SIMAK UI – FISIKA (Kode naskah soal 914) 31. Sebuah pegas dengan konstanta pegas sebesar A, jika saat di tarik mengalami

perubahan panjang sebesar B, maka energi potensial pegas adalah…….. a. A B b. A B2 c. A2 B d. ½ A2 B e. ½ A B2

Diketahui: pegas dengan konstanta A, ditarik sampai mengalami perubahan panjang B

Ditanya: energi potensial pegas? Jawab:

Perhatikan Gambar diatas! Misal suatu pegas yang digantung ditarik ke bawah sehingga mengalami pertambahan panjang A.

Energi potensial dari pegas tersebut adalah: 2

21 xkE p ∆= , dalam hal ini k = A (konstanta

pegas) dan x∆ = B (pertambahan panjang). Sehingga persamaannya menjadi: 2

21 BAE p =

Jawaban E 32. Sebuah besi bermassa 300kg digantungkan pada suatu kawat baja dengan panjang 5

meter yang memiliki luas penampang 0,2cm2. Berapakah pertambahan pajang kawat? (modulus Young untuk baja = 2 x1011 N/m2 dan g = 10m/s2)

a. cmx 2105,10 − b. cmx 2105,17 − c. cmx 2105,27 − d. cmx 2105,37 −

Misal ditarik ke bawah ∆X

e. cmx 2105,47 − Diketahui:

2

211

242

/10/102)(mod

102,02,0)(5)(

300)(

smgmNxEyoungulus

mxcmApenampangluasmmulamulakawatpanjang

kgmbesimassa

=

=

==

=−=

−

Ditanya: berapa pertambahan panjang kawat? Jawab:

Saat besi digantungkan pada kawat, kawat tersebut akan mengalami tegangan. Besarnya tegangan kawat adalah:

AF

penampangluasgayategangan

=

=

σ

Tegangan yang dialami kawat:

28

24

2

/105,1102,0

)/10)(300(

mNxmx

smkgAgm

AF

=

=

=

=

−

σ

σ

σ

σ

gaya tarik yang disebabkan oleh besi yang digantungkan pada kawat, akan berusaha meregangkan kawat hingga pangkal kawat yang panjang semula L, bertambah panjang sebesar L∆ . Besarnya regangan pada kawat adalah:

LLe

awalpanjangpanjangnpertambaharegangan

∆=

=

Dengan menggunakan Modulus eleastis, kita dapat mencari pertambahan panjang pada kawat:

cmxmLxLx

Lxx

LL

AF

E

reganganteganganE

2

811

811

105,37375,0)5)(105,1())(102(

5

105,1102

−==∆

=∆

∆=

∆=

=

Jawaban D 33. Suatu benda bermassa 1 gr jatuh dari ketinggian 2m. Berapakah panjang gelombang

de Broglie benda tersebut sesaat sebelum menyentuh tanah? ( h = 6,63 x 10-34 Js, g = 10 m/s2)

a. mx 3110048,1 − b. mx 2610048,1 − c. cmx 21105,27 − d. mx 1610048,1 − e. mx 1110048,1 − Diketahui:

2

34

3

/101063,6

2)(1011)(

smgJsxh

mHketinggiankgxgrmmassa

=

=

===

−

−

Ditanya: berapakah panjang gleombang de Broglie?

Jawab: panjang gelombang de Broglie dinyatakan dengan persamaan mvh

ph==λ .

Dimana h adalah konstanta Planck, m adalah massa benda, dan v adalah kecepatan. Untuk memperoleh kecepatan, dapat dicari dengan menggunakan persamaan gerak jatuh bebas:

smv

v

ghv

ghv

/40

)2)(10(2

2

22

=

=

=

=

Gambar benda yang jatuh bebas!

kemudian dimasukkan ke dalam persamaan panjang gelombang de Broglie, sehingga diperoleh:

mxsmkg

Jsxmvh

31

3

34

10048,1)/40)(10(

)1063,6(

−

−

−

=

=

=

λ

λ

λ

Jawaban A 34. Sebua balon yang sangat ringan (massa karet balon diabaikan) diisi udara dan

dilepaskan dari dasar sebuah kolam. Jika kerapatan udara didalam balon 1 kg/m3, kerapatan air didalam kolam 1000 kg/m3, volume balon 0,1 m3, kedalaman kolam 2m dan percepatan gravitasi g = 10m/s2, kecepatan balon tepat saat mencapai permukaan air adalah…….

a. 20 m/det b. 40 m/det c. 100m/det d. 200 m/det e. 400 m/det Diketahui:

2

3

3

3

/102

1,0

/1000

/1

smgmh

mV

mkg

mkg

balon

Air

Udara

=

==

=

=

ρ

ρ

Ditanya: kecepatan balon mencapai permukaan air?

