Latihan Soal UASFisika Panas dan Gelombang

1. Grafik antara tekanan gas y yang massanya tertentu pada volume tetap sebagaifungsi dari suhu mutlak x adalah ....

a. d.

b. e.

c.

Pembahasan :Menurut Hukum Gay Lussac menyatakan

jika volume gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankankonstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.

P ≈ TJika y = P dan x = T maka grafiknya adalah :

2. Jika suatu gas ideal dimampatkan secara isotermik sampai volumenya menjadisetengahnya, maka ....

a. tekanan dan suhu tetapb. tekanan menjadi dua kali dan suhu tetapc. tekanan tetap dan suhu menjadi dua kalinyad. tekanan menjadi dua kalinya dan suhu menjadi setengahnyae. tekanan dan suhu menjadi setengahnya

Pembahasan :Menurut Hukum Boyle menyatakan :

apabila suhu gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankankonstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya.

P ≈ 1/VMaka :

P1 V1 = P2 V2

P2 = P1 V1 / V2

= P1 V1 / ½ V1

= 2 P1

Jadi : tekanan menjadi dua kali dan suhu tetap

3. Sejumlah gas ideal menjalani proses isobarik sehingga suhu kelvinnya menjadi 2kali semula, maka volumenya menjadi n kali semula. Nilai n adalah ....

a. 4 d. ½b. 3 e. ¼c. 2

Pembahasan :Menurut Hukum Charles menyatakan :

bahwa jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutupdipertahankan konstan, maka volume gas sebanding dengan suhumutlaknya.

V1/T1 = V2 / T2

V2 = V1 T2 / T1

= V1 ½ T1 / T1

= ½ V1

4. Jika suhu gas ideal dalam ruangan tertutup dinaikkan menjadi 4 kali suhu semula,maka kecepatan gerak molekul-molekulnya menjadi ....

a. ¼ kali semula d. 4 kali semulab. ½ kali semula e. 16 kali semulac. 2 kali semula

Pembahasan :Kecepatan gerak molekul-molekul gas ideal adalah

Jadi, kecepatan gerak molekul-molekul menjadi 2 kali semula

5. Bila dalam ruang tertutup gas dipanaskan sampai suhu T K, maka ....a. energi potensial molekul makin kecilb. energi kinetik molekul-molekul tersebut adalah 2/3 NkTc. energi kinetik molekul-molekul tersebut adalah 3/2 NkTd. volume gas selalu akan bertambah, karena gas akan memuaie. tekanan gas besarnya tetap

Pembahasan :Energi kinetik gas ideal pada suhu T K dinyatakan :

Jadi, energi kinetik molekul-molekul tersebut adalah 3/2 NkT

6. Sebuah tabung berisi udara pada tekanan 0,5 atm dalam keadaan tertutup.Kemudian tabung dibuka sehingga berhubungan dengan udara luar (anggap suhutidak berubah), maka ....

a. udara keluar dari dalam tabung sebanyak 25% dari volume semulab. udara luar masuk ke dalam tabung sebanyak 25 % dari volume tabungc. udara keluar dari dalam tabung sebanyak 50% dari volume semulad. udara luar masuk ke dalam tabung sebanyak 50% dari volume tabunge. volume udara dalam tabung menjadi dua kali semula

Pembahasan :Pada suhu tetap berlaku :

P1 V1 = P2 V2

V2 = (P1 V1) / P2

= (P1 V1) / ½ P1

= 2 V1

Jadi, volume udara dalam tabung menjadi dua kali semula.

7. Sebuah tangki bervolume 8314 cm3 berisi gas oksigen (massa molar molekul 32kg/kmol) pada suhu 47 oC dan tekanan alat 25 . 105 Pa. Jika tekanan udara luar 1 x105 Pa, maka massa oksigen adalah ....

