papankecil.files.wordpress.com · Web viewPROGRAM LAYANAN ENRICHMENT. KELAS C.I. TAHUN 2014-2015....

PROGRAM LAYANAN ENRICHMENTKELAS C.I. TAHUN 2014-2015

FISIKA

Modul: 1. Gelombang

2. Listrik Magnet3. Fisika Modern

NAMA : …………..….KELAS : XII-MIA-F

1

IC

DAFTAR ISI

PANDUAN ISI MODUL ………………………………………………………………………………………………………………….... 31. Karakteristik Gelombang dan Gelombang Berjalan …………………………………………………………………….. 62. Gelombang Stasioner …………………………………………………………………………………………………………………. 163. Interferensi dan Difraksi …………………………………………………………………………………………………………….. 254. Gelombang Bunyi ………………………………………………………………..…………………………………………………….. 345. Elektrostatika …………………………………………………………………………………………………………………………….. 426. Fluks Listrik dan Kapasitor ………………………………………………………………………………………………………….. 527. Medan dan Gaya Magnet ………………………………………………………………………………………………………….. 608. GGL Induksi ……………………………………………………………………………………………………………..……………….. 719. Rangkaian Arus Bolak-Balik ……………………………………………………………………………………………………….. 8010. Gejala Kuantum ……………………………………………………………………………………………………………………….. 9011. Teori Atom dan Teori Relativitas …………………………………………………………………………………………….. 10212. Fisika Inti ………………………………………………………………………………………………………………..……………….. 11413. Pengukuran Skalar dan Vektor ……………………………………………………………………………………….……….. 12314. Mekanika 1 ….………………………………………………………………………………………………………………………….. 13015. Mekanika 2 …….……………………………………………………………………………………………………………………….. 13716. Mekanika 3 …………………………………………………………….……………………………………………………………….. 14217. Pemuaian dan Kalor ….…………………………………………………………………………………………………………….. 15018. Fluida …………………..………………………………………………………………………………………………………………….. 15519. Gas Ideal dam Termodinamika ………………………………………………………………………………….…………….. 16120. Alat Optik …………………………………………………….………………………………………………………………………….. 16621. Rangkaian Arus Searah …………………………………………………………………………………………………………….. 171

2

PANDUAN ISI MODUL

No. SKL

STANDAR KOMPETENSI LULUSAN (SKL)

No. INDIKATOR INDIKATOR KETERANGAN

(MATERI KELAS)

1.

Memahami prinsip-prinsip pengukuran dan melakukan pengukuran besaran fisika secara langsung dan tidak langsung secara cermat, teliti dan obyektif.

1.

Membaca pengukuran salah satu besaran dengan menggunakan alat ukur tertentu.

X, TUGAS MANDIRI,SOAL LATIHAN.

2.

Menentukan besaran skalar dan vektor serta menjumlahkan/ mengurangkan besaran-besaran vektor dengan berbagai cara.


2.

Memahami gejala alam dan keberaturannya dalam cakupan mekanika benda titik, benda tegar, kekekalan energi, elastisitas, impuls, dan momentum.

3.

Menentukan besaran-besaran fisis gerak lurus, gerak melingkar beraturan, atau gerak parabola.

X, XITUGAS MANDIRI,SOAL LATIHAN.

4.

Menentukan berbagai besaran dalam dinamika gerak dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.


5.Menentukan letak titik berat dari berbagai benda homogen.

XI, TUGAS MANDIRI,SOAL LATIHAN.

6.

Menganalisis hubungan besaran-besaran yang terkait dengan dinamika rotasi.


7.

Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan usaha dan perubahan energi.


8.

Menjelaskan sifat elastisitas benda atau penerapan konsep elastisitas dalam kehidupan sehari-hari.


9.

Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan hukum kekekalan energi mekanik.


10.

Menentukan besaran-besaran fisis yang terkait dengan impuls, momentum, atau hukum kekekalan momentum.


3

No. SKL



(MATERI KELAS)

3.

Memahami prinsip dan konsep konservasi kalor, sifat gas ideal, fluida dan perubahannya yang menyangkut hukum termodinamika serta penerapannya dalam mesin kalor.

11.

Menjelaskan konsep suhu dan pemuaian, proses perpindahan kalor atau penerapan konservasi kalor dalam kehidupan sehari-hari.


12.

Mendeskripsikan prinsip-prinsip dasar fluida statik dan fluida dinamik beserta penerapannya.


13.Menentukan variabel-variabel pada persamaan umum gas ideal.


14.Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi energi kinetik gas.


15.

Menentukan berbagai besaran fisis dalam proses termodinamika pada mesin kalor.


4.

Menerapkan konsep dan prinsip optik dan gelombang dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi.

16.

Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan pengamatan menggunakan mikroskop atau teropong.


17.

Menjelaskan berbagai jenis gelombang elektromagnet serta manfaatnya atau bahayanya dalam kehidupan sehari-hari.

XII, MATERI,SOAL EVALUASI & PENGAYAAN.

18.Menentukan besaran-besaran tertentu dari gelombang berjalan.


19.Menentukan besaran-besaran tertentu dari gelombang stasioner.


20.

Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan peristiwa interferensi atau difraksi cahaya.


21.

Membandingkan intensitas atau taraf intensitas dari beberapa sumber bunyi yang identik.


22.

Menentukan besaran-besaran tertentu yang menimbulkan efek Doppler atau menentukan perubahan akibat efek Doppler tersebut.


4

No. SKL



(MATERI KELAS)

5.Menerapkan konsep dan prinsip kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai masalah dan produk teknologi.

23.Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan elektrostatika.


24.Menentukan besaran-besaran yang terkait fluks listrik dan kapasitor.


