log 100

= 60 dB + 20= 80 dB

Taraf Intensitas yang dihasilkan 80 dB.

8. Diketahui: r1 = 1 m

TI1 = 60 dB

r2 = 100 m

Ditanyakan: TI2Jawab:

TI2 = TI1+ 10 log2

1

2

r

r

= 60 dB + 10 log2

1 m100 m

= 60 dB + 10 log 104

= 60 dB + 10 (4)

= 60 dB 40 dB= 20 dB

Taraf intensitas pada jarak 100 m sebesar 20 dB.

9. Diketahui: vs = 36 km/jam = 10 m/sfs = 400 Hzv = 340 m/svp = 18 km/jam = 5 m/s

Ditanyakan: fpJawab:Saling mendekat (vp= 5 m/s):

fp=

p

s

v v

v v

+

fs =

340 m/s + 5 m/s

340 m/s 10 m/s (400 Hz)=

345330 (400 Hz)

= 418 HzFrekuensi bunyi sirene yang didengar olehpengendara motor 418 Hz.

Saling menjauh (vp= 5 m/s):

fp=p

s

v v

v v

+fs =

340 m/s 5 m/s340 m/s + 10 m/s

(400 Hz)

=335350 (400 Hz)

= 383 HzFrekuensi sirene yang didengar oleh pengendaramotor 383 Hz.

10. vA= 30 m/s vB= 20 m/s

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

13/205

12 Gelombang

A. Pilihan Ganda

1. Jawaban: e

v=

Fm =

F

V

Keterangan: v = cepat rambat gelombang kawatF = tegangan kawatm = massa kawat = panjang kawat = massa jenis kawatV = volume kawat

Perambatan gelombang pada kawat dapatdipercepat dengan memperbesar tegangan kawat,memperpanjang kawat, dan memperkecil massakawat (massa jenis kawat dikali volume kawat).

2. Jawaban: d

Diketahui: v = 12 m/sf = 4 HzA = 5 cmAB = 18 m

Ditanyakan: nJawab:

=v

f=

124 = 3 m

Banyak gelombang yang terjadi sepanjang AB =

18 m adalah183 = 6 gelombang.

3. Jawaban: aPersamaan gelombang:y= 2 sin (0,5x 200t)

= 2 sin (0,5x 200t)

Persamaan umum gelombang:y= Asin (kx t)Sehingga diperoleh:A= 2 cm

k= 0,5 2

= 0,5

=2

0,5

= 4 cm

Jadi, nilai amplitudo dan panjang gelombang secaraberturut-turut 2 cm dan 4 cm.

4. Jawaban: dDiketahui: = 0,98 m

mt = 50 grammb = 0,64 kg

Ditanyakan: vJawab:

v=F

= bm g

= bt

m g

m

= 2(0,64 kg)(9,8 m/s)(0,98 m)

(9,604 10 kg)

= 2 264m /s= 8 m/s

Jadi, cepat rambat gelmbang 8 m/s.

5. Jawaban: cDiketahui: n= 2 gelombang

t = 20 sekonDitanyakan: TJawab:n= 2 gelombang

T=t

n=

202 = 10 s

Jadi, banyaknya gelombang dan periode berturut-turut 2 gelombang dan 10 s.

fpB= p

B

v v

v v

fsB

=(300 0)m/s(300 20)m/s

+ (518 Hz)

= 555 Hz

maka f = fpA fpB= (560 555) Hz

= 5 Hz

Jadi, frekuensi tegangan yang didengar P sebesar5 Hz.

Diketahui: vA = 30 m/sfSA

= 504 HzvB = 20 m/sfSB

= 518 Hzv = 300 m/s

Ditanyakan: fJawab:

fpA=p

A

v v

v v

+

fsA =(300 0)m/s(300 30)m/s

+ (504 Hz)

= 560 Hz

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

14/205

13Fisika Kelas XII

P1 P2 P3 P4

6. Jawaban: eDiketahui: P8 = 21 m

Ujung tetap/terikatf = 50 Hz

Ditanyakan: vJawab:Ujung tetap

P1=14

P2=34

P3=54

Pn= (2n + 1)14 n = 0, 1, 2, 3, . . . .

P8 = (2(7) + 1) 14 =144

21 =144

=(21)(4)(14)

= 6m

v = f= (6 m)(50 Hz) = 300 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang transversal sebesar300 m/s.

7. Jawaban: cDiketahui: y= 5 cos 2xsin 25tDitanyakan: S4Jawab:Jadi, persamaan di atas merupakan persamaangelombang stasioner ujung bebas.Ujung bebas

Jarak titik simpul ke empat dari ujung pantulanadalah 1

34 .

k=2

=2k

=

20,2

= 10 m

S4 = 134

= 134 (10 m) = 17,5 m

Jadi, jarak simpul keempat dari ujung pantulanadalah 17,5 m.

8. Jawaban: aDiketahui: T = 0,2 s

A = 0,2 m = 1 m

f =1T

=1

0,2 s = 5 s

Ditanyakan: persamaan gelombangJawab:

Persamaan umum:y = Asin (2f t kx)

= 0,2 sin {(2 (5)t2

x}

= 0,2 sin 2 (5t 1x

)

y = 0,2 sin 2(5t x)

Jadi, persamaan akhir: y= 0,2 sin 2(5t x 90) m.

9. Jawaban: cDiketahui: = 2,5 m

m= 250 gram = 0,25 kgF = 250 N

n = 2 12 gelombangDitanyakan: fJawab:

= 212

2,5 m = 2,5 = 1 m

v =F

m

f =F

m

(1 m)f = (250N)(2,5m)0,25kg

f =2 22.500 m /s

1m

= 50 HzJadi, frekuensi sumber getar sebesar 50 Hz.

10. Jawaban: dDiketahui: y= 5 sin 0,2xcos (50t 10)Ditanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang

y= 2Asin

2 x cos 2(

t

T

)y= 5 sin 0,2xcos (50t 10)

2 x

= 0,2x

= 10 m

2tT

= 50t

f= 25 Hzv= f

= (10 m)(25 Hz) = 250 m/sJadi, kecepatan merambat gelombang 250 m/s.

P1 P2P3 P4

S1 S2 S3S4

134

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

15/205

14 Gelombang

Jawab:Saat sumber bunyi mendekati pendengar:

fp1=

s

v

v vfs=

325325 25

fs=325300

fs

Saat sumber bunyi menjauhi pendengar:

fp2=

s

v

v v+fs=

325325 25+

fs=325350

fs

fp1: fp2=

325300

fs:325350

fs

1

2

p

p

f

f=

350300

1

2

p

p

f

f= 7

6

Jadi, perbandingan antara frekuensi yang diterimapada saat sumber bunyi mendekati dan menjauhiadalah 7 : 6.

15. Jawaban: eDiketahui: f2 = 1.700 Hz

v = 340 m/sn = 2

Ditanyakan: Jawab

fn =1

2n+

v

f2 =32v

1.700 Hz =3(340m/s)

2

=3(340 m/s)

(1.700 Hz)(2)

= 0,3 m = 30 cmJadi, panjang suling adalah 30 cm.

16. Jawaban: cDiketahui: fp = 2.000 Hz

fs = 1.700 Hzv = 340 m/svs = 0

Ditanyakan: vpJawab:

fp =p

s

v v

v v

fs

2.000 Hz =p(340 ) m/s

340 m/s

v+

(1.700 Hz)vp = 60 m/s

vp = 60 3

13.600

10km/jam

= 216 km/jam

Jadi, kecepatan pesawat udara 216 km/jam.

11. Jawaban: eDiketahui: L = 80 cm = 0,8 m

m= 16 g = 0,016 kgF = 800 N

Ditanyakan: f3Jawab:

fn = (n+ 1) 2v

L

f3 = (3 + 1) 2

FL

m

L

=(800N)(0,8m)

0,016kg4

2(0,8 m)

=2 22 40.000 m /s

0,8

=400 m/s

0,8

= 500 Hz

Jadi, frekuensi nada atas ketiga 500 Hz.12. Jawaban: c

Diketahui: I = 109W/m2

I0 = 1012W/m2

n = 100Ditanyakan: TInJawab:TIn = TI+ 10 log n

= 10 log0

I

I+ 10 log 100

= 10 log9

1210

10

+ 10 log 100

= 10 log 1.000 + 10 log 100 = 30 + 20 = 50Jadi, taraf intensitas bunyi 100 mesin ini samadengan bunyi mobil (3).

13. Jawaban: eDiketahui: RA = 0,5p

RB = 2,5pDitanyakan: IA: IBJawab:

lA: IB = 2A4

p

R: 2

B4p

R

IA: IB = RB2: RA

2

= (2,5p)2: (0,5p)2

= 6,25 : 0,25= 25 : 1

Jadi, perbandingan antara intensitas bunyi yangditerima A dan B adalah 25 : 1.

14. Jawaban: aDiketahui: v = 325 m/s

vs = 25 m/s

Ditanyakan: fp1: fp2

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

16/205

15Fisika Kelas XII

17. Jawaban: eKesimpulan efek Doppler.1) Apabila pergerakan sumber bunyi dan

pendengar mengakibatkan jarak keduanyaberkurang maka frekuensi pendengar menjadilebih besar (fp> fs).

2) Apabila pergerakan sumber bunyi danpendengar mengakibatkan jarak keduanya

bertambah maka frekuensi terdengar menjadilebih kecil (fp< fs).

3) Meskipun sumber bunyi dan pendengarbergerak tetapi jarak keduanya konstan makafrekuensi terdengar tetap (fp = fs) danpergerakan medium tidak akan berpengaruh.

Dengan demikian:1) Sumber dapat mengejar pendengar sehingga

jarak keduanya semakin kecil, akibatnyafrekuensi terdengar bertambah (fp> fs).Pernyataan 1) benar

2) Pendengar mendekati sumber yang diam

sehingga jarak keduanya semakin kecil,akibatnya frekuensi terdengar bertambah.(fp> fs)Pernyataan 2) benar

3) Sumber menjauhi pendengar yang diamsehingga jarak keduanya semakin besar,akibatnya frekuensi terdengar berkurang.(fp< fs)Pernyataan 3) benar

4) Jarak sumber dengan pendengar konstansehingga frekuensi terdengar tetap (fp= fs)meskipun medium bergerak.