A. 0,24 kg D. 0,4 kgB. 0,25 kg E. 0,5 kgC. 0,26 kg

Pembahasan :R = 8,314 J/mol.KV = 8314 cm3 = 8314 x 10-6 m3

Mr = 32 kg/kmolT = 47 oC + 273 = 320 KP = 25 x 105 PaPersamaan Gas Umum :

PV = n R T

8. Sejumlah gas ideal dengan massa tertentu mengalami pemampatan secaraadiabatik. Jika W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem (gas) dan ∆T adalahperubahan suhu dari sistem, maka berlaku keadaan ....

a. W = 0, ∆T > 0 d. W < 0, ∆T > 0b. W = 0, ∆T < 0 e. W < 0, ∆T < 0c. W > 0, ∆T = 0

Pembahasan :Proses adiabatik :

W = 3/2 nR ∆TJadi :

Jika ∆T < 0 , maka W < 0

9. Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha 100 J. Jikaperubahan energi dalam sistem adalah ∆U dan kalor yang diserap sistem adalah Q,maka ....

a. ∆U = - 1000 J d. Q = 0b. ∆U = 100 J e. ∆U + Q = -100 Jc. ∆U = 10 J

Pembahasan :Proses adiabatik merupakan proses yang tidak ada kalor yang masuk ataukeluar dari sistem (gas) ke lingkungan (∆Q = 0).

10. Gas helium yang memiliki volume 1,5 m3 dan suhu 27 oC dipanaskan secaraisobarik sampai suhu 87 oC. Jika tekanan gas helium 2 × 105 N/m2, maka gas heliummelakukan usaha luar sebesar ....

a. 60 kJ d. 480 kJb. 120 kJ e. 660 kJc. 280 kJ

Pembahasan :T1 = 27 + 273 = 300 KT2 = 87 + 273 = 360 KDengan menggunakan persamaan gas umum :

PV = nRT

Volume pada temperatur 360 K :

Usaha pada proses Isobarik :W = P ∆V

= (2 x 105)(1,8 – 1,5)= (2 x 105)(0,3)= 0,6 x 105 J= 60 x 103 J= 60 kJ

11. Efisiensi mesin Carnot yang beroperasi dengan suhu rendah ½ T kelvin dandengan suhu tinggi T kelvin adalah ....

a. 25% d. 66%b. 33% e. 75%c. 50%

Pembahasan :Efisiensi mesin Carnot :

12. Sebuah pegas menggantung, dalam keadaan normal panjangnya 20 cm. Bila padaujung pegas digantungkan sebuah benda yang mempunyai massa 50 g, maka panjang

pegas menjadi 25 cm. Jika kemudian benda tersebut disimpangkan sejauh 4 cm, makaenergi potensial elastik sistem adalah ....

a. 0,008 J d. 0,4 Jb. 0,016 J e. 2 Jc. 0,2 J

Pembahasan :

EP = ky2

= (10)(0,04)2

= (10)(0,0016)= 0,016 J

13. Seorang pelajar yang bermassa 50 kg bergantung pada ujung sebuah pegassehingga pegas bertambah panjang 10 cm. Tetapan pegas tersebut adalah ....

a. 5 N/m d. 500 N/mb. 20 N/m e. 5000 N/mc. 50 N/m

Pembahasan :Hukum Hooke :

F = kx

14. Sebuah pegas yang digantung vertikal panjangnya 15 cm. Jika direnggangkandengan gaya 0,5 N, maka panjang pegas menjadi 27 cm. Panjang pegas jikadirenggangkan dengan gaya 0,6 N adalah ....

a. 32,4 cm d. 29,0 cmb. 31,5 cm e. 28,5 cmc. 29,4 cm

Pembahasan :

15. Sebuah benda bergerak harmonik sederhana dalam arah vertikal dengan amplitudo50 mm dan periode 4 s. Perpindahan benda setelah 2,5 sekon adalah ....