25.Menentukan hasil pengukuran kuat arus dan atau tegangan listrik.


26.

Menggunakan persamaan Ohm dan persamaan Kirchoff untuk menentukan berbagai besaran listrik dalam rangkaian tertutup.


27.

Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan medan magnet induksi di sekitar kawat berarus.


28.

Menjelaskan timbulnya gaya magnet atau menentukan besaran-besaran yang mempengaruhinya.


29.

Menjelaskan kaitan besaran-besaran fisis pada peristiwa GLL Induksi.


30.

Menentukan besaran-besaran fisis pada rangkaian arus listrik bolak-balik yang mengandung resistor, induktor, dan kapasitor.


6.

Memahami konsep dan prinsip relativitas, teori

atom, dan radioaktivitas serta penerapannya.

31. Membedakan teori-teori atom.


32.Menganalisis teori relativitas dan besaran-besaran yang terkait.


33.

Menjelaskan teori kuantum Planck dan kaitannya dengan radiasi benda hitam.


34.Menentukan besaran-besaran fisis pada reaksi inti atom.


35.

Menentukan jenis-jenis zat radioaktif atau mengidentifikasi manfaat radioisotop dalam kehidupan.


5

STANDAR KOMPETENSI LULUSAN:4. Menerapkan konsep dan prinsip optik dan gelombang dalam berbagai penyelesaian masalah dan

produk teknologi.

INDIKATOR:18. Menentukan besaran-besaran tertentu dari gelombang berjalan.

17. Menjelaskan berbagai jenis gelombang elektromagnet serta manfaatnya atau bahayanya dalam kehidupan sehari-hari.

PETA KONSEP:

6

KARAKTERISTIK GELOMBANG DAN

GELOMBANG BERJALAN

Karakteristik Gelombang

Gelombang Berjalan

Jenis danBagian

Gelombang

Persamaan Gelombang

Berjalan

Fase dan Sudut Fase

Pemanfa’atan Gelombang

Materi 1(KARAKTERISTIK GELOMBANG &

GELOMBANG BERJALAN)

PENGERTIAN DAN JENIS-JENIS GELOMBANG

Gelombang adalah getaran yang merambat. Dalam perambatannya, gelombang membawa energi.

Berdasarkan arah getar dan arah rambatnya, gelombang dikelompokkan menjadi dua, yaitu:1) Gelombang longitudinal

yaitu gelombang yang arah getarnya ………..…...……… arah rambatnya. Contoh: ………………

2) Gelombang transversalyaitu gelombang yang arah getarnya …………….………… arah rambatnya.Contoh: ……………….

Berdasarkan …………………………………………………..., gelombang dikelompokkan menjadi dua, yaitu:1) Gelombang mekanik

yaitu gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya.Contoh : ………………………………………..

2) Gelombang ……………….…………….…… yaitu gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Gelombang elektromagnetik terdiri dari gelombang medan listrik dan gelombang medan magnet yang saling ………….……

Urutan gelombang elektromagnetik dari frekuensi tertinggi ke frekuensi terendah adalah:

Sinar gamma, sinar X, sinar UV, cahaya tampak (sinar ungu, sinar nila, sinar biru, sinar hijau, sinar kuning, sinar jingga, sinar merah), sinar inframerah, gelombang mikro, gelombang radio.

7

Pemanfa’atan gelombang elektromagnetik

(1) Gelombang radio digunakan untuk komunikasi radio dan TV

(2) Gelombang mikro digunakan untuk mendeteksi letak benda (sistem ………. )

(3) Sinar inframerah digunakan untuk pembentukan citra termal pada diagnosis medis dan pada

remote ……….

(4) Cahaya tampak digunakan untuk penerangan

(5) Sinar UV digunakan untuk mengetahui unsur-unsur yang terkandung pada suatu bahan

(teknik …………………………….) juga untuk sterilisasi alat-alat kedokteran.

(6) Sinar X untuk ….

(7) Sinar gamma untuk menghancurkan sel-sel ……………, sterilisasi alat-alat kedokteran.

BAGIAN-BAGIAN GELOMBANG

Perhatikan grafik simpangan terhadap kedudukan pada gelombang tali:

1. Puncak gelombang, yaitu titik-titik tertinggi pada gelombang (misalnya titik ………..…….).2. Dasar gelombang, yaitu titik-titik terendah pada gelombang (misalnya titik F dan L).3. Bukit gelombang, yaitu lengkungan A-C-D atau ……...4. Lembah gelombang, yaitu lengkungan D-F-G atau J-L-M.5. Amplitudo (A), yaitu simpangan maksimum (misalnya BC dan EF).6. Panjang gelombang (λ), yaitu jarak antara dua puncak berurutan (misalnya ……) atau jarak satu bukit

dan satu lembah (misalnya AG) 7. Periode (T) yaitu waktu yang diperlukan untuk menempuh satu panjang gelombang8. Frekuensi (f) yaitu banyaknya gelombang yang terbentuk tiap detik

Hubungan f dan T adalah:

Pada gelombang longitudinal, satu panjang gelombang (λ) didefinisikan sebagai jarak antara ……………………………………………………….

8

KECEPATAN GELOMBANG

Secara umum, gelombang yang memiliki panjang gelombang λ dan frekuensi f merambat dengan kecepatan:

Dimana: v = cepat rambat gelombang (m/s)λ = panjang gelombang (m)f = frekuensi gelombang (Hz)

PERSAMAAN GELOMBANG BERJALAN

Jika seutas tali AB, dengan B diikat pada tiang dan A digerak-gerakkan naik-turun, maka akan terbentuk gelombang berjalan. Ambil titik A sebagai titik asal koordinat. Titik P adalah sembarang titik pada tali. Misalkan titik P berjarak x dari titik A. Persamaan simpangan di titik P adalah:

dimana:

Keterangan: yp = simpangan di titik P A = amplitudo (m) = kecepatan sudut = frekuensi sudut (rad/s) k = bilangan gelombang (rad/m) x = jarak P terhadap titik asal A (m) t = waktu (s), λ = panjang gelombang (m)

Gelombang berjalan dengan persamaan di atas bergerak ke kanan.