Pernyataan 4) benar18. Jawaban: b

Diketahui: TI = 60 dBn = 100

Ditanyakan: TInJawab:TIn = TI+ 10 log n

= 60 + 10 log 100= 60 + 20= 80

Jadi, taraf intensitas bunyi yang dihasilkan 100 buahsumber bunyi adalah 80 dB.

19. Jawaban: eDiketahui: vp = 0

vs = 25 m/sfs = 420 Hzv = 325m/s


fp =p

s

v v

v v

fs

fp =s

v

v vfs

=325 m/s

(325 25)m/s(420 Hz)

=325300 (420 Hz)

= 455 Hz

Jadi, frekuensi bunyi sirene yang terdengar 455 Hz.20. Jawaban: a

Diketahui: vs = +vsvp = +vp


fp =p

s

v v

v v

fs

= ps

++

v v

v vfs

Jadi, persamaan yang benar adalah pilihan a.

21. Jawaban: cDiketahui: y= 8 sin (2t 0,5x)Ditanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang:y= Asin (t kx)

= 8 sin (2t 0,5x)

k=v

v =

k

=2

0,5

= 4

Jadi, cepat rambat gelombang 4 m/s.

22. Jawaban: eDiketahui: = 100 cm

f =14 Hz

A = 5 cmv = 2 cm/sn+ 1 = 3 n = 2

Ditanyakan: x3Jawab:v = f

=v

f= 1

4

2 cm/s

Hz= 8 cm

x3 = (2n+ 1)14

= (2(2) + 1)14 (8 cm)

=54 (8 cm) = 10 cm

Letak perut ketiga dari titik asal getaran adalah x3 = 100 10

= 90 cmJadi, letak perut ketiga dari titik asal getaran adalah90 cm.

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

17/205

16 Gelombang

23. Jawaban: cDiketahui: y= 4 cos 2xsin 12tDitanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang:y= 2Acos kxsin aty= 4 cos 2xsin 12t2 x

= 2x= 1 m

12t= 2ft12 = 2f

f= 6v= f

= (1 m)(6 Hz)= 6 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang tersebut 6 m/s.

24. Jawaban: dDiketahui: m = 40 kg

= 200 mt = 10 s

Ditanyakan: FJawab:Gelombang terdeteksi kembali setelah menempuhjarak s= 2

= 2 200 m= 400 m

Dalam waktu t = 10 s, berarti cepat rambatgelombang adalah:

v=s

t=

40010 = 40 m/s

v =

F

m

v2 =F

m

F =2mv

=2(40 kg)(40 m/s)

200 m

= 320 NJadi, tegangan kawat tersebut 320 N.

25. Jawaban: bDiketahui: F1 = 64 N

f1 = ff2 = 2f


f =12

F

L

fsebanding dengan F

2

1

F

F= 2

1

f

f

F2 =2

1

2

f

fF1

=22f

f

64

= 4(64 N)= 256 N

Jadi, tegangan yang harus diberikan sebesar 256 N.

26. Jawaban: dDiketahui: fn = 360 Hz

fn + 1 = 600 Hz

fn + 2 = 840 Hz

Ditanyakan: f0Jawab:fn: fn + 1: fn + 2 = 360 : 600 : 840

= 3 : 5 : 7Perbandingan di atas menunjukkan perbandinganfrekuensi pipa organa tertutup untuk f1: f2: f3=3 : 5 : 7.

Untuk pipa organa tertutup, f0 dapat dihitungdengan perbandingan f0: f1= 1 : 3.

0

1

f

f= 1

3

f0 =13 (f1)

=13 (480 Hz)

= 160 HzJadi, nada dasar pipa organa tersebut sebesar 160 Hz.

27. Jawaban: cDiketahui: v = 345 m/s

f0 = 220 HzDitanyakan: terbukaJawab:Pipa organa tertutup:

tutup =14 0

=14 0

v

f

=14

345 m/s220 Hz

=345880 m

fn= (2n + 1)tutup4v

f2=

tutup

54

v

Pipa organa terbuka:

fn= (n + 1)buka2v

f3=

buka

42

v

=

buka

2v

f2organa tertutup = f1organa terbuka

f2 = f3

tutup

54

v

=

buka

2v

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

18/205

17Fisika Kelas XII

fs =850Hz(320)

340

= 800 HzJadi, frekuensi sirene kereta api 800 Hz.

B. Uraian

1. Diketahui: v = 4 m/sf = 5 HzA = 10 cmx = 3 mt = 2 sarah ke kiri

Ditanyakan: ypJawab:

yp = Asin 2f(t+x

v) cm

= 10 sin 2(5)(2 +34 ) cm

= 10 sin 27,5cm

= 10 sin (26+ 112 ) cm

= 10 sin (112 ) cm

= 10(1) cm= 10 cm

Jadi, simpangan titik P adalah 10 cm.

2. Diketahui: L = 1,2 mm = 4,8 g = 4,8 103kgf0 = 400 Hz0 = 80 cm = 0,8 m

Ditanyakan: FJawab:

f0 =02

v

v = (f0)(20)= (400 Hz)(2(0,8 m))= 640 m/s

=m

L

=34,8 10 kg

1,2 m

= 4 103kg/m

v2 =F

F = v2= (640 m/s)2(4 103kg/m)= 1.638,4 N

Jadi, tegangan pada dawai 1.638,4 N.

3. Diketahui: v = 4 m/sf = 16 HzA = 20 cm = 0,2 m

buka =85 tutup

=85

345880

m

= 0,63 m = 63 cm

Jadi, panjang pipa organa terbuka itu adalah 63 cm.

28. Jawaban: a

Diketahui: r1 = 100 mI1 = 8,10 106W/m2

r2 = 300 mDitanyakan: I2Jawab:

I = 24P

r

I~ 21r

2

1

I

I =2

12

2

r

r

I2

=2

100 m

300m

(8,10 106W/m2)

= (19 )(8,10 10

6W/m2)

= 9,00 105W/m2

Jadi, intensitas gelombang pada jarak 300 m darititik P sebesar 9,00 105W/m2.

29. Jawaban: bDiketahui: TIn = 60 dB

I0 = 1012W/m2

n = 100Ditanyakan: IJawab:TIn = TI + 10 log n60 = TI+ 10 log 10060 = TI+ 20TI = 40

TI= 10 log0

I

I

40 = 10 log 1210I

I = (1012)(104)= 108

Jadi, intensitas sebuah sirene sebesar 108W/m2.

30. Jawaban: dDiketahui: vs = 72 km/jam = 20 m/s

fp = 850 Hzv = 340 m/s

Ditanyakan: fsJawab:

fp =p

s

v v

v vfs

850 Hz =340 m/s

340 m /s 20 m /sfs

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

19/205

18 Gelombang

Ditanyakan: a. Persamaan gelombangb. Sudut fase dan fase gelombang

Jawab:

a. y= Asin 2(ftx

)

=v

f= 4 m/s

16Hz= 0,25 m

Oleh karena bergerak ke atas dan kanan,persamaannya menjadi

y= 0,2 sin 2 (16t0,25

x)

Jadi, persamaan gelombang di atas adalah

y= 0,2 sin 2 (16t0,25

x).

b. = 2 (16t0,25

x)

= 2 (16(0,2) 0,60,25

)

= 2 (3,2 2,4)= 288

Jadi, sudut fase gelombang sebesar 288. = 16t

0,25x

= 2,4

Jadi, fase gelombang 2,4 N.

4. Diketahui: y = 4 sin (ax bt)v = 40 m/sa = 0,1

Ditanyakan: bdan persamaannya

Jawab:Persamaan umum gelombangy= Asin (kx t)y= 4 sin (ax bt)k= a= (0,1) = 0,1

k= 2

0,1= 2

=2

0,1

= 20 m

f = v

=40 m/s20 m

= 2 Hz

= bb=

= 2f

= (2)(2 Hz) = 4

= (4) = 4y = Asin (kx t)

= 4 sin (0,1x 4t)= 4 sin (0,1x 4t)

Jadi, b = 4 dan persamaan gelombangy= 4 sin (0,1 4t).

5. Diketahui: = 160 cmf = 5 HzA = 20 cm = 0,2 mv = 0,8 m/sOP = 154 cm

Ditanyakan: a. Asb. Letak simpul ke-3 dan perut ke-5

Jawab:

a. x= OP = (160 154) cm = 6 cm = 0,06 m

=v

f=

0,8 m/s5 Hz

= 0,16 m

k=2

=2

0,16m

= 12,5/m

As = 2Asin kx= 2(0,2 m) sin (12,5)(0,06)= 0,4 m sin 135

= (0,4 m)( 12

2 )

= 0,2 2 m

Jadi, amplitudo gelombang sebesar 0,2 2 m.b. Simpul ke-3 (n+ 1 = 3 n= 2)

xn+ 1 = 2n0,16m

4

x3 = 2(2)(0,16m)

4= 0,16 m= 16 cm

Jadi, letak simpul ke-3 adalah 16 cm.

6. Diketahui: Tl2 = 40 dBuntuk 10 sumber bunyil0 = 10

12W/m2

n = 100

Ditanyakan: TlJawab:Tl= Tl1+ 10 log 1040 = Tl1+ 10Tl1 = 30 dBTl = Tl1+ 10 log n

= 30 dB + 10 log 100= 30 dB + 20 dB= 50 dB

Jadi, taraf intensitas bunyi sebesar 50 dB.

7. Diketahui: P = 104Wr = 5 mTI = 40 dBI0 = 10

12W/m2

Ditanyakan: a. Ib. r

Jawab:

a. I = 24P

r

=4

210 W

(4 )(5m)

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

20/205

19Fisika Kelas XII

=4

210 W

100 m

= 106W/m2

Jadi, intensitas bunyi yang diterima pendengarsebesar 106W/m2.

b. TI0 = 10 log0

I

I

= 10 log 6121010

dB

= (10)(6) dB= 60 dB

TI= TI0+ 10 log2

12

2

r

r

40 = 60 + 10 log2

22

(5m)

r

20 = 10 log 22

25r

2 = log 22

25

r

102 = 22

25r

r22 = 2

2510

= 2.500r2 = 50

Jadi, jarak pendengar 50 m.