a. 35 mm d. -25 mmb. -35 mm e. -50 mmc. 25 mm

Pembahasan :

16. Untuk benda yang mengalami getaran harmonik, maka pada ....a. simpangan maksimum kecepatan dan percepatannya maksimumb. simpangan maksimum kecepatan dan percepatannya minimumc. simpangan maksimum kecepatannya maksimum dan percepatannya nold. simpangan maksimum kecepatannya nol dan percepatannya maksimume. simpangan maksimum energinya maksimum

Pembahasan :Pada simpangan maksimum : v = 0 dan a = maksimum

17. Pada benda yang mengalami getaran harmonik, jumlah energi kinetik dan energipotensialnya adalah ....

a. maksimum pada simpangan maksimumb. maksimum pada simpangan nolc. tetap besarnya pada simpangan berapapund. berbanding lurus dengan simpangannyae. berbanding terbalilk dengan simpangannya

Pembahasan :- Energi mekanik sebuah benda yang bergerak harmonik adalah jumlah energi

kinetik dan energi potensialnya.- Energi mekanik sebuah benda yang bergetar harmonik dimanapun besarnyasama.

18. Dua pegas dengan konstanta 300 N/m dan 600 N/m disusun seri. Kemudiandiberi gaya 90 N, maka penambahan panjang totalnya sebesar ....

A. 15 cm D. 50 cmB. 30 cm E. 90 cmC. 45 cm

Pembahasan :Konstanta pegas gabungan seri :

Penambahan panjang totalnya sebesar

19. Sebuah partikel melakukan getaran selaras dengan frekuensi 5 Hz dan amplitudo10 cm. Kecepatan partikel pada saat berada pada simpangan 8 cm adalah .... (dalamcm/s)

A. 8π D. 72πB. 30π E. 80πC. 60π

Pembahasan :f = 5 HzA = 10 cmy = 8 cm

ω = 2πf = 2π (5) = 10π rad/s

y = A sin ωt8 = 10 sin ωtsin ωt = 0,8

ωt = sin-1 (0,8) = 53,1o

v = ω A cos ωt = (10π)(10 cm) cos 53,1º = (100π)(0,6) = 60π cm/s

20. Sebuah pegas yang panjangnya 20 cm digantungkan vertikal. Kemudian ujungbawahnya diberi beban 200 gram sehingga panjangnya bertambah 10 cm. Bebanditarik 5 cm ke bawah kemudian dilepas hingga beban bergetar harmonik. Jika g = 10m/s2, maka frekuensi getaran adalah ....

A. 0,5 Hz D. 18,8 HzB. 1,6 Hz E. 62,5 HzC. 5,0 Hz

Pembahasan :

k = m ω2

ω = 2πf

21. Pada getaran harmonik, jika massa beban yang digantung pada ujung bawahpegas 1 kg, periode getarannya 2 detik. Jika massa beban ditambah sehingga sekarangmenjadi 4 kg, maka periode getarnya adalah ....

A. ¼ detik D. 4 detikB. ½ detik E. 8 detikC. 1 detik

Pembahasan :

22. Sebuah pegas panjang mula-mulanya Xo setelah digantungkan bahan bermassa mbertambah panjang X, jika beban yang digantungkan bermassa 2m akan bertambahpanjang ....

a. 2Xo d. Xo + 2Xb. 2(Xo + X) e. 1⁄2 Xc. 2X

Pembahasan :F = kX

23. Dari suatu tempat ke tempat lainnya, gelombang memindahkan ….a. massab. amplitudoc. panjang gelombangd. energie. fase

Pembahasan :Gelombang merupakan perambatan dari getaran. Perambatan gelombangtidak disertai dengan perpindahan materi-materi medium perantaranya.Gelombang dalam perambatannya memindahkan energi.