Untuk gelombang yang bergerak ke kiri, maka persamaannya adalah:

9

SUDUT FASE , FASE, BEDA FASE

Sudut fase titik P: Fase titik P:

Beda fase antara titik P dan titik Q adalah:

Soal Evaluasi

1. Seutas tali salah satu ujungnya diikat pada tiang, sedangkan ujung lainnya digerak-gerakkan ke atas (A) dan ke bawah (B) berulang kali secara berkala.

a. Setelah ujung tali digerakkan: O A O B O A O, gambarkan gelombang yang terbentuk pada tali!

b. Jika waktu yang diperlukan pada gerakan O A O B O A O adalah 0,5 detik dan panjang dari keseluruhan gelombang yang terbentuk adalah 90 cm, tentukan cepat rambat rata-rata gelombang pada tali!

10

2. Hasan mencatat bahwa puncak gelombang melewati sebuah titik tetap setiap 2 sekon. Hasan juga mengukur bahwa jarak antara dua puncak gelombang yang berdekatan adalah 5 meter. Cepat rambat gelombang tersebut adalah…A. 2,5 m/s B. 5 m/s C. 7,5 m/sD. 10 m/sE. 15 m/s

3. Sebuah gelombang berjalan mempunyai persamaan )sin( kxtAyp .

a. Buktikan bahwa kecepatan gelombang tersebut merambat adalah: k

v

b. Titik P dan Q adalah sembarang titik pada gelombang berjalan. Buktikan bahwa beda fase antara

titik P dan Q adalah:

x

4. Sebuah gelombang merambat pada tali yang memenuhi persamaan :y = 0,4 sin 2 (60 t – 0,4 x)

di mana y dan x dalam meter dan t dalam sekon, tentukanlah :a. amplitudo gelombang,b. frekuensi gelombang,c. panjang gelombang,d. cepat rambat gelombang, dane. beda fase antara titik A dan B pada tali itu yang terpisah sejauh 1 m.

11

5. Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali dinyatakan dengany = 0,02 sin (0,2 π x – 20 π t).

Jika x dan y dalam m dan t dalam sekon, tentukan:a. arah rambatan gelombang (ke kanan atau ke kiri?)b. bilangan gelombang c. kelajuan perambatand. fase titik P yang berjarak 20 cm dari titik asal koordinat ketika t=3 sekon

6. Suatu gelombang transversal merambat sepanjang seutas kawat yangdinyatakan dalam persamaan:

y = 3 mm sin[(18 m-1)x + (400 s-1)t]Tentukan besar dan arah kecepatan rambat gelombang tersebut

12

Soal Pengayaan Dasar

1. Di antara gelombang-gelombang berikut ini:(1) gelombang radio(2) gelombang tali(3) gelombang bunyi(4) gelombang cahayaYang termasuk gelombang transversal adalah….

2. Sebuah gelombang berjalan di permukaan air memenuhi persamaan:)260(2sin03,0 xty

y dan x dalam meter dan t dalam sekon. Cepat rambat gelombang tersebut adalah….A. 15 m/sB. 20 m/sC. 30 m/sD. 45 m/sE. 60 m/s

3. Sebuah batu dijatuhkan ke dalam air sehingga pada permukaan air timbul bukit gelombang yang berjalan. Jika bukit pertama menempuh jarak 5 meter selama 2 sekon dan sepanjang itu terdapat 20 gelombang, tentukanlah: a) cepat rambat gelombangb) frekuensi gelombangc) panjang gelombang

4. Seorang nelayan merasakan perahunya dihempas gelombang sehingga perahu naik-turun. Waktu yang diperlukan dari puncak ke lembah adalah 3 s. Nelayan juga mengamati bahwa jarak antarpuncak gelombang adalah 12 m. Waktu yang diperlukan gelombang untuk mencapai pantai yang jauhnya 100 m adalah…A. 3 s B. 4 s C. 8 sD. 33 sE. 50 s

5. Sebuah gelombang merambat pada tali yang memenuhi persamaan :y = 5 sin 2 (20 t – 0,2 x)

di mana y dan x dalam cm dan t dalam sekon, tentukanlah :a) amplitudo gelombangb) periode gelombangc) cepat rambat gelombang

13

6. Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali dinyatakan dengany = 0,1 sin (0,1 π x + 10 π t).

Jika x dan y dalam meter dan t dalam sekon, tentukan:a) arah rambatan gelombang (ke kanan atau ke kiri?)b) bilangan gelombang c) kelajuan perambatand) fase titik P yang berjarak 10 cm dari titik asal koordinat ketika t= 2 sekon

7. Gelombang merambat dari titik A ke titik B dengan amplitudo 1 cm dan periode 0,2 sekon. Jarak AB = 0,3 m. Jika cepat rambat gelombang 2,5 m/s, tentukan beda fase antara titik A dan B!

8. Urutkan gelombang-gelombang elektromagnetik berikut ini dari panjang gelombang yang terkecil ke yang terbesar! (1) sinar merah(2) sinar biru(3) gelombang radio(4) sinar X(5) sinar UV

9. Sinar yang dimanfaatkan pada remote control alat elektronika adalah sinar …...

10. Gelombang yang dimanfaatkan dalam sistem radar adalah gelombang…..

14

Soal Pengayaan Lanjutan

1. Gelombang yang merambat dalam suatu medium diungkapkan dalam bentuk grafik simpangan sebagai fungsi dari jarak dan waktu yang masing-masing ditunjukkan pada gambar berikut.