8. Diketahui: vs = 25 m/sfs = 500 Hzv = 340 m/sv

p= 0

Ditanyakan: a. fpsebelum bus sampai di halte

b. fpsetelah bus melewati halteJawab: +a. S vs= P vp= 0

maka:

fp =p

s

+

v v

v vfs

fp = sv

v v fs

=340

340 25 (500 Hz)

= 539,68 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar ketika busmendekati penumpang adalah 539,68 Hz.

b. vp= 0 vs= + P Smaka:

fp =s+

v

v vfs

=340

340 + 25 (500 Hz)

= 465,75 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar ketika busmelewati halte adalah 465,75 Hz.

9. Diketahui: v = 320 m/sf0 = 180 Hz

Ditanyakan: Lsaat f0Jawab:

f0= 2v

L

L=02

v

f=

320 m/s

2(180 Hz)= 0,88

Pipa organa tertutup

f0= 4v

L

L =04

v

f

=320 /s

4(180 Hz)

= 0,44 mPanjang minimum pipa organa terbuka 0,88 m,sedangkan pipa organa tertutup 0,44 m.

10. Diketahui: fs = 600 Hzfp = 500 Hzvp = 5 m/sv = 340 m/s

Ditanyakan: vsJawab:

fp =p

s

+

v v

v v

fs

fp =p

s

+

v v

v v

fs

500 Hz =s

340 m/s 5 m/s340 m/s + v

(600 Hz)

170.000 + 500vs = 201.000500vs = 201.000 170.000 = 31.000

vs =31.000

500 m/s = 62 m/s

Jadi, kecepatan sumber bunyi sebesar 62 m/s.

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

21/205

20 Cahaya

Standar Kompetensi


Kompetensi Dasar Nilai Indikator

1. Menerapkan konsepdan prinsip gejalagelombang dalammenyelesaikan masalah.

1.2 M e nd e sk r ip s ik a ngejala dan ciri-cirigelombang bunyi dancahaya.

1.3 Menerapkan konsepdan prinsip gelombangbunyi dan cahayadalam teknologi.

Rasa ingintahu

Mencari informasi mengenai penerapan cahayadalam bidang teknologi seperti kacamata polaroid.

Pada bab ini akan dipelajari:1. Teori Mengenai Cahaya

2. Sifat-Sifat Cahaya

Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombangcahaya serta menerapkannya dalam teknologi

Cahaya

Siswa mampu mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang cahaya serta menerapkannya

dalam teknologi

Menjelaskan teori cahaya Menjelaskan sifat-sifat cahaya Menentukan besaran-besaran yang dialami cahaya Membuktikan dispersi cahaya dalam suatu

kegiatan

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

22/205

21Fisika Kelas XII

A. Pilihan Ganda

1. Jawaban: bMenurut teori Maxwell, cepat rambat gelombangelektromagnet sama dengan cepat rambat cahayasebesar 3 108m/s. Jadi, Maxwell berkesimpulanbahwa cahaya adalah gelombang elektromagnet.

2. Jawaban: eMenurut Albert Einstein, efek fotolistrik membukti-kan bahwa cahaya dapat memiliki sifat sebagaipartikel dan gelombang elektromagnetik yangdisebut sebagai sifat dualisme cahaya.

3. Jawaban: cMenurut teori Maxwell, cepat rambat gelombangelektromagnetik sama dengan cepat rambatcahaya sebesar 3 108m/s.

Gejala fotolistrik menjelaskan bahwa cahaya dapatmemiliki sifat sebagai partikel dan gelombangelektromagnetik (dualisme cahaya) yang tidakdapat terjadi secara bersamaan.Thomas Young dan Fresnel menyatakan bahwacahaya dapat melentur dan berinterferensi.Zeeman membuktikan bahwa medan magnet yangkuat memengaruhi berkas cahaya.Stark membuktikan bahwa medan listrik yangsangat kuat memengaruhi berkas cahaya.

4. Jawaban: cBunyi hukum pemantulan cahaya:

1) sinar datang, garis normal, dan sinar pantulterletak pada satu bidang datar;

2) besar sudut datang sama dengan sudut pantul.

5. Jawaban: bMedium kaca lebih rapat dibandingkan mediumudara. Sesuai dengan hukum pembiasan cahaya,sinar datang dari medium rapat menuju mediumkurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal.

6. Jawaban: bDiketahui: i = 90 45 = 45

nk=

8

5nu = 1

Ditanyakan: r(sudut bias)Jawab:

nusin i= nksin r

(1)(sin 45)= (85 ) sin r

(1)12

2 = 85 sin r

sinr=12

85

2sin r= 0,44

=2(5)

2(8) r= 26

Jadi, sudut rsebesar 26.

7. Jawaban: bDifraksi cahaya didefinisikan sebagai penguraiancahaya putih (polikromatik) menjadi cahayaberwarna-warni (monokromatik). Dispersi terjadijika cahaya melewati sebuah medium tertentuseperti air hujan, prisma, dan gelas.

8. Jawaban: aTerang pusat dibatasi oleh dua garis gelap pertama(setengah kiri dan kanan) Oleh karena itu, lebarterang pusat sebesar 2 y. Sedangkan pada terangpertama hanya dibatasi oleh gelap ke-2, sehinggalebar terang pertama sebesar y. Jadi, lebar terangpusat adalah 2 kali lebar terang pertama.

9. Jawaban: dInterferensi maksimum orde ke-nadalah:

dsin = nataudsin = (2n)12

d sin sebesar 2n dari setengah panjanggelombang.

10. Jawaban: eDiketahui: N = 20.000 garis/cm

Ditanyakan: dJawab:

d = 1N

=1

20.000 garis/cm

= 5 105cm= 5 107m

Jadi, nilai konstanta kisi difraksi tersebut sebesar5 107m.

11. Jawaban: bHasil dari percobaan Young dapat diperoleh

persamaan:ny d

L= n

yn = jarak antara terang pusat dengan terang ke-nd = jarak antara dua celahL = jarak celah ke layar = panjang gelombang

12. Jawaban: bDiketahui: = 500 nm = 5 107m

d = 0,10 mm = 1 104mn = 4

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

23/205

22 Cahaya

2.

Keterangan: i = sudut datangr = sudut biasN = garis normaln1 = indeks bias medium 1n2 = indeks bias medium 2

Proses pembiasan cahaya:a. sinar datang dari medium kurang rapat ke me-

dium yang lebih rapat, sinar dibiaskanmendekati garis normal;

b. sinar datang dari medium lebih rapat ke me-dium yang kurang rapat, sinar dibiaskanmenjauhi garis normal;

c. sinar datang tegak lurus bidang batas tidakdibiaskan, tetapi diteruskan.

3. Diketahui: l = 620 nm = 6,2 107md = 0,025 mm = 2,5 105mn = 2

Ditanyakan: 2Jawab:dsin 2 = n

sin 2 =n

d

sin 2 =7

52(6,2 10 )(2,5 10 )

= 0,04962 = 2,8

Sudut simpang pita gelap ke-2 sebesar 2,8.

4. Diketahui: d = 0,5 mm = 5 104mL = 100 cm = 1 my = 0,4 mm = 4 104mn = 1

Ditanyakan: Jawab:

ydL = n

= ydnL

=4 4(4 10 )(5 10 )

(1)(1m)

= 2 107mPanjang gelombang yang digunakan 2 107m.

Ditanyakan: Jawab:

dsin = n(1 104m) sin = 4(5 107m)

sin =6

42 10 m1 10 m

sin = 0,02= 1,15

Jadi, sudut deviasi orde keempat sebesar 1,15.

13. Jawaban: cDiketahui: y = 3 102m

d = 0,2 103mL = 2 mn = 2

Ditanyakan: Jawab:

y d

L= n

2 3(3 10 m) (0,2 10 m)2 m

= 2

2= 3 106m

=63 10

2

m

= 1,5 106m= 1.500 nm

Jadi, panjang gelombangnya 1.500 nm.

14. Jawaban: cDiketahuai y= 0,3 mmAntara terang ke-2 dengan gelap ke-4 terdapatgelap ke-3, terang ke-3, gelap ke-4 sehinggajaraknya 3 y= 3 0,3 mm = 0,9 mm.

15. Jawaban: dCara memperoleh cahaya terpolarisasi sebagaiberikut.1) Penyerapan selektif2) Pembiasan ganda3) Pemantulan4) Hamburan

B. Uraian

1. Sifat-sifat cahaya:a. cahaya dapat mengalami pemantulan (refleksi);

b. cahaya dapat mengalami pembiasan (refraksi);c. cahaya dapat mengalami pemaduan ataupenjumlahan (interferensi);

d. cahaya dapat mengalami pelenturan (difraksi);e. cahaya dapat mengalami penguraian (dispersi);f. cahaya dapat mengalami pengutuban (polarisasi).

i

r

n1

n2

N

Sinar datang

Sinar bias

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

24/205

23Fisika Kelas XII

A. Pilihan Ganda

1. Jawaban: cPercobaan yang dilakukan Johannes Stark

membuktikan bahwa medan listrik yang kuatmemengaruhi berkas cahaya.

2. Jawaban: bSifat dualisme cahaya menunjukkan bahwa cahayabersifat sebagai gelombang elektromagnetik danpartikel. Ketika cahaya menumbuk suatu materialdan mengeksitasi satu partikel, maka cahayabersifat sebagai partikel.

3. Jawaban: aMenurut Planck cahaya adalah paket-paket kecilyang disebut kuanta, sedangkan paket-paketenergi cahaya disebut foton.

4. Jawaban: bPembiasan cahaya adalah peristiwa pembelokanarah rambatan cahaya karena melewati mediumyang berbeda. Pemantulan cahaya adalahpembalikan arah rambatan cahaya saat cahayamengenai permukaan benda yang mengilap.Penyebaran dan pengumpulan cahaya terjadi padalensa dan cermin lengkung. Polarisasi cahaya yaituperistiwa terserapnya sebagian arah getar cahaya.