24. Bunyi tidak dapat merambat dalam medium ….a. udarab. airc. gas oksigend. gas nitrogene. ruang hampa

Pembahasan :Bunyi termasuk gelombang mekanik, karena dalam perambatannya bunyimemerlukan medium perantara. Sehingga Bunyi tidak dapat merambat dalamruang hampa.

25. Sebuah sumber gelombang bunyi dengan daya 50 W memancarkan gelombang kemedium disekelilingnya yang homogen. Tentukan intensitas radiasi gelombangtersebut pada jarak 10 m dari sumber !

A. 4.10-2 W/m2 D. 4.103 W/m2

B. 400 W/m2 E. 200 W/m2

C. 40 W/m2

Pembahasan :

26. Sebuah sumber bunyi dengan daya 314 watt merambatkan energinya ke segalaarah sama besar. Seorang pengamat mendeteksi taraf intensitasnya pada suatu tempatsebesar 100 dB. Jarak pengamat dengan sumber bunyi jika intensitas ambang Io = 10-

12 watt/m2 adalah ....A. 50 m D. 250 mB. 100 m E. 1000 mC. 5000 m

Pembahasan :

I = 1010 . Io = (1010)(10-12) = 10-2 W/m2

r = 50 m

27. Taraf intensitas bunyi sebuah mesin rata-rata 50 dB. Apabila 100 mesindihidupkan bersamaan, maka taraf intensitasnya adalah ....

A. 20 dB D. 75 dBB. 50 dB E. 150 dBC. 70 dB

Pembahasan :TIn = TI1 + 10 log n

= 50 + 10 log 100= 50 + (10)(2)= 70 dB

28. Sumber bunyi yang memancarkan bunyi dengan panjang gelombang 10 cm danpendengar bergerak saling menjauhi dengan kecepatan masing-masing 60 m/s dan 40m/s. Kecepatan rambatan bunyi di udara 340 m/s. Frekuensi bunyi yang didengaradalah ....

A. 3400 Hz D. 4533 HzB. 3230 Hz E. 2550 HzC. 3643 Hz

Pembahasan :

vs = 60 m/svp = 40 m/sv = 340 m/s

v dan vp searah, jadi digunakan (v - vp)v dan vs berlawanan arah, jadi digunakan (v + vs)

29. Suatu sumber bunyi dengan frekuensi 7200 Hz, bergerak berlawanan arah denganpendengar yang bergerak dengan kelajuan 25 m/s, ternyata frekuensi bunyi yangdidengar adalah 6300 Hz. Jika kelajuan perambatan bunyi di udara adalah 340 m/s,maka kecepatan sumber bunyi adalah ....

A. 30 m/s D. 20 m/sB. 25 m/s E. 15 m/sC. 24 m/s

Pembahasan :fs = 7200 Hzvp = 25 m/sfp = 6300 Hzv = 340 m/sKarena fp < fs maka sumber bunyi dan pendengar saling menjauhi.

Efek Doppler :

v dan vp searah, jadi digunakan (v - vp)v dan vs berlawanan arah, jadi digunakan (v + vs)

30. Mobil A mendekati pengamat (diam) dengan kecepatan 30 m/s sambilmembunyikan sirine berfrekuensi 504 Hz. Saat itu juga mobil B mendekati P dari arahyang berlawanan dengan A, pada kecepatan 20 m/s sambil membunyikan sirineberfrekuensi 518 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara saat ini 300 m/s makafrekuensi layangan yang didengar P adalah ....

A. 14 Hz D. 5 HzB. 10 Hz E. 4 HzC. 7 Hz

Pembahasan :fs A = 504 Hzvs A = 30 m/sfs B = 518 Hzvs B = 20 m/svp = 0 m/sv = 300 m/s

31. Jarak A ke sumber bunyi adalah 3 kali jarak B ke sumber bunyi. Intensitas bunyiyang diterima A dibandingkan dengan intensitas bunyi yang diterima B adalah ....