Cepat rambat gelombangnya adalah…A. 20 cm/s D. 50 cm/sB. 25 cm/s E. 75 cm/sC. 40 cm/s

2. Gelombang di permukaan air diidentifikasi pada dua titik seperti gambar.

Persamaan gelombang dengan arah rambatan dari A ke B adalah….A. 0

21

41 902sin5,0 xty

B. 021

41 902sin5,0 xty

C. 041

21 902sin5,0 xty

D. 041

21 902sin5,0 xty

E. 041

21 902sin5,0 xty

3. Sebuah gelombang merambat dari sumber S ke kanan dengan laju 8 m/s, frekuensi 16 Hz, dan amplitudo 4 cm. Gelombang itu melalui titik P yang berjarak 9,5 cm dari S. Jika S telah bergetar 1,25 sekon dan arah gerak pertamanya ke atas, simpangan titik P pada saat itu adalah….A. 0 cmB. 1 cmC. 2 cmD. 3 cmE. 4 cm

4. Sebuah titik P bergetar harmonik sederhana menghasilkan gelombang berjalan dengan cepat rambat 24 m/s, frekuensi 12 Hz, dan amplitudo 10 cm. Pada t = 0, simpangan titik P sama dengan nol. Simpangan titik Q yang berada pada jarak 3 m dari P saat P sudah bergetar 0,5 sekon adalah….A. 0 cmB. 2 cmC. 5 cmD. cmE. cm

15


produk teknologi.

INDIKATOR:19. Menentukan besaran-besaran tertentu dari gelombang stasioner.

PETA KONSEP:

16

GELOMBANG

STASIONER

Ujung Terikat Ujung Bebas

Persaamaan Matematis

Pola Simpul dan Perut

Persamaan Matematis

Pola Simpul dan Perut

Prinsip Superposisi

Materi 2(GELOMBANG STASIONER)

PRINSIP SUPERPOSISIBila pada suatu medium bekerja dua gelombang dan pada saat bersamaan, maka kedua gelombang ini berpadu (superposisi) membentuk sebuah gelombang dengan persamaan:

y

Hasil superposisi dua gelombang ada yang bersifat konstruktif (saling menguatkan) dan ada yang bersifat destruktif (saling melemahkan).

GELOMBANG STASIONERGelombang stasioner disebut juga gelombang …………... atau gelombang tegak, merupakan jenis gelombang yang bentuk gelombangnya terlihat tetap di tempat tidak berpindah menjalari medium.

PADA UJUNG TERIKAT:Sebuah tali yang panjang, salah satu ujungnya digetarkan terus-menerusdengan amplitudo dan frekuensi yang konstan sedangkan ujung yang laindibuat terikat.

Maka terjadi superposisi antara gelombang datang:

dan gelombang pantul:

menghasilkan gelombang stasioner berbentuk sebagai berikut:

17

Persamaan gelombang stationer pada ujung terikat adalah:

= ……. (Skip perhitungan)

y

Simpul (S) terbentuk ketika sin kx = 0, yaitu ketika:

Perut (P) terbentuk ketika sin kx = 1, yaitu ketika:

Catatan: Di sini, jarak x dihitung dari ujung terikat.

PADA UJUNG BEBAS:Sebuah tali yang panjang, salah satu ujungnya digetarkan terus-menerus dengan amplitudo danfrekuensi yang konstan sedangkan ujung yang lain dibuat bebas (longgar).

Maka terjadi superposisi antara gelombang datang:

dan gelombang pantul:

18

menghasilkan gelombang stasioner berbentuk sebagai berikut:

Persamaan gelombang stationer pada ujung bebas adalah:

= ……. (Skip perhitungan)

y

Simpul (S) terbentuk ketika cos kx = 0, yaitu ketika:

=kx

Perut (P) terbentuk ketika cos kx = 1, yaitu ketika:

=kx

Catatan: Di sini, jarak x dihitung dari ujung bebas.

KECEPATAN GELOMBANG TALI

Dimana: v = cepat rambat gelombang tali (m/s)F = besar tegangan tali (N)μ = massa per satuan panjang (kg/m)

Soal Evaluasi

19

1. Seutas tali panjangnya 80 cm direntangkan horizontal. Salah satu ujungnya digetarkan harmonik naik-turun dengan frekuensi 1/4 Hz dan amplitudo 12 cm, sedang ujung lainnya terikat. Getaran merambat sepanjang kawat dengan cepat rambat 3 cm/s. Tentukan: a. letak simpul ke-4 dari ujung terikat.b. amplitudo gelombang hasil superposisi di titik yang berjarak 53 cm dari titik asal getaran.

2. Sebuah tali yang panjang, salah satu ujungnya digetarkan terus-menerus dengan amplitudo 10 cm, periode 2 s, sedangkan ujung yang lain dibuat bebas. Jika cepat rambat gelombang pada tali tersebut 18 cm/s dan pada tali terjadi gelombang stasioner, tentukanlah :a. amplitudo gelombang di titik P yg berjarak 12 cm dari ujung bebas.b. letak simpul ke-2 dan perut ke-3 dari ujung bebas.