5. Jawaban: eDiketahui: i = 90 60 = 30

Ditanyakan: rJawab:Sudut datang = sudut pantul

i = r30 = r

r = 30Jadi, sudut pantul cermin sebesar 30.

6. Jawaban: cBayangan kabur terjadi karena cahaya mengalamidifraksi. Cahaya melentur setelah melewatipenghalang atau celah sempit sesuai dengan sifatgelombang.

7. Jawaban: cPola terang muncul apabila terjadi interferensimaksimum dan dua gelombang mempunyai fasesama sehingga beda lintasannya sama dengan nol.

8. Jawaban: bWarna-warna indah pada permukaan minyakditimbulkan oleh adanya gejala interferensi karenaperbedaan fase.

9. Jawaban: eCahaya koheren adalah cahaya yang dihasilkanoleh satu sumber. Dua lampu yang sama sangatmungkin menghasilkan kecerahan yang berbeda.

10. Jawaban: aPola gelap terang timbul akibat adanya fasecahaya. Pola terang terjadi jika dua gelombangcahaya yang sefase berpadu. Pola gelap terjadijika dua gelombang cahaya berbeda fase sebesar180.

11. Jawaban: dSudut datang yang mengakibatkan sinar pantulterpolarisasi disebut sudut polarisasi. Sudut kritis

atau sudut ambang adalah sudut datang yangmengakibatkan terjadinya pemantulan sempurna.

12. Jawaban: b

5. Diketahui: = 500 nm = 5 107mL = 1 mn= 2y= 4 cm = 4 102m

Ditanyakan: dJawab:

sin =y

L

sin =24 10 m

1m

= 4 102

sin = 4 102

dsin = n

d = sinn

=7

22(5 10 m)

4 10

= 2,5 105m

Jadi, lebar celah 2,5 105m.

KuningHijauMerahBiruUngu

580600495580640750440495400440

Warna Panjang Gelombang (nm)

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

25/205

24 Cahaya

Warna cahaya yang memiliki panjang gelombanglebih besar akan mengalami pelenturan lebih besardaripada warna cahaya yang memiliki panjanggelombang lebih kecil. Jadi, urutan warna cahayayang mengalami pelenturan dari yang paling besarhingga terkecil adalah: merah, kuning, hijau, biru,dan ungu 3), 1), 2), 4), dan 5).

13. Jawaban: eDiketahui:

g

u

n

n = 3

Ditanyakan: idan rJawab:

sinsin

i

r= g

u

n

n

3 =sinsin

i

r

Misalkan diambil nilai i= 60 dan r= 30 maka

3 =o

osin60sin30

3 =12

12

3

3 = 3

sehingga dapat diambil nilai sudut datang dansudut bias masing-masing 60 dan 30.

14. Jawaban: aDiketahui: nu = 1

n

= 1,8i = 90 45 = 45

Ditanyakan: v

Jawab:Cepat rambat cahaya di udara 3 108m/s.

nuvu = nv

v =

u u

n v

n =81(3 10 )

1,8 = 1,67 108m/s

Cepat rambat cahaya dalam larutan gula1,67 108m/s.

15. Jawaban: bDiketahui: i = 30

na = 1,75Ditanyakan: rJawab:

nusin i= nasin r

sin r= ua

sinn in

=1(sin 30 )

1,75

sin r = 0,28= 16,6

Jadi, sendok akan terlihat membengkok dengansudut 16,6.

16. Jawaban: aDiketahui: N = 6.000 garis/cmDitanyakan: dJawab:

d =1N

=1

6.000 garis/cm

= 1,67 104cm= 1,67 106mJadi, konstanta kisi tersebut 1,67 106m.

17. Jawaban: dDiketahui: = 2 106m

d = 4 106mn = 2

Ditanyakan: 2Jawab:dsin 2 = n

sin 2 =n

d

=

6

62(2 10 )(4 10 )

sin 2 = 12 = 90

Sudut orde kedua sebesar 90.

18. Jawaban: aDiketahui: N = 1.500 garis/cm

1 = 30n = 1

Ditanyakan: Jawab:

d =1N

=1

1.500 garis/cm

= 6,7 104cm = 6,7 106m

dsin 1 = n

=sindn

=6(6,7 10 m)(0,5)

1

= 3,35 106 mJadi, panjang gelombang cahaya tersebut3,35 106 m.

19. Jawaban: dDiketahui: = 3,5 107m

2 = 14,5

n = 2Ditanyakan: dJawab:

dsin 2 = n

d=2sin

n

=72(3,5 10 )

sin14,5

=72(3,5 10 )

0,25

= 2,8 106m

Jadi, tetapan kisi tersebut 2,8 106m.

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

26/205

25Fisika Kelas XII

20. Jawaban: dDiketahui: y = 5 mm = 5 103m

L = 3 md = 2 mm = 2 103mn = 1

Ditanyakan: Jawab:

yd

L = n

=yd

nL

=3 3 2((5 10 )(2 10 )) m(1)(3 m)

= 3,3 106m = 3.300 nmJadi, panjang gelombang yang digunakan 3.300 nm.

21. Jawaban: cDiketahui: = 100 nm = 1 107m

d = 1 mm = 1 103mn = 2L = 2 m

Ditanyakan: yJawab:yd

L= n

y=n L

d

=

7

32(1 10 m)(2m)

(1 10 )m

= 4 104m= 4 102cm

Jadi, jarak terang ke-2 dengan terang pusat4 102cm.

22. Jawaban: a

Diketahui: = 250 nm= 2,50 107mL = 3 md = 0,5 mm

= 5 104mn = 1

Ditanyakan: yJawab:

y=n L

d

=7

4

1(2,5 10 m)(3 m)

5 10 m

= 1,5 103m

= 1,5 mmJarak dua pita terang yang berdekatan 1,5 mm.

23. Jawaban: bDiketahui: = 300 nm = 3 107m

y = 10 mm = 1 102mL = 2 mn = 4

Ditanyakan: d

Jawab:yd

L= n

d=n L

y

=7

24(3 10 m)(2m)

(1 10 )m

= 2,4 104m

Jadi, jarak kedua celah 2,4 104m.

24. Jawaban: cDiketahui: N= 4 105garis/m

= 37 (tan 37 =34 )

n = 2Ditanyakan: Jawab:

d =1N

= 51

4 10 garis/m = 2,5 106m

dsin = n

= sind n

=365

(2,5 10 m)( )

2

= 7,5 107mPanjang gelombang cahaya yang digunakansebesar 7,5 107m.

25. Jawaban: cDiketahui: = 300 nm = 3 107m

N= 1.000 garis/mmDitanyakan: nJawab:

d = 1N

= 11.000 garis/mm = 1 103mm = 1 106m

Orde maksimum jika nilai sin = 1, karena nilaisinus maksimum adalah 1.

dsin = n

n=sind

=6

7(1 10 )3 10

= 3,33

3 (dibulatkan ke bawah)Orde maksimum yang masih dapat diamati yaitu 3.

26. Jawaban: d

Diketahui: y = 2 mm = 2 103md = 0,5 mm = 5 104mL = 200 cm = 2 mn = 3

Ditanyakan: 3Jawab:

sin =y

L=

32 10 m2 m

= 0,001

= 0,057Jadi, sudut yang dibentuk antara terang pusatdengan terang orde ketiga sebesar 0,057.

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

27/205

26 Cahaya

30. Jawaban: eDiketahui: n = 1,4

= 5.400 = 5,4 107mDitanyakan: tJawab:Tebal lapisan minimum untuk interferensikonstruktif cahaya yang dipantulkan pada m = 0sehingga:

2nt= (m+ 12 )

t = 4n

=7(5,4 10 )

4(1,4)

= 96,4 nm

Tebal minimum lapisan gelembung sabun 96,4 nm.

B. Uraian

1. Difraksi adalah peristiwa pelenturan cahaya ataumenyebarnya cahaya karena dirintangi oleh celahyang sempit. Cahaya akan membentuk garis gelap

terang pada layar dengan pola tertentu.2. Interferensi cahaya adalah perpaduan antara dua

buah gelombang cahaya atau lebih.Syarat terjadinya interferensi cahaya yaitu sumbercahaya harus koheren. Koheren artinya cahayaharus berasal dari satu sumber cahaya.

3. Diketahui: d = 0,2 mm = 2 104mL = 25 cm = 0,25 my = 1 mm = 1 103mn = 2

Ditanyakan:

Jawab:ydL

= n

=yd

Ln=

3 4(1 10 m)(2 10 m)(0,25 m) 2

= 4 108m = 40 nmJadi, panjang gelombang sinar monokromatiktersebut 40 nm.

4. Diketahui: = 5.400 = 5,4 107md= 2.000 garis/cm

Ditanyakan: nmaksimum(nm)Jawab:

d = 1N

= 12.000 garis/cm = 5 106m

dsin = n

n=sind

Orde maksimum yang mungkin terlihat pada layar,terjadi jika sin maksimum yaitu sin = 1,sehingga:

n =6

-7(5 10 m)(1)(5,4 10 m)

9

Orde maksimum yang mungkin terlihat adalah 9.

27. Jawaban: cDiketahui: y1 = 0,05 m

1 = 3.000 = 3 107m

2 = 6.000 = 6 107m

Ditanyakan: y2Jawab:yd

L= n

d=n L

y

d1 = d21

1

n L

y

= 2

2

n L

y

1

1y

= 2

2y

y2 =2 1

1

y

=7

7(6 10 m)(0,05m)

(3 10 m)

0,1 m = 10 cm

Jadi, jarak pisah ymenjadi 10 cm.

28. Jawaban: aDiketahui: y = 10 cm = 0,01 m

L = 80 cm = 0,08 mn = 1 = 5.000 = 5 107m

Ditanyakan: dJawab:

dy

L= n

d =nL

y

=

7(1)(0,08 m)(5 10 m)0,08m

= 4 106m = 4 103mm

N = 1d= 314 10 mm = 250 garis/mmKisi memiliki 250 garis/mm.

29. Jawaban: eDiketahui: d = 0,2 mm = 2 104m

L = 0,5 m = 600 nm = 6 107mn = 5

Ditanyakan: y5Jawab:

5y d

L= 1

2n

+

y5 = 12n

+ L

d

= 12

5

+7

4(6 10 m)(0,5)m

2 10 m

= 8,25 103mJadi, jarak gelap kelima dengan terang pusat8,25 103m.

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

28/205

27Fisika Kelas XII

5. Diketahui: = 750 nm = 7,5 107md = 1 105mn = 3

Ditanyakan: Jawab:dsin = n

sin = nd

=7

53(7,5 10 m)

10 m

sin = 0,225 = 13,003

Jadi, sudut adalah 13,003.

6. Diketahui: = 2,5 107md = 3,2 104mL = 1,6 mn = 3

Ditanyakan: yJawab:

ydL

= 12

n

+

y = 12

n

+ Ld

= 12

3

+7

4(2,5 10 m)(1,6m)

(3,2 10 m)

= 4,375 103mJadi, jarak gelap ke-3 dengan terang pusat4,375 103m.

7. Diketahui: d = 1 106m = 45

n = 2Ditanyakan: Jawab:

dsin = n

=sindn

=162

(1 10 m)( 2)

2

= 3,5 107mJadi, panjang gelombang yang digunakan3,5 107m.

8. Diketahui: D= 2,0 mm = 2,0 103

m = 500 nm = 5 107mna= 1,33nu= 1

Ditanyakan: m

Jawab:Sudut resolusi minimum terjadi ketika interferensiminimum yaitu pada gelap 1 (n = 1).unu = ana

a =u u

a

n

n

=7(5 10 m)(1)

1,33

= 3,76 107m

m = 1,22 D

= 1,227

3(3,76 10 m)

(2 10 m)

= 2,29 104rad

Jadi, sudut resolusi minimum lensa mata2,29 104rad.

9. Diketahui: dm = 122 cm = 1,22 mD = 3 mm = 3 103m = 500 nm = 5 107m

Ditanyakan: LJawab:

dm =1,22 L

D

L = m1,22d D

=3

7(1,22m)(3 10 m)

1,22 (5 10 m)

= 0,6 104m= 6.000 m

Jadi, jarak paling jauh agar lampu dapat dibedakan

sebagai lampu terpisah adalah 6.000 m.10. Diketahui: = 4.750

n = 1,5Ditanyakan: tJawab:Terjadi gejala hitam berarti terjadi interferensiminimum.

(m+12 )= 2n t

(0 +12 )= 2n t

1

2

(4.750 ) = 2(1,5)t

t=2.375

3= 792

Jadi, tebal selaput sabun 792 .

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

29/205

28 Ulangan Tengah Semester 1

Jawab:a. Persamaan umum gelombang stasioner

y= 2Acos kxsin ty = 40 cos 2xsin 100tDari soal, 2A= 40 A= 20Pernyataan 1) salah.

b. = 2f

f = 2

=1002

= 50 HzPernyataan 2) benar.

c. =2k

=22

= 1 mPernyataan 3) salah.

d. v= f = (1 m)(50 Hz)= 50 m/s

Pernyataan 4) benar.

6. Jawaban: cDiketahui: A = 10 cm = 0,1 mf = 20 Hz

Ditanyakan: vJawab:Terbentuk 8 perut berarti ada 4 gelombang. Jarakantara kedua ujung tali 4 m, berarti panjanggelombangnya adalah:

=4 m4 = 1 m

v= f= (1 m)(20 Hz) = 20 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang tersebut 20 m/s.

7. Jawaban: bDiketahui: = 3 m n+ 1 = 3

3 = 3 n= 2

=3m3 = 1 m

Ditanyakan: x3Jawab:Letak perut dari ujung terikat:

x3 = (2n+ 1)14 = (2(2) + 1)

14 (1 m) =

54 m = 1,25 m

Jadi, perut ketiga terletak pada jarak 1,25 m.

A. Pilihan Ganda

1. Jawaban: bGelombang tali termasuk gelombang transversal,sedangkan gelombang bunyi termasuk gelombanglongitudinal. Gelombang cahaya termasukgelombang elektromagnetik.

2. Jawaban: d

Diketahui: T =1

12 s

v = 360 m/s

Ditanyakan: Jawab:

= vT= (360 m/s)(1

12 s) = 30 m

Panjang gelombang bunyi tersebut 30 m.

3. Jawaban: cDiketahui: y= 5 sin 10t

t = 6 sDitanya: fJawab:y = Asin ty = 5 sin 10t

= 102f= 10

f =102 =

5

Frekuensi getaran benda sebesar5

Hz.

4. Jawaban: bDiketahui: A = 102m

T = 0,2 sAB = 0,3 mv = 2,5 m/s

Ditanyakan:

Jawab: = v T= (2,5 m/s)(0,2 s) = 0,5 m

=

x2=

0,3m0,5m

(2) =65

rad

Beda fase antara titik A dan B pada saat tertentu

adalah65

rad.

5. Jawaban: dDiketahui: y= 40 cos 2xsin 100tDitanyakan: pernyataan yang benar

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

30/205

29Fisika Kelas XII

12.Jawaban: aDiketahui: s10 = 1,52 m

f = 50 HzDitanyakan: vJawab:Pada ujung bebas syarat terbentuk simpul:

sn + 1 = (2n+ 1)14

s10 = (2(9) + 1)14

1,52 m =194

= (1,52 m)419

= 0,32 mv= f

= (0,32 m)(50 Hz)= 16 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 16 m/s.

13. Jawaban: a

Frekuensi nada dasar diperoleh ketika panjang kolomudara sama dengan setengah panjang gelombang.

14. Jawaban: bDiketahui: 1 = 5 cmDitanyakan: 2Jawab:Resonansi pada tabung analog dengan pipa organatertutup terjadi pada panjang kolom udara yangmemenuhi perbandingan berikut.1: 2: 3= 1 : 3 : 5Jadi, 2= 31= 3 5 cm = 15 cm.

15. Jawaban: cDiketahui: RAC= RARB = (12 RA)PA = 1,2 WPB = 0,3 W

Ditanyakan: RCJawab:Misalkan jarak C dari A dalah rA.

Agar di C intensitas bunyi dari A sama denganintensitas bunyi dari B, maka:IA = IB

A2

A

P

R= B2

B

P

R

2A

1,2R

= 2A

0,3(12 ) R

2A

4R

= 2A

1(12 ) R

8. Jawaban: cDiketahui: = 6 m = 600 cm

n+ 1= 4 n= 3OX = 110 cm

Ditanyakan: Jawab:s3 = OX = 600 cm 110 cm = 490 cm

s(n + 1) = (2n + 1) 4

s4 = (2(3) + 1) 4

490 cm = 74

= 4(490 cm)7 = 280 cm

Panjang gelombang tali tersebut 280 cm.

9. Jawaban: dDiketahui: f = 33 kHz = 33.000 Hz

t = 100 ms = 0,1 sv= 340 m/s

Ditanyakan: xJawab:

x = 2vt = (340 m/s)(0,1s)2 = 17 m

Jarak kelelawar dari benda 17 m.

10. Jawaban: bDiketahui: f = 340 Hz

= 1,2 mDitanyakan: vJawab: = 2

2= 1,2 m= 0,6 m

v = f= (340 Hz)(0,6 m) = 204 m/sKecepatan rambatan gelombang 204 m/s.

11.Jawaban: eDiketahui: nada dasar = f0

f0 = 2f0Ditanyakan: FJawab:

v = Fm

1

2

v

v

=2

1

F

m

Fm

0

0f

f

=1

2

F

F

0

02

f

f= 1

2

2

F

F

20

204

f

f= 1

2

F

F

F2 = 4F1Tegangan senar diubah menjadi 4 kali semula.

AC

B

rA

rB= (12 rA) m

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

31/205


Jawab:Pipa organa terbuka:

fn =1

2+

nv

f1 =1 12+

v=

v=

340 m/s1m = 340/s = 340 Hz

Frekuensi nada atas pertama pada pipa organa

terbuka sebesar 340 Hz.Pipa organa tertutup:

fn =(2 1)

4+

nv

f1 =2 (1) 14(1m)

+(340 m/s)= 255 /s = 255 Hz

Frekuensi nada atas pertama pada pipa organatertutup sebesar 255 Hz.

20. Jawaban: cDiketahui: fp = 680 Hz

fs = 640 Hz

v = 340 m/svp = 0

Ditanyakan: vsJawab:

fp =p

s

v v

v vfs

680 Hz =s

340 m/s(340 m/s )v (640 Hz)

340 m/s vs=(340 m/s)(640 Hz

2

)680 Hz

340 m/s vs

= 320 m/svs = 20 m/s

Jadi, kecepatan ambulans tersebut 20 m/s.

21. Jawaban: bDiketahui: N= 5.000 garis/cm = 5 105garis/m

= 30n = 2

Ditanyakan: Jawab:

dsin = n

1N

sin = n

5 1(5 10 garis / m) sin 30 = 2

(2 106m)(12 ) = 2

= 5 107m= 5 105cm

Jadi, panjang gelombang orde ke-2 adalah5 105cm.

22. Jawaban: cDiketahui: = 5 107m

= 30n = 2

A

2R

=A

112R

24 2RA= RA24 = RA+ 2RARA = 8 m dan RB= 12 8 = 4 m

Titik C terletak 8 m dari A dan 4 m dari B.

16. Jawaban: dDiketahui: TI1 = 80 dB

n = 10Ditanyakan: TIAJawab:TIA = TI1+ 10 log n

= 80 dB + 10 log 10= 80 dB + 10= 90 dB

Jadi, taraf intensitas bunyi sebesar 90 dB.

17. Jawaban: cDiketahui: I = 106W/m2

I0 = 10

12

W/m

2

Ditanyakan: TIJawab:

TI = 10 log0

I

I dB

= 10 log6 2

12 210 W/m

10 W/m

dB

= 10 log 106dB= (10)(6) dB= 60 dB

Jadi, taraf intensitas sumber bunyi tersebut 60 dB.