2 meter

Jawab: dengan menggunakan asas Bernoulli:

2222

2111 2

121 vhgPvhgP

EEW PKtot

ρρρρ ++=++

∆+∆=

Karena didalam air, tekanan didalam air adalah seragam, 1P = 2P . Sehingga persamaan Bernaullinya menjadi:

222

211 2

121 vhgvhg

EEW PKtot

ρρρρ +=+

∆+∆=

Saat balon berada didasar kolam, h = 0. sehingga energi potensialnya = 0, tetapi memiliki energi kinetik. saat balon tepat mencapai permukaan, energi kineticnya nol tetapi memiliki energi potensial. Sehingga diperoleh:

2

21

21

22

1

/200000.40

)2)(10)(1000()1(2121

smvv

v

hgv airbalon

=

=

=

= ρρ

Jawaban D 35. Jika 3kg es pada -150C dipanaskan pada tekanan 1 atm sampai semua es berubah

menjadi uap. Berapakah panas yang dibutuhkan untuk mencairkan es? (kalor jenis es

= Kkg

kJ05,2 )

a. 694,25 kJ b. 794,25 kJ c. 894,25 kJ d. 994,25 kJ e. 1.094,25 kJ Diketahui:

KkgkJc

CT

kgm

es

es

05,2

15

30

0

=

−=

=

Jawab:

-15 C

0 C A B

Perhatikan Gambar diatas! Kalor yang dibutuhkan dari T0 = -150 C sampai Takhir= 00 C adalah:

kJQKkg

kJkgQ

TcmQ es

25,92

))15(0)(05,2)(3(

=

−−=

∆=

Kenudian dari titik A ke titik B, es mulai mencair. Kalor yang dibutuhkan untuk proses tersebut adalah:

kgkJxL

LmQ

es

eses

/1033,3 2=

=

kJQ

kgkJxkgQ999

)/1033,3()3( 3

==

Kalor total yang dibutuhkan untuk mencairkan es adalah:

kJQ

kJkJQQQQ

25,109199925,92

21

=+=

+=

36. Sebuah teropong bintang dipakai untuk mengamati bintang dengan perbesaran 8 kali

untuk mata tidak berakomodasi. Jika jarak lensa objektif dengan lensa okuler sama dengan 45 cm, tentukan jarak focus lensa okuler…..

a. 2 cm b. 3 cm c. 4 cm d. 5 cm e. 6 cm Diketahui: 8=aM kali; cmd 45= Ditanya: okf ? Jawab: Pada teropong bintang, perbesaran tanpa akomodasi dinyatakan:

540

55

18

===ok

oba f

fM

Jarak antara lensa objektif dengan lensa okuler adalah:

cmd

dffd okob

45540

=+=+=

cmfok 5= Jawaban D

37. Sebuah benda bermassa 2 kg dalam bidang x – y. Tiba – tiba benda tersebut meledak menjadi 3 keping. Keeping pertaman dengan massa 0,4 kg bergerak dengan kecepatan v1 = 2i + 3j. keeping kedua dengan massa 0,9kg bergerak dengan kecepatan v2 = 4i – 2j. keeping ke 3 dengan massa 0,7kg bergerak dengan kecepatan v3 = -5i – 4j. Tentukan vector kecepatan benda sebelum meledak.