3. Suatu tali dihubungkan melalui katrol dan ujungnya diberi beban 0,2 kg kemudian digetarkan dengan vibrator, terbentuk pola seperti pada gambar! Jika total panjang tali 3 m dan total massa tali 60 gram, tentukan:a. cepat rambat gelombang pada tali (g = 10 m/s2)b. frekuensi getar vibrator

Soal Pengayaan Dasar20

1. Seutas tali yang panjangnya 40 m digetarkan secara transversal. Laju rambat gelombang pada tali tersebut 50 m/s. Jika gaya tegangan pada tali adalah 2,5 N massa tali yang digunakan adalah….A. 120 g B. 90 g C. 80 g D. 40 gE. 30 g

2. Dawai dengan massa 500 gram dan panjang 3 meter ditegangkan dengan gaya 150 N. Salah satu ujung dawai digetarkan sehingga gelombang merambat dalam dawai. Gelombang akan mencapai ujung dawai lainnya ketika sumber gelombang bergetar selama…A. 0,01 sekonB. 0,1 sekonC. 1 sekonD. 10 sekonE. 100 sekon

3. Gelombang stasioner terbentuk pada tali dengan persamaan

txy

40sin

3cos5,0

dengan x dan y dalam cm dan t dalam s. Jarak antara dua simpul berdekatan adalah…A. 3 cmB. 6 cmC. 9 cmD. 12 cmE. 15 cm

4. Gelombang stasioner dapat terjadi karena superposisi gelombang datang dan gelombang pantul oleh

ujung bebas. Titik simpul yang kesepuluh berjarak 1,52 cm dari ujung bebasnya. Jika frekuensi gelombang itu 50 Hz maka laju rambat gelombang adalah…A. 16 m/sB. 32 m/sC. 48 m/sD. 64 m/sE. 72 m/s

5. Sebuah kawat yang panjangnya 5 m terikat pada kedua ujungnya. Massa kawat 4 kg dan mengalami gaya tegangan 200 N. Ketika kawat digetarkan terbentuk 8 buah simpul gelombang. Tentukanlah cepat rambat gelombang dan frekuensi gelombang!

21

6. Sebuah tali yang panjang, salah satu ujungnya digetarkan terus-menerus dengan amplitudo 5 cm, periode 1 s, sedangkan ujung yang lain dibuat bebas. Jika cepat rambat gelombang pada tali tersebut 24 cm/s dan pada tali terjadi gelombang stasioner, tentukanlah :a. amplitudo gelombang di titik X yg berjarak 12 cm dari ujung bebas.b. letak simpul ke-4 dari ujung bebas.

7. Gelombang stasioner terbentuk pada tali dengan persamaan

dengan x dan y dalam cm dan t dalam s. Tentukan:a) Jenis gelombang stationer: ujung terikat atau ujung bebas?b) Jarak antara simpul dan perut yang bersebelahan

8. Seutas dawai bila diberi tegangan 100 N dan digetarkan, maka frekuensi yang timbul f0. Berapa besar tegangan yang dibutuhkan agar dawai tersebut bergetar dengan frekwensi 2 fo ?A. 25 NB. 50 NC. 100 ND. 200 NE. 400 N

22


1. Buktikan secara matematis bahwa superposisi antara gelombang datang dan

gelombang pantul pada ujung terikat akan membentuk gelombang

stasioner: .

2. Gelombang bersuperposisi dengan gelombang . Amplitudo gelombang resultannya…(1) bergantung pada x(2) mempunyai nilai maksimum 2A(3) mempunyai nilai minimum 0(4) bergantung pada waktuPernyataan yang benar adalah….A. (1), (2), (3)B. (1), (3)C. (2), (4)D. (4)E. (1), (2), (3), (4)

3. Sebuah dawai yang panjangnya 2 m bermassa 1,6 gram ditegangkan dengan gaya 50 N. Hitunglah:(a) frekuensi nada dasar dawai(b) frekuensi nada atas ke-1 pada dawai

23

4. Pipa organa terbuka adalah pipa yang terbuka di kedua ujungnya (sehingga terbentuk perut di kedua ujungnya). Sebuah pipa organa terbuka panjangnya 60 cm. Jika di tempat tersebut merambat bunyi dengan kecepatan 300 m/s:a) Hitung frekuensi nada dasarnyab) Hitung frekuensi nada atas pertamac) Hitung panjang gelombang pada nada atas kedua

5. Sepotong dawai menghasilkan nada dasar f. Jika dipendekkan 8 cm tanpa mengubah tegangan, dihasilkan frekuensi 1,25f. Jika dawai dipendekkan 2 cm lagi, frekuensi yang dihasilkan adalah…. (nyatakan dalam f)A. 2fB. 1,5fC. 1,33fD. 1,25fE. f

6. Sebuah pipa organa terbuka, nada atas kedua dihasilkan panjang gelombang sebesar x, sedangkan pada pipa organa tertutup nada atas kedua dihasilkan panjang gelombang sebesar y. Jika kedua pipa panjangnya sama, maka x : y = ….A. 1 : 2B. 3 : 4C. 4 : 3D. 5 : 6E. 6 : 5

7. Sebuah garputala berfrekuensi 660 Hz digetarkan di dekat sebuah tabung berisi air. Jika laju rambat bunyi di udara sebesar 330 m/s, akan terjadi resonansi jika jarak minimum permukaan air dengan ujung tabung adalah…..A. 0,125 mB. 0,25 mC. 0,5 mD. 0,625 mE. 0,75 m

24


produk teknologi.

INDIKATOR:20. Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan peristiwa interferensi atau difraksi cahaya.

PETA KONSEP:

25

INTERFERENSI DAN DIFRAKSI

Celah Ganda Celah Tunggal

PersamaanMatematis

Pola Terang dan Gelap

Persamaan Matematis


Kisi

Persamaan Matematis


Hubungan d = 1/N

Materi 3(INTERFERENSI DAN DIFRAKSI)

INTERFERENSI CELAH GANDA(Percobaan Young)

DIFRAKSI CELAH TUNGGAL

CATATAN: Terang pusat …………………..… setengah bagian lebih lebar pada kedua sisi.