18. Jawaban: c

Diketahui: fp1 = 676 Hzfs = 676 Hz

v = 340 m/s

vs = 2 m/s

vp = 0 (diam)

Ditanyakan: fLJawab:

fp2= p

s

+v vv v

fs

=340 m/s + 0

340 m/s 2 m/s (676 Hz)

= 340 m/s338 m/s (676 Hz)

= 680 Hz

fL = fp2 fp1

= 680 Hz 676 Hz = 4 Hz

Frekuensi layangan bunyi sebesar 4 Hz.

19. Jawaban: cDiketahui: = 1 m

v = 340 m/sDitanyakan: a. fterbuka

b. ftertutup

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

32/205

31Fisika Kelas XII

Ditanyakan: NJawab:

dsin = n

1N

sin 30 = 2(5 107 m)

1N

12

= 106m

N= 5 105/m = 5 103garis/cmKisi memiliki jumlah garis per cm kisi sebanyak5 103garis/cm.

23. Jawaban: dDiketahui: jarak titik api = jarak celah ke layar

= = 40 cm = 0,4 md = 0,4 mm = 4 104my= 0,56 mm = 5,6 104m

Ditanyakan: lJawab:

y d=

4 4(5,6 10 m)(4 10 m)0,4m

=

= 5,6 107mPanjang gelombang cahaya sebesar 5,6 107m.

24. Jawaban : aDiketahui: d = a

= 5.890 = 30

Ditanyakan: aJawab:Orde pertama difraksi maksimum pada celahtunggal diperoleh saat:

d sin =12

a12

=12

a = = 5.890 Jadi, lebar celah 5.890 .

25. Jawaban: cDiketahui: d = 0,01 mm = 1 105m

= 20 cm = 0,2 m2y= 7,2 mm = 7,2 103 my = 3,6 mm = 3,6 103m

m = 1Ditanyakan: Jawab:Dari soal m= 1

y d= (m

12 )

3 5(3,6 10 m)(1 10 m)0,2m

=12

1,8 107m =12

= 3,6 107m = 360 nmJadi, panjang gelombang cahaya sebesar 360 nm.

26. Jawaban: bDiketahui: nk = 1,5

i = 30n = 1

Ditanyakan: vkJawab:sinsin

i

r= u

k

v

v

Oleh karena vu= uc

n dan vk= kc

n , maka:

u

k

v

v= u

k

cn

cn

u

k

v

v= k

u

n

n

vk =u

k

n

nvu=

11,5 (3 10

8m/s) = 2 108m/s

Kecepatan cahaya di dalam kaca 2 108m/s.

27. Jawaban: eDiketahui: i = 30

np =43

Ditanyakan: rJawab:npsin i= nusin r

sin r=431 (sin 30) =

43 (

12 ) =

23

r= 41,8Saat keluar dari prisma, cahaya membentuk sudut41,8, sudut yang dibentuk terhadap sudut datang41,8 + 30 = 71,8.

28. Jawaban: aDiketahui: = 4.000 = 4 107m

= 30Ditanyakan: dJawab:dsin = n

d = sinn

=

7

12

1(4 10 m)= 8 107m

Lebar celah yang digunakan 8 107m.

29. Jawaban: aDispersi merupakan proses peruraian cahaya.Interferensi cahaya adalah perpaduan dua buahsumber cahaya menjadi satu. Polarisasi cahayaadalah terserapnya sebagian arah getar cahaya.Refraksi cahaya disebut juga pembiasan cahaya,yaitu pembelokan arah rambat cahaya ketikamelewati dua medium cahaya. Refleksi cahayaadalah pemantulan cahaya.

30. Jawaban: dDiketahui: = 400 nm = 4 104mm

= 30n = 3

Ditanyakan: d

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

33/205


Jawab:

dsin = (2n+ 12 )

d =12(2 )

sin+

n

=41

2(2 (3) )4 10

sin 30

+ = 5,2 10

3mm

Jarak kedua celah adalah 5,2 103mm.

31. Jawaban: bDiketahui: = 6,5 107m

L = 1 md= 1mm = 1 103m

Ditanyakan: jarak gelap ketiga dan terang kelimaJawab:Untuk semua garis berlaku:y d

L= ; ymerupakan jarak gelap berurutan atau

terang berurutan.Jarak gelap ketiga dan terang kelima:

Jarak gelap ketiga dan terang kelima = 212 y.

y d

L=

y =73

(6,5 10 m)(1m)10 m

= 6,5 104m

y= 6,5 104m

G3T5 = 212 y

=52 (6,5 10

4m)

= 16,25 104m= 16,25 101mm = 1,625 mm

Jadi, jarak antara gelap ke-3 dan terang ke-5 sejauh1,625 mm.

32. Jawaban: e

Diketahui: d = 0,1 cm = 103mL = 60 cm = 0,6 my = 0,048 cm = 4,8 102m

Ditanyakan: Jawab:

y d

L=

2 3(4,8 10 m)(10 m)0,6m

=

= 8 107m = 800 nmJadi, cahaya yang digunakan memiliki panjanggelombang sebesar 800 nm.

33. Jawaban: aDiketahui: = 6.000 = 6 107m

L = 1 md = 4 mm = 4 103m

Ditanyakan: yJawab:

y=L

d

=

7

3(6 10 m)(1 m)

(4 10 m)

= 1,5 104m = 1,5 102cmJadi, jarak antara dua buah garis terang yangberdekatan pada layar tersebut 1,5 102cm.

34. Jawaban: dDiketahui: = 400 nm = 4 107m

= 90 (maksimum)N= 5 105garis/meter

Ditanyakan: nJawab:

d =1N

= 51

5 10 garis /m= 2 106m

dsin 30 = n n = sind

=6

7(2 10 m)(sin 90 )

4 10 m

= 5Spektrum orde tertinggi yang diamati yaitu 5.

35. Jawaban: cDiketahui: d = 0,1 mm

L = 100 cm = 1.000 mmy = 2,95 mmn = 0

Ditanyakan: Jawab:yd

L=

2 12+

n

d y

L= (0 +

12 )

(0,1 mm)(2,95 mm)1.000 mm =

12

= 5,9 104mm = 590 nmCahaya memiliki panjang gelombang 590 nm.

36. Jawaban: dDiketahui: L = 2 m

n = 1y = 1,5 cm = 1,5 102m = 600 nm = 6 107m

Ditanyakan: NJawab:d y

L= n

d=n L

y

=7

2(1)(6 10 m)(2m)

(1,5 10 m)

= 8 105m

G1

G2

G3

T5

T4

T3

T2

T1

Tp

y

y

12

y

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

34/205

33Fisika Kelas XII

d =1N

N=1d

= 51

8 10 m = 1,25 104goresan/m

Jadi, kisi yang digunakan memiliki1,25 104goresan/m.

37. Jawaban: aDiketahui: N= 12.500 goresan/cm

=12.500 goresan

cm= 1,25 106goresan/m

= 30n = 1

Ditanyakan: Jawab:

dsin = n 1N

sin 30 = 1

61

1,25 10 goresan/m

12 =

= 612,5 10 /m= 4 107m

Panjang gelombang tersebut 4 107m.

38. Jawaban: dDiketahui: nu nm= 0,05

= 40Ditanyakan: Jawab: = (nu nm)= (0,05 )(40) = 2

Jadi, sudut dispersi yang terjadi adalah 2.

39. Jawaban: d

Urutan spektrum warna dari panjang gelombangterpendek adalah ungu, nila, biru, hijau, kuning,jingga, merah.

40. Jawaban : d

Jarak dua garis yang berdekatan: p=d

.

Dengan demikian, pbesar jika:1) diperbesar;

Pernyataan (1) benar.2) ddiperkecil;

Pernyataan (3) benar.3) diperbesar.

Pernyataan (2) dan (4) benar karena panjanggelombang () cahaya merah dan kuning lebihbesar dari cahaya hijau.

B. Uraian

1. a. A= 6 cmb. k= 0,02

2

= 0,02

= 20,02

= 100 cm

c. = 42f= 4

f=42

= 2 Hz

d. v= f= (100 cm)(2 Hz) = 200 cm/s.

2. Diketahui: = 150 cmn+ 1= 3 n= 2

OP3 = 30 cmDitanyakan: Jawab:P3 = OP3= 150 cm 30 cm = 120 cm

P3 = (2n) 4

120 cm = (2)(2) 4

= (120 cm)(4)4 = 120 cm

Panjang gelombang tali 120 cm.

3. Diketahui: mb = 8 kg = 1 mmd = 2 10

3kgDitanyakan: f1Jawab:F = m g= (8 kg)(10 m/s2) = 80 N

v =

mF = 3

(80 N)(1 m)

2 10 kg= 200 m/s

f1 = 2v

=200 m/s2(1) m = 100 Hz.

Jadi, frekuensi nada dasar dawai sebesar 100 Hz.

4. Diketahui: TI1 = 50 dBTI

2

= 80 dBDitanyakan: nJawab:

TI2 = TI1+ 10 log n80 dB = 50 dB + 10 log n30 dB = 10 log n

3 = log nn= 103= 1.000

Suara halilintar memiliki taraf intensitas 1.000 kaliterhadap suara percakapan.

5. Diketahui: fs = 600 Hzvs = 20 m/sv

p= 0

v = 320 m/sDitanyakan: fpJawab:

fp =p

s

v v

v vfs

=s

v

v vfs

=320 m/s

(320 m/s 20 m/s) (600 Hz) = 640 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar orang-orang distasiun sebesar 640 Hz.

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

35/205


c. Oleh karena orde keempat tidak mungkindapat diamati maka orde maks n= 3.

8. Diketahui: d = 0,2 mm = 2 104m = 5 107mL = 1,5 m

Ditanyakan: a) T4G1b) G3Tp

Jawab:Untuk semua garis berlaku:y d

L=

4(2 10 m)(1,5 m)

y = 5 107m

y=7

4(5 10 m)(1,5m)

2 10 m

= 3,75 103m

a. Terang keempat dengan gelap pertama:

T4G1 = 312 y=

72

(3,75 103m)

= 1,3125 102m

Jadi, jarak terang keempat dengan gelappertama 1,3125 102m.

b. Gelap ketiga dengan terang pusat:

G3Tp = 212 y=

52

(3,75 103m)

= 9,375 103mJadi, jarak gelap ketiga dengan terang pusat9,375 103m.

9. Diketahui: = 1,5 m = 4.000 = 4 107my = 0,6 cm = 6 103m

n = 3Ditanyakan: dJawab:yd

L=n

d=n L

y

=

7

3(3)(4 10 m)(1,5 m)

6 10 m

= 3 104m

Jarak antara kedua celah adalah 3 104m.

10. Diketahui: nA = 3nB = 2A = B

Ditanyakan: A: B

Jawab:dsin = n

sin =n

d

sin A = sin BA An

d

= B Bn

d

A

B

= B

A

n

n =23

Perbandingan antara panjang gelombang A danB = A: B = 2 : 3.

6. Diketahui: = 3,6 105mL = 1 md = 3 104mn = 2

Ditanyakan: yJawab:

dsin = 2n(12)

dyL = 2n( 12)

( 3 104) (1 m)y

= (2)(2)12 (3,6 10

5)

y= 2,4 101m = 0,24 m

Jadi, jarak garis gelap kedua dari terang pusatsekunder 0,24 m.

7. Diketahui: = 600 nm = 6 107md = 2 106m

Ditanyakan: a. nb. n

c. nmaksJawab:a. Sudut bias garis terang n:

dsin n = n n= 1 dsin 1 = 1 6 10

7

sin 1 =7

66 102 10

= 0,3

1 = 17,4

n= 2 dsin 2 = 2 6 107

sin 2 =2d

sin 2 = 0,6

2 = 36,9n= 3 dsin 3 = 3

sin 3 =3d

sin 3 = 3(0,3)3 = 64,2

n= 4 dsin 4 = 4

sin 4 =4d

sin 4 = 1,2 (tidak mungkin)Dengan demikian, garis orde ke-4 tidak dapatdiamati.

Jadi, sudut bias garis terang yaitu 17,4; 36,9;dan 64,2.

b. Berkas-berkas difraksi yang dapat diamati:

Cahaya datang

n= 3

n= 2

n= 1

n= 0

n= 1

n= 2

n= 3

32

1

12

3

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

36/205

35Fisika Kelas XII

1. Menerapkan konsepkelistrikan dan ke-magnetan dalam ber-bagai penyelesaianmasalah dan produkteknologi.

Standar Kompetensi Kompetensi Dasar Nilai Indikator

Rasa InginTahu

Mencari tahu mengenai bagian-bagian dan fungsigenerator Van de Graff.

Pada bab ini akan dipelajari:

1. Listrik Statis

2. Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik

3. Kapas itor


2.1 M e mf o rm ul a si ka ngaya listrik, kuatmedan listrik, fluks,potensial listrik, energipotensial listrik, sertapenerapannya padakeping sejajar.

Siswa mampu menjelaskan gejala listrik statis danpenerapannya pada keping sejajar

Menjelaskan listrik statis danpersamaannya

Menentukan besaran-besaranpada persamaan hukum Coulomb

Menghitung kuat medan listrik Menjelaskan hukum Gauss Menghitung kuat medan l istrik

muatan kontinu

Siswa mampu menjelaskan listrikstatis dan menggunakan persama-

annya dalam mengerjakan soal

Listrik Statis dan Kapasitor

Menghitung energi potensialmuatan listrik

Menghitung potensial listrik padamuatan listrik

Menjelaskan kapasitor danpersamaannya

Menjelaskan mengenai kapasitor Menghitung besaran-besaran

pada kapasitor Menghitung besaran-besaran

pada rangkaian kapasitor serimaupun paralel

Melakukan praktikum mengenairangkaian kapasitor

Siswa mampu menjelaskan kapasitordan menggunakan persamaannya

dalam perhitungan

Siswa mampu menjelaskan danmenggunakan persamaan untuk

menentukan energi potensiallistrik dan potensial listrik

Menjelaskan energi potensial listrikdan potensial listrik

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

37/205

36 Listrik Statis dan Kapasitor

4. Jawaban: aDiketahui: q = 4 1019C

E= 1,2 105N/C

Ditanyakan: FJawab:F= E q

= (1,2 105N/C)(4 1019N/C)F= 4,8 1014NGaya listrik yang dialami partikel tersebut sebesar4,8 1014N.

5. Jawaban: dDiketahui: qA = 20 C = 2 10

5CqB = 30 C = 3 10

5C

qC = 160 C = 16 105C

rAB = 30 cm = 3 101m

rAC = 60 cm = 6 101m

Ditanyakan: FAJawab:

FAB = kA B

2AB

q q

r= 9 109

5 5

1 2(2 10 )(3 10 )

(3 10 )

N

= 9 10910

2(6 10 )(9 10 )

N = 60 N

FAC = kA C

2AC

q q

r= 9 109

5 5

1 2(2 10 )(16 10 )

(6 10 )

N

= 9 10910

2(32 10 )(36 10 )

N = 80 N

Oleh karena kedua gaya saling tegak lurus,resultan gaya muatan di titik A:

F = 2 2AB ACF F+ =2 2(60N) (80N)+

F = 100 N

6. Jawaban: cDiketahui: r1= r2= r3= r4= a

q1= q2= q3= q4= q

0

14

= kNm2/C2

A. Pilihan Ganda

1. Jawaban: c

F= k1 2

2

q q

rBesarnya F(gaya Coulomb) berbanding terbalikdengan besarnya r2(kuadrat jarak antarpartikel).Semakin besar jarak, gayanya semakin kecil. Dengandemikian, grafik yang tepat adalah pilihan c.

2. Jawaban: b

Agar Ep= 0 maka E1 = E2 (arah medan listrikberlawanan arah). Berdasarkan hal tersebut dapatdisimpulkan bahwa kedua muatan sejenis.

E1 = E2k 12

1

q

r= k 22

2

q

r

( )1

223

q

d=

( )2

213

q

d

14 29

q

d= 21 2

9

q

d

q1 = 4q2Jika q1dan q2positif maka di titik P:

V1= +k1

1

q

r= +k 22

3

(4 )q

d= +6k 2q

d

V2= +k2

2

qr

= +k 213

qd

= +3k 2qd

Vp= V1+V2 =+6k2q

d+ 3k 2q

d= +9k 2q

d

Jika q1dan q2negatif maka di titik P:

V1= k1

1

q

r= k 22

3

(4 )q

d= 6k 2q

d

V2= k2

2

q

r= k 21

3

q

d= 3k 2q

d

Vp= V1+V2 =6k2q

d 3k 2q

d= 9k 2q

d

3. Jawaban: aF1= k

1 22

1

q q

r

F2= k1 2

21

q q

r

Jika r2= 2rmaka:

F2 = k1 2

21(2 )

q q

r= k 1 22

14q q

r=

14 (k

1 22

1

q q

r)

F2 =14 F1

Jadi, gaya tolaknya menjadi14 F.

q1 q213 d

23

d

60 cm

30 cm

A B

C

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

38/205

37Fisika Kelas XII

Ditanyakan: F1= F2= F3= F4Jawab:

F12= k1 2

2q q

a

F32 = k3 2

2q q

a

= kq q

a1 22

F2 =2 2

12 32+F F =2 2

1 2 1 22 2

+

q q q q k k

a a

= kq q

a1 2

2 2

Muatan di setiap titik sudut mengalami gaya

sebesar kq q

a1 2

2 2 .

7. Jawaban: aDiketahui: E = 104NC

a = 0,1 m2

r = 4 cm = 4 102m0 = 8,85 10

12C2/Nm2

Ditanyakan: qpada tiap-tiap kepingJawab:

E=0

dengan =

q

A, maka:

= E0= (104N/C)(8,85 1012C2/Nm2)

= 8,85 108

C/m2

q = A= (8,85 108C/m2)(0,1 m2)= 8,85 109 C

Jadi, muatan pada tiap-tiap keping adalah8,85 109 C.

8. Jawaban: aDiketahui: qA = q

qB = 2qqC = qk = 9 109Nm2C2

rAB = rrCB = 2r

Ditanyakan: FBdan arahnyaJawab:

FAB = kA B2AB

q q

r

=k 2(2 )q qr

= k2

22q

r= 2k

2

2q

r(arah ke kiri karena muatan

B tertarik oleh muatan A)

FCB = kC B2CB

q q

r= k 2

( )(2 )

(2 )

q q

r= k

2

22

4

q

r= 1

2k

2

2q

r

Oleh karena qBdan qCsejenis, FCBberarah ke kirikarena muatan B menolak muatan C.

FB = FAB+ FCB = 2k2

2q

r+ 1

2k

2

2q

r

= (2 + 12

)k2

2q

r= 2,5 k

2

2q

r

Jadi, gaya Coulomb total sebesar 2,5 k2

2

q

rke kiri.

9. Jawaban: bDiketahui: qA = +9 C

qB = 4 CrAB = 25 cm (dari pusat bola)

Ditanyakan: E0Jawab:Nilai E= 0 jika EA= EB, yang kemungkinan beradadi kanan B atau di kiri A. Medan listrik di antaraA dan B tidak mungkin nol karena EAsearah EB.Oleh karena q

B < q

A maka r

B < r

A sehingga

kemungkinan E= 0 terletak di kanan B.EA = EB

k A2A

q

r= k B2

B

q

r

+ 29

(25 )x = 24x

23

25 x +

=2

2x

325 x+ =

2x

3x= 2(25 + x)3x= 50 + 2x

3x 2x= 50x= 50

Jadi, nilai E= 0 saat jarak 45 cm dari kulit bola Bke arah kanan.

10. Jawaban: dDiketahui: qA = +20 C

qB = +45 CrAB = 15 cm

Ditanyakan: C di antara AB; EC= 0Jawab:

E= 0 saat EA= EBEA = EB

k A2A

q

r= k B2

B

q

r

220x

= 245

(15 )x

220x

= 245

225 30x x +

q1 q2

q3q4

F32

F12

a

a

A C B

x cm

15 cm

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

39/205


20(x2 30x+ 225)= 45x2

4(x2 30x+ 225) = 9x2

4x2 120x 900 = 9x2

5x2+ 120x 900 = 0x2+ 24x 180 = 0(x+ 30)(x 6) = 0

x= 30 atau x= 6Oleh karena xterletak di antara A dan B, nilai x

yang memenuhi adalah x= 6.Jadi, titik C berada di 6 cm dari A.

11. Jawaban: bDiketahui: rAB = 30 cm

qA = 4 CqB = 16 C

Ditanyakan: rA(E= 0)Jawab:

EA = EB

k A2A( )q

r= k B2

B( )q

r2

A

2r =

2

30 A

4r

2A

4r = 2A

16(30 )r

A

2r = 30 A

4r

2(30 rA) = 4rA60 2rA = 4r4

60 = 6rA10 = rArA

= 10 cm

Jadi, titik yang nilai E= 0 terletak di 10 cm sebelahkanan muatan A.

12. Jawaban: c

EB = ED= kq

a2= 2

kq

a

EA=2 2

B DE E+ =2 2E E+

= 22E

= 2E

= 22kq

a

Agar medan listrik di A sama dengan nol makamedan listrik yang disebabkan muatan di C harusberlawanan arah dengan EA. Jadi, muatan di Charus negatif. Besar muatan di C dapat dihitungsebagai berikut.rAC = +

2 2a a

= 22a = 2a

EA = EC

k22q

a= k C 2( 2)

q

a

22q

a= C

22q

a

qC = 2 2 q

Jadi, muatan di C = 2q 2.

13. Jawaban: a= EAcos

adalah sudut antaramedan listrik E denganvektor normal luasan,sehingga=E Acos 30.

14. Jawaban: bPada bola konduktor, muatan listriknya terdistribusimerata pada permukaan bola. Sesuai hukumGauss:Untuk r< R(di dalam bola)

E= 0Untuk rR(pada permukaan dan di luar bola)

E= k 2a

r E 21

rJika rbesar Ekecil

Grafik yang cocok adalah pilihan b.

15. Jawaban: a

Medan listrik Eberarah dari keping positif ke kepingnegatif. Besarnya:

E= Vd=0

E 1datau E

Dengan kata lain, Eberbanding terbalik denganjarak (d) antara kedua keping atau berbanding lurusdengan rapat muatannya ().

A B

CD

+q

+q

EA

EB

ED

a

a

60

E d

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

40/205

39Fisika Kelas XII

B. Uraian

1. Diketahui:

q1 = 8 C = 8 106C

q2 = +3 C = +3 106

Cq3 = 4 C = 4 106C

r13 = 0,3 mr23 = 0,1 m

Ditanyakan: F3Jawab:Muatan q3mendapat gaya tolakan dari q1(F31) dangaya tarik dari q2(F32).

F31 = k3 1

231

q q

r

= (9 109Nm2/C2)6 6

2(4 10 C)(8 10 C)

(0,3 m)

F31 = 3,2 N

F32 = k3 2

232

q q

r

= (9 109Nm2/C2) 6 6

2(4 10 C)(3 10 C)

(0,1m)F32 = 10,8 N

Karena F31dan F32berlawanan arah, maka:

F3= F31 F32= 3,2 N 10,8 N = 7,6 N

Tanda negatif artinya gaya muatan q3 sebesar7,6 N searah dengan F32, yaitu ke arah kiri.

2. Diketahui: q1 = +10 C = 105C

q2 = +20 C = 2 105Cr12 = a

r23 = 0,5a

Ditanyakan: q3agar F2= 0Jawab:

Supaya resultan gaya Coulomb di q2= 0 maka q3harus bernilai positif (q+).

F23 = F21

k 2 3223

q qr

= k 2 1221

q qr

5( 2 10 321

2

)( )

( )

q

a=

5( 2 10 5

2

)(10 )

a

31 24

q

a=

5

210

a

32

4qa

=5

210

a

4q3 = 105

q3 =14 10

5C

= 0,25 105C = 2,5 CJadi, muatan q3harus bernilai 2,5 C.

3. Diketahui: r = 0,53 = 0,53 1010m= 5,3 1011m

qe = 1,6 1019C

qi = +1,6 1019

Cme = 9,1 1031kg

Ditanyakan: a. Fb. v

Jawab:

a. F = k e i2q q

r

= 9 10919 19

11 2(1,6 10 )(1,6 10 )

(5,3 10 )

=9 10938

222,56 1028,09 10

N

= 8,202 108N

b. F= m asp

8,202 108 = (9,1 1031)2v

r8

318,202 109,1 10

=

2

115,3 10v

0,9013 1023 =2

115,3 10v

v2 = (9,013 1022)(5,3 1011)v2 = 4,77689 1012

v= 2,18561 106

Jadi, kecepatan elektron tersebut2,18561 106m/s.

4. Diketahui: q1 = 2 C= 2 106C

q2 = 3 C= 3 106C

q3 = 6 C= 6 106C

r12= 30 cm = 0,3 m

r23= 40 cm = 0,4 m


r13=2 2

12 23r r+

= 2 2(30 cm) (40 cm)+

= 2 2900cm 1.600cm+

q1 q2 q3

F32 F31

a 0,5aq1 q2 q3

F12F13x

F13

F13y

30

r12

r13

r23

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

41/205


= 22.500 cm= 50 cm = 0,5 m

F13 = k1 3

213

q q

r

= (9 109)6 6

2(2 10 )(6 10 )

(0,5)

N

= 0,432 N

F12 = k1 2

212

q q

r

= (9 109)6 6

2(2 10 )(3 10 )

(0,3)

N

= 0,6 NF13x= F13cos 30

= (0,432 N)(cos 30)=0,374 N

F13y= F13sin 30= (0,432 N)(sin 30)= 0,216 N

Fx = F13x= 0,374 NF

y= F12 F13y= (0,6 0,216) N= 0,384 N

F1 =2 2

x yF F+

= 2 2(0,374N) (0,384N)+0,536 N

Gaya total di muatan q1kira-kira 0,536 N.

5. Diketahui: F = 0,05 N = 5 102N

q = 5 106

CDitanyakan: EJawab:

E =F

q

=2

65 10 N5 10 C

= 104N/CJadi, besar medan listrik di titik P adalah 104N/C.

6. Diketahui: qA = 40 C= 4 105C

qB = 30 C= 3 105C

qC = 60 C= 6 105CqD = 80 C= 8 10

5CAB = BC = CD = DA = 10 cm

= 101m

Ditanyakan: Epusat

Jawab:

AC = BD = 2 2(10 cm) (10 cm)+

= 2 2100 cm 100 cm+

= 2200 cm

= 10 2 cm

= 10 2 102m

AP = PC = BP = PD =12 AC

= 5 2 cm

= 5 2 102m

EA= kA2

AP

q

r= (9 109)

5

2 2(4 10 )

(5 2 10 )

N/C

=5

33,6 105 10

N/C

= 7,2 108N/C

EC= kC

2PC

q

r= (9 109)

5

2 2(6 10 C)

(5 2 10 )

N/C

=

5

3

5,4 105 10

N/C

= 1,08 108N/C

EB= kB2

BP

q

r= (9 109)

5

2 2(3 10 )

(5 2 10 )

N/C

=5

32,7 105 10

N/C

= 5,4 107N/C

ED= kD

2PD

q

r= (9 109)

5

2 2(8 10 C)

(5 2 10 )

N/C

=

5

3

7,2 10

5 10

N/C= 1,44 108N/C

EAC= EC EA = (1,08 108 7,2 107) N/C

= 3,6 107N/C

EBC= EB+ ED = (5,4 107+ 1,44 108) N/C

= 1,98 108N/C

A B

CD

P

EAEB

EC

ED

8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf

42/205

41Fisika Kelas XII

Epusat =2 2

AC BDE E+

= 7 2 8 2(3,6 10 N/C) (1,98 10 N/C) +

= 16 2 24,05 10 N /C

2,012 108N/C

Medan listrik di pusat persegi kira-kira2,012 108N/C.

7. Diketahui: r = 30 cm = 0,3 mq = 25 C = 2,5 105Cq= 2 C = 2 106Cm= 2 g = 2 103kg

Ditanyakan: a. Edi Pb. a

Jawab:

a. E = k 2q

r

= 9 1095

2(2,5 10 C)(0,3)

N/C

Jadi, E= 2,5 106N/C dan arahnya menjauhimuatan q.

b. F = q E= (2 106C)(2,5 106N/C)

F = 5 NBerdasarkan hukum II Newton:

a =F

m

= 35 N

(2 10 kg)

a = 2,5 103m/s2Jadi, percepatan muatan tersebut2,5 103m/s2.

8. Diketahui: qA = 48 C = 4,8 105C

qB = +32 C = +3,2 105C

r = 4 cm = 4 102mk = 9 109Nm2/C2

Ditanyakan: ECJawab:

EB = kB

2BC( )q

r

= (9 109Nm2/C2)5

2 2(3,2 10 C)(4 10 m)

= 1,8 108N/C

EA = kA

2AC( )q

r

= (9 109Nm2/C2)

5

2 2(4,8 10 C)(4 10 m)

= 2,7 108N/C

EC =2 2

A B A B+ + 2 cos 120E E E E

= 8 2 8 2 16 2 2(2,710 N/C) (1,810 N/C) 4,8610 N /C+

= 16 16 16 2 2(3,24 10 + 7,29 10 4,86 10 ) N /C

= 16 2 25, 67 10 N /C2,38 108N/C

Kuat medan di titik C kira-kira sebesar2,38 108N/C.

9. Diketahui: R = 12 cm = 1,2 101mq = 3,6 C = 3,6 106Cq= 0,1 mC = 104Cr = 3 cm = 3 102m

Ditanyakan: a. b. F

Jawab:

a. =q

A=

24q

R

=

6

1 23,6 10 C

4 (1,2 10 )

= 1,99 105

C/m2

b. Medan listrik pada jarak 3 cm dari permukaanbola dapat dicari dengan rumus:

E = k 2q

rdengan r= Rbola+ 3 cm

= (12 + 3) cm = 15

03 FISIKA 12 2013.pdf

Documents

Transcript of 03 FISIKA 12 2013.pdf