a. 0,45i + 1,7j b. 0,45i – 1,7j c. 0,9i – 3,4j d. 0,9i + 3,4j e. i – 3j Diketahui: kgm 20 = bergerak dalam bidang x – y bergerak dengan kecepatan

tertentu. Kemudian terpecah menjadi 3 bagian:

jivkgm

jivkgmjivkgm

457,0249,0324,0

33

22

11

−−==−==+==

Ditanya: tentukan vector kecepatan sebelum meledak? Jawab: dengan menggunakan hukum kekekalan momentum

tumbukkansetelahmomentumtumbukkansebelummomentum = dalam hal ini: 33221100 vmvmvmvm ++=

jiBjAijiBjAijijijiBjAi

jijijiBjAivmvmvmvm

4,39,022)8,28,12,1()5,36,38,0(228,25,38,16,32,18,022

)45(7,0)24(9,0)32(4,0)(233221100

−=+−−+−+=+−−−++=+

−−+−++=+++=

7,14,32

45,09,02

−=−=

==

BB

AA

Sehingga vector kecepatan awal nya adalah: jiv 7,145,0 −= Jawaban B

38. Sebuah balok bermassa 1 kg diikatkan pada ujung sebuah pegas dengan konstanta pegas 4 N/m yang diletakkan pada lantai dasar yang licin, dimana ujung pegas lainnya terikat pada posisi yang tetap. Pada t = 0 pegas balok disimpangkan ke kanan sejauh 5 cm. Anggap balok bergeser harmonis. Tentukan kelajuan dan arah gerak balok pada t = 1,25 π detik

a. 2,5 cm/det ke kanan b. 5 cm/det ke kiri

c. 7,5 cm/det ke kanan d. 10 cm/det ke kiri e. 15 cm/det ke kanan

Diketahui:

cmxt

mNkkgm

50/4

1

=>−−===

Perhatikan Gambar tersebut! Kemudian balok disampangkan sejauh 5cm pada t = 0 sehingga bergetar harmonis. Pada getaran harmonis, kecepatan sudut getaran dapat

dinyatakan: mk

=ω dan solusi dari getaran sederhana adalah tAx ωsin= atau

tcodAx ω= . Dimana k adalah konstanta pegas, m adalah massa balok, A adalah amplitude. - mencari nilai ω :

2/214

srad

mk

=

=

=ω

untuk mencari persamaan kecepatan, kita turunkan satu kali solusi dari persamaan

getaran harmonis, misal tA

dtdxv

tAx

ωω

ω

sin

cos

−==

=. Dengan memasukkan nilai yang ada,

akan diperoleh:

2

22

/10)450sin(10

)25,1/2sin()/2)(5(sin

smvv

xsradsradcmvtAv

−=

−=−=

−=

π

ωω

Bergetar 10 m/s2 ke arah kiri (ditandai dengan negative) Jawaban D

Posisi setimbang

39. Tiga buah kawat penghantar masing – masing berarus listrik disusun seperti Gambar di bawah jarak I1, I2 dan I3 ke titik P masing – masing 10cm, 5cm dan 5cm. ketiga kawat penghantar dan titik P berada pada bidang XZ. Jika kuat medan magnet di titik P, 4,5 x 10-6 T searah sumbu –Y+ kuat arus yang mengalir pada kawat I3 adalah….

a. 0,625 A searah sumbu Z- b. 0,625 A searah sumbu Z+ c. 4 A searah sumbu Z+ d. 5,8 A searah sumbu Z- e. 5,8 A searah sumbu Z+ jawab: Gaya Lorenz yang bekerja pada sisten tersebut adalah: NxTxcmABliF 66

111 10136)105,4)(10)(3( −− === gaya Lorenz untuk kawat 1 TxTxcmABliF 66

222 1045)105,4)(5)(2( −− === gaya Lorenz untuk kawat 2 Karena gaya nya saling tolak – menolak:

ZarahkeNxF

FNx

FFF

6

61

109010)45135(

2

−

−

=

=−

=−

40. Sebuah elekron bergerak dengan energi kinetic sebesar 2/3 energi diamnya.

Berapakah panjang gelombang de Broglie electron tersebut? a. mx 121082,1 − b. mx 1210361,1 − c. mx 1210261,1 − d. mx 1210721,0 − e. mx 1210626,0 − jawab:

Y

3A

2A

I1

I2 I3

0

00

0

35

32

EE

EEE

EEE

tot

tot

tot

=

+=

+=

Menghitung energi kinetic:

joulexsmxkgxmcEEk 152283120 105,136)/103)(101,9(

35)(

35

35 −− ====

Panjang gelombang de Broglie dinyatakan dengan:

mxxx

xmEh

K

12

1531

34

10361,1)105,136)(101,9(2

1063,62

−

−−

−

===λ

Jawaban B

41. Bola lampu memiliki spesifikasi 132W/220V ketikan dinyalakan pada sumber tegangan 110V memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 628 nm. Bila lampu meradiasikan secara seragam ke segala arah, maka jumlah foton yang tiba persatuan waktu persatuan luas di tempat yang berjarak 2,5 m dari lampu adalah…… a. 2118 ..1033,5 −− msfotonx b. 2118 ..1033,4 −− msfotonx c. 2118 ..1033,3 −− msfotonx d. 2118 ..1033,2 −− msfotonx e. 2118 ..1033,1 −− msfotonx jawab: intensitas dari energi yang dipancarkan bola lampu ke sekeliling, persatuan luas dinyatakan dengan:

smjoulemwattrwatt

APR 22

22 /68,1/68,1)5,2)(14,3(4

1324

132=====

π

Untuk mencari energi masing – masing photon:

joulexx

xxchE 199

834 1003167,0

106281031063,6 −

−− ===

λ

Sehingga jumlah muatan foton yang tiba persatauan waktu persatuan luas adalah:

smphotonxjoulex

photonsmjouleR 21819

2 /103,51003167,0

1/68,1 == −

Jawaban A

42. Pada proses dengan volume konstan, jika temperature system meningkat menjadi 2 kali temperature mula – mula, maka tekanan system juga menjadi 2 kali tekanan mula – mula sebab pada proses dengan tekanan konstan, volume berbanding lurus dengan temperature.

Jawab:

Pernyataan benar: pada proses volume konstan berlaku: constTP=

02

0

2

0

0

2

2

0

0

22PPTP

TP

TP

TP

=

=

=

Alasan salah: pada proses tekanan konstan berlaku

TVTcV

constTV

≈=

=

Volume sebanding dengan temperatur, bukan berbanding lurus dengan temperatur. Jawaban C

43. Total arus yang memasuki suatu titik percabangan pada rangkaian listrik sama dengan total arus yang keluar dari titik percabangan tersebut sebab kapasitas suatu kapasitor yang terbuat dari dua bola konduktor konsentrasi tergantung pada jejari kedua bola dan juga dielektrik pengisi kapasitor Jawab: Pernyataan benar: Hukum 1 Kirchoff berbunyi “Pada suatu titik cabang, jumlah kuat arus yang masuk sama dengan jumlah kuat arus yang keluar”.

keluarmasukII ∑∑ =

Alasan benar: kapasitas suatu kapasitor dapat dinyatakan dKA

C 0ε=

=C kapasitansi

bolakeduajejaridkepingluasAdielektrikzatK

===

Pernyataan dan alasan tidak ada hubungan Jawaban B

44. Taraf intensitas bunyi yang dihasilkan oleh 10 sumber bunyi berintensitas sama adalah taraf intensitas satu sumber bunyi ditambah 10 dB

SEBAB 10 sumber bunyi berintensitas sama menghasilkan intensitas suara 10 kali intensitas

satu sumber bunyi.

Jawab: Taraf intensitas bunyi dinyatakan dengan

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

0

10IILogTI

TI = taraf intensitas bunyi suatu sumber (dB) I = intensitas bunyi suatu sumber (watt/m2) I0 = intensitas ambang = 10-12 watt/m2 Jika ada 10 sumber bunyi, maka taraf intensitasnya adalah:

1010

101010

1010

0

0

0

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

IILogTI

LogIILogTI

IILogTI

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

0

10IILog = merpakan taraf intensitas satu sumber bunyi. Pernyataan benar

Alasan salah: Jika taraf intensitas satu sumber bunyi adalah 80 dB. Maka taraf intensitas 10 sumber bunyi adalah 80 dB + 10 dB = 90 dB. Jawaban C

45. Pada suatu generator listrik, suatu kumparan diputar dengan frekuensi tertentu di dalam medan magnet untuk menghasilkan gaya gerak listrik

SEBAB kumparan yang diputar dengan frekuensi tertentu dalam medan magnet menyebabkan

perubahan fluks magnetic persatuan waktu Jawab: pernyataan benar Didalam generator, kumparan diputar didalam suatu medan magnet akan menimbulkan gaya gerak listrik akibat perubahan fluks magnetic Alasan benar: kumparan yang diputar didalam medan magnet akan menyebabkan perubahan fluks persatuan waktu

dtdφε −=

Pernyataan dan alasan berhubungan Jawaban A