DIFRAKSI PADA KISIKisi difraksi adalah celah-celah sempit yang tertata rapi dengan jarak yang cukup dekat. Pada kisi ini biasanya tertulis data N garis/cm. Dari nilai N ini dapat ditentukan jarak antara celah d dengan hubungan sebagai berikut:

26

Pola interferensi yang dihasilkan memiliki syarat-syarat yang mirip seperti pada pola interferensi ………………………..

Rumus umum untuk interferensi dan difraksi:

Keterangan:

Untuk nilai , hafalkan skema berikut ini:

27

Soal Evaluasi

1. Dua buah celah sempit terpisah pada jarak 0,2 mm disinari tegak lurus. Sebuah layar diletakkan 1 meter di belakang celah. Garis terang orde ke-3 pada layar terletak 7,5 mm dari terang pusat. Tentukan berapa Angstrom panjang gelombang cahaya yang digunakan!

2. Seberkas cahaya yang panjang gelombangnya 6 x 10–7 m dijatuhkan pada dua buah celah sempit yang terpisah pada jarak 0,3 mm dan sebuah layar diletakkan 2 meter di belakang celah. Tentukan jarak garis gelap orde 2 dari terang pusat!

3. Pada percobaan Young digunakan gelombang cahaya dengan panjang gelombang 4.500 Ẳ dan jarak antara celah dengan layar 2 meter. Jika jarak antarcelah 0,5 mm, tentukan jarak pita terang kedua dengan terang ketiga!

4. Suatu celah tunggal disinari oleh cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 5,98 nm. Agar difraksi maksimum orde pertama terjadi pada sudut 30o, maka lebar celahnya adalah ....

28

5. Celah tunggal yang lebarnya 0,1 mm disinari berkas cahaya dengan panjang gelombang 4.000 Ẳ. Apabila pola difraksi ditangkap pada layar yang jaraknya 20 cm dari celah, tentukan jarak antara garis gelap ketiga dan garis pusat terang!

6. Cahaya dengan panjang gelombang 640 nm mengenai sebuah kisi difraksi yang terdiri atas 2.000 garis/cm. Jarak kisi ke layar adalah 1 m. Tentukan jarak terang kedua dari terang pusat!

7. Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 8.000 Ẳ dilewatkan pada kisi difraksi sehingga garis terang kedua terjadi dengan sudut deviasi 30o terhadap garis normal. Berapakah jumlah garis per millimeter pada kisi tersebut?

29


1. Dua celah yang berjarak d, disinari cahaya merah dengan panjang gelombang 6 × 10–7 m. Garis gelap terang dapat diamati pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Jika jarak antara terang ketiga dan gelap ketiga 0,75 mm, tentukan nilai d!

2. Seberkas cahaya monokromatik dijatuhkan tegak lurus sebuah celah tunggal yang lebarnya 0.4 mm. Sebuah layar diletakkan di belakang celah sejauh 40 cm. Apabila garis gelap pertama berjarak 0,56 mm dari terang pusat, hitunglah panjang gelombang cahaya yang dipakai!

3. Dalam melakukan percobaan Young, untuk memperkecil jarak dua garis terang yang berdekatan dapat dilakukan dengan cara :(1) memperbesar jarak antar dua celah(2) memperbanyak orde garis terang(3) mengganti cahaya yang panjang gelombangnya lebih kecil(4) menjauhkan layar dari celahPernyataan yang benar adalah….

4. Pada percobaan Young (celah ganda), jika jarak antara dua celahnya dijadikan dua kali semula, maka jarak antara dua garis gelap yang berurutan menjadi….A. 4 kali semulaB. 2 kali semulaC. ½ kali semulaD. ¼ kali semulaE. tetap tidak berubah

30

5. Cahaya dengan panjang gelombang 5x10-7m datang pada celah kembar Young yang jaraknya 2 x 10-4 mm. Pola yang terjadi ditangkap pada layar yang berada 1 meter dari celah kembar. Jarak antara dua buah garis terang adalah …cmA. 0,10 B. 0,25 C. 0,50D. 1,00 E. 2,50

6. Sebuah celah lebarnya d disinari cahaya dan menghasilkan pola terang-gelap pada layar. Berapakah harga d minimum untuk cahaya merah yang memiliki panjang gelombang 650 nm jika sudut jatuhnya 30o ?

7. Seberkas cahaya yang melalui kisi difraksi dengan K celah/cm menghasilkan spektrum garis terang orde kedua yang membentuk sudut 30° terhadap garis normalnya. Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan 5 × 10–7 meter, maka nilai K adalah ...A. 1.000 garis/cmB. 2.000 garis/cmC. 4.000 garis/cmD. 5.000 garis/cmE. 6.000 garis/cm

31


1. Seberkas cahaya monokromatis dijatuhkan pada dua celah sempit berdekatan dengan jarak 0,01 mm. Pola interferensi yang terjadi ditangkap pada jarak 20 cm dari celah. Jika jarak antara garis gelap pertama di sebelah atas terang pusat dan garis gelap pertama di sebelah bawah terang pusat adalah 7,2 mm, panjang gelombang berkas cahaya yang digunakan adalah…. nm.

2. Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm tegak lurus pada kisi difraksi. Jika kisi memiliki 400 garis tiap cm dan sudut deviasi sinar 300 maka banyaknya garis terang yang terjadi pada layar adalah …..A. 24B. 25C. 26D. 50E. 51

3. Untuk mengukur panjang gelombang sinar merah dilakukan percobaan sebagai berikut: sinar kuning ( λ = 580 nm ) dijatuhkan tegak lurus pada sebuah kisi. Pola difraksi diterima di layar yang jaraknya 40 cm dari kisi. Garis terang orde pertama berjarak 0,58 mm dari garis terang pusat. Sesudah itu sinar merah dijatuhkan tegak lurus pada kisi. Ternyata, garis terang orde pertama berjarak 0,65 mm dari terang pusat. Panjang gelombang sinar merah tersebut adalah….A. 620 nmB. 630 nmC. 640 nmD. 650 nmE. 660 nm

4. Dua gelombang cahaya koheren berinterferensi. Di tempat-tempat terjadinya sinar yang terang, beda sudut fase kedua gelombang tersebut sama dengan…. (n = 0, 1, 2, 3, ….)

A.

B.C.D.

E.

32

5. Hasil percobaan Young dengan sinar monokromatik digambarkan sebagai berikut:

Garis terang pada P terjadi jika PM – PL = …..

A. D.

B. E.

C.

6. Berkas cahaya putih dilewatkan pada dua celah yang terpisah pada jarak 0,5 mm. Pola interferensi diamati pada layar yang berjarak 2,5 m dari celah. Pita terang orde pertama berupa pelangi dengan merah dan ungu pada kedua tepinya. Jika panjang gelombang cahaya merah dan ungu masing-masing 700 nm dan 400 nm, tentukan lebar spektrum pelangi orde pertama tersebut!

7. ‘Abdul ‘Aziz melakukan percobaan untuk menentukan panjang gelombang sebuah sinar dengan menggunakan kisi difraksi. Sumber cahaya, kisi, dan layar diatur pada jarak tertentu yang tetap. Pertama-tama, ‘Abdul ‘Aziz menggunakan sinar ungu (λ = 400 nm) sebagai acuan. Ternyata, jarak pita pertama sinar ungu dari terang pusat adalah 3 mm. Selanjutnya, ‘Abdul ‘Aziz menggunakan sinar yang belum diketahui panjang gelombangnya. Ternyata, jarak pita pertama sinar tersebut dari terang pusat adalah 4,5 mm. Tentukan panjang gelombang sinar yang digunakan ‘Abdul ‘Aziz!

8. Pada percobaan polarisasi cahaya, intensitas cahaya yang dilewatkan oleh analisator berkurang 87,5%. Sudut antara sumbu polarisator dan analisator adalah….A. 300

B. 370

C. 450

D. 530

E. 600

33


produk teknologi.

INDIKATOR:21. Membandingkan intensitas atau taraf intensitas dari beberapa sumber bunyi yang identik.22. Menentukan besaran-besaran tertentu yang menimbulkan efek Doppler atau menentukan

perubahan akibat efek Doppler tersebut.

PETA KONSEP:

34

GELOMBANG

BUNYI

Intensitas Bunyi Efek Doppler

Rumus I = P/(4r2)

RumusEfek Doppler

Taraf Intensitas Bunyi

Rumus TI = 10 log (I/Io)

Pelayangan Bunyi

Materi 4(GELOMBANG BUNYI)

INTENSITAS BUNYI

Intensitas adalah daya (energi per satuan waktu) yang dipancarkan tiap satuan luas.

Dimana: I = intensitas gelombang bunyi (W/m2)P = daya sumber bunyi (W)A = luas (m2)

Jika sumber bunyi memancarkan bunyi secara merata ke segala arah, maka luas yang dimaksud adalah luas permukaan bola, yaitu:

Dimana r = jarak suatu titik ke sumber bunyi (m).

TARAF INTENSITAS BUNYI

Taraf intersitas bunyi didefinisikan sebagai:

Dimana : TI = Taraf intensitas bunyi (dB)I = Intensitas bunyiI0 = Intensitas ambang = 10 –12 W/m2

EFEK DOPPLER

Efek Doppler adalah peristiwa berubahnya frekuensi bunyi yang diterima pendegar karena adanya gerak relatif antara sumber bunyi dan pendengar.

35

Secara matematis, frekuensi yang diterima pendengar memenuhi:

Dimana: fp = frekuensi bunyi yang diterima pendengar (Hz)f S = frekuensi yang dipancarkan sumber bunyi (Hz)v = cepat rambat bunyi (m/s)vp = kecepatan pendengar (m/s)vS = kecepatan sumber bunyi (m/s)

Aturan Tanda bertanda positif jika pendengar …………………………… sumber bunyi. Sebaliknya, bertanda negatif jika

pendengar menjauhi sumber bunyi.bertanda positif jika sumber ………………………..………. pendengar. Sebaliknya, bertanda negatif jika sumber mendekati pendengar.

PELAYANGAN BUNYI

Jika dua gelombang bunyi dari dua sumber yang memiliki frekuensi yang …………………….………………. , misal frekuensinya f1 dan f2 berinterferensi, maka akan terdengar bunyi keras dan lemah yang berulang secara periodik, yang disebut pelayangan bunyi. Banyaknya pelemahan dan penguatan bunyi yang terjadi dalam satu detik disebut ………………………………………………. Besarnya frekuensi layangan:

Soal Evaluasi

1. Gelombang bunyi dipancarkan dari sebuah sumber dengan daya 3,6 mW. Titik P berada 3 m dari sumber bunyi. Tentukan:a) Intensitas bunyi di titik Pb) Taraf intensitas bunyi di titik P

2. Intensitas bunyi di suatu titik P yang berjarak 6 m dari sebuah mesin jahit adalah 4 x 10 – 2 W/m2. Tentukanlah:

36

a) Intensitas bunyi di titik Q yang berjarak 12 m dari mesin jahitb) Intensitas bunyi di titik P jika ada 5 mesin jahit dinyalakan bersamaan

3. Taraf intensitas bunyi di suatu titik yang berjarak 3 m dari sebuah sumber adalah 50 dB.a) Berapakah taraf intensitas bunyi di titik tersebut jika jumlah sumbernya 100 buah (sumber bunyi

identik) ?b) Berapakah taraf intensitas bunyi oleh 10 buah sumber tersebut pada jarak 30 m ?

4. a) Perhatikan pengaruh jumlah sumber bunyi terhadap taraf intensitas berikut ini!

Jumlah sumber bunyi

Taraf Intensitas

1 60dB10 70dB

100 80dB1000 90dB

Dari data tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa: Jika jumlah sumber bunyi 10 kali lipat semula, maka taraf intensitasnya naik ….... dB.

b) Perhatikan pengaruh jarak terhadap taraf intensitas berikut ini!

Jarak Taraf Intensitas1 m 100dB

10 m 80dB100 m 60dB

1000 m 40dB

Dari data tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa: Jika jaraknya dijadikan 10 kali lipat semula, maka taraf intensitasnya berkurang …....dB.

c) Selesaikan kembali soal nomor 3 dengan kesimpulan pada pada poin 4a) dan 4b)!

37

5. Sebuah sumber bunyi dengan frekuensi 1700 Hz bergerak mendekati pendengar dengan kecepatan 34 m/s. Kecepatan rambat bunyi di udara 340 m/s. Jika pendengar menjauhi sumber bunyi dengan kecepatan 17 m/s, maka berapa frekuensi bunyi yang diterima pendengar?

6. Sebuah kereta bergerak menjauhi stasiun dengan kelajuan 72 km/jam sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 720 Hz. Diketahui cepat rambat bunyi di udara 340 m/s. Tentukan frekuensi yang didengar pengamat jika pengamat itu:a) sedang duduk di stasiunb) bergerak mengejar kereta dengan kelajuan 36 km/jam

7. Mobil ambulan bergerak dengan kelajuan 20 m/s sambil membunyikan sirinenya yang memilikifrekuensi 1080 Hz. Pada saat itu ada seseorang yang mengendarai sepeda motor akan berpapasandengan ambulan. Kecepatan sepeda motornya 10 m/s. Berapakah frekuensi sirine yang diterimapengendara sepeda motor jika kecepatan bunyi saat itu 340 m/s?

Soal Pengayaan Dasar38

1. Titik A dan B terletak masing-masing 3 m dan 6 m dari suatu sumber bunyi. Jika intensitas bunyi di A adalah 4 x 10–6 W/m2, maka intensitas bunyi di B adalah…A. 4 x 10–6 W/m2

B. 16 x 10–6 W/m2

C. 2 x 10–6 W/m2

D. 1 x 10–6 W/m2

E. 8 x 10–6 W/m2

2. Taraf intensitas bunyi di suatu titik yang berjarak 20 m dari sebuah petasan adalah 70 dB. Maka taraf intensitas bunyi di suatu titik yang berjarak 2 m jika 100 petasan dinyalakan bersamaan?A. 50 dBB. 60 dBC. 70 dBD. 100 dBE. 110 dB

3. Dua buah mobil masing-masing bergerak saling mendekati dengan kelajuan 30 m/s dan 10 m/s. Mobil pertama membunyikan sirene dengan frekuensi 620 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka frekuensi bunyi yang terdengar oleh supir kedua adalah…A. 680 HzB. 700 HzC. 720 HzD. 780 HzE. 800 Hz

4. Suatu sumber bunyi mengeluarkan bunyi dengan frekuensi fO ketika diam. Frekuensi yang diterima pendengar akan lebih tinggi dari fO pada kasus-kasus di bawah ini, kecuali….A. sumber bunyi diam, pendengar bergerak mendekati sumber bunyiB. pendengar diam, sumber bunyi bergerak mendekati pendengarC. sumber bunyi dan pendengar bergerak saling mendekatiD. sumber bunyi dan pendengar bergerak saling menjauhiE. sumber bunyi dan pendengar bergerak ke arah sama dimana sumber bunyi mengejar pendengar

dengan kelajuan yang lebih besar

5. Maryam berdiri di samping sumber bunyi yang frekuensinya 676 Hz. Sebuah sumber bunyi lain dengan frekuensi 676 Hz mendekati Maryam dengan kecepatan 2 m/s. Jika kecepatan merambat bunyi di udara adalah 340 m/s, maka Maryam akan mendengar layangan dengan frekuensi …. Hz.

6. Seorang penerbang yang pesawat terbangnya menuju ke menara bandara mendengar bunyi sirene menara dengan frekuensi 2.000 Hz. Jika sirene memancarkan bunyi dengan frekuensi 1.700 Hz dan cepat rambat bunyi di udara 310 m/s, maka kecepatan pesawat terbang tersebut adalah…

39

A. 196 km/jam B. 200 km/jam C. 216 km/jamD. 220 km/jamE. 236 km/jam

7. Sumber bunyi yang memancarkan bunyi dengan panjang gelombang 50 cm dan pengamat bergerak saling menjahui dengan kelajuan masing-masing 40 m/s dan 20 m/s. Kecepatan rambatan bunyi di udara 320 m/s. Frekuensi bunyi yang didengar pengamat adalah….A. 533 HzB. 567 HzC. 600 HzD. 666 HzE. 720 Hz

8. Dua buah mobil masing-masing bergerak saling menjauhi dengan kelajuan V1 m/s dan V2 m/s. Mobil pertama membunyikan sirene dengan frekuensi fo Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara V m/s, maka frekuensi bunyi yang terdengar oleh supir mobil kedua adalah…

A. 01

2 )+

( fVV