A. 1 : 2B. 3 : 1C. 1 : 3D. 9 : 1E. 1 : 9

Pembahasan :

3 IA = IB

IA : IB = 1 : 3

32. Gelombang elektromagnetik terdiri atas ... yang saling tegak lurus.a. gelombang transversal dan medan magnetb. gelombang medan magnet dan gelombang medan listrikc. gelombang longitudinal dan transversald. gelombang transversal dan medan listrike. gelombang listrik dan longitudinal

Pembahasan :Gelombang elektromagnetik terdiri atas gelombang medan magnet dangelombang medan listrik yang saling tegak lurus.

33. Spektrum cahaya atau sinar tampak yang mempunyai frekuensi terkecil adalah ....a. ungub. biruc. hijaud. kuninge. merah

Pembahasan :Urutan frekuensi cahaya tampak dari yang terkecil :

Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Ungu

34. Panjang gelombang radio yang memiliki frekuensinya 105 Hz adalah ....a. 36 mb. 3.600 mc. 300 md. 3.000 me. 3 m

Pembahasan :

35. Perubahan medan listrik dapat menyebabkan timbulnya … .a. gelombang elektromagnetikb. gelombang mekanikc. medan magnet

d. medan gayae. radiasi

Pembahasan :Perubahan medan listrik dapat menyebabkan timbulnya medan magnet.

36. Besarnya frekuensi cahaya sebanding dengan … .a. panjang gelombang d.medan listrikb. intensitas e. medan magnetc. laju cahaya

Pembahasan :Rumus frekuensi cahaya :

Jadi, frekuensi (f) berbanding lurus laju cahaya (c).

37. Sebuah pemancar mengirimkan gelombang dengan frekuensi 300 MHz kesebuah pesawat. Setelah 0,01 detik gelombang tersebut diterima kembali oleh radar.Panjang gelombang dan jarak pemancar dengan pesawat berturut-turut adalah . . . .

a. 0,1 m dan 1,5 × 106 mb. 1 m dan 1,5 × 106 mc. 10 m dan 1,5 × 106 md. 1 m dan 3 × 106 me. 10 m dan 3 × 106 m

Pembahasan :Panjang gelombang

Waktu yang diperlukan sekali jalan adalah 2 x 0,01 detik = 0,02 detikJarak pemancar s = (c x t)/2 = (3 x 108)(0,01)/2 = 1,5 x 106 m

38. Gelombang elektomagnetik dengan panjang gelombang 5000 Å merambat diudara. Frekuensi gelombang tersebut adalah ....

a. 6 x 1014 Hz d. 1,67 x 1015 Hzb. 6 x 1015 Hz e. 1,67 x 1014 Hzc. 1,5 x 1015 Hz

Pembahasan :1 Å = 10-10 mFrekuensi gelombang adalah :

39. Medan listrik dalam suatu gelombang elektromagnetik dinyatakan dengan Ey = 20sin (2π . 105 x - ωt) dalam SI, frekuensi gelombang elektromagnetik tersebut adalah....

a. 3 x 108 Hz d. 2 π x 105 Hzb. 3 x 1010 Hz e. 2 π x 106 Hzc. 3 x 1013 Hz

Pembahasan :E = Em sin (kx - ωt)

Ey = 20 sin (2π . 105 x - ωt)

Frekuensi gelombang elektromagnetik :

40. Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik tergantung dari ....a. frekuensi gelombangb. panjang gelombangc. frekuensi dan panjang gelombangd. permitivitas dan permeabilitas mediume. nilainya selalu tetap

Pembahasan :

μo = permeabilitas mediumεo = permitivitas medium

41. Persamaan gelombang elektromagnetik yang menyatakan hubungan E, B, dan csecara benar adalah ....

a. B = moeoEc d.

b. E = cB e.

c. c = EBPembahasan :

Maxwell berhasil menemukan hubungan antara amplitudo medan listrik danamplitudo medan magnet yaitu:

atau E =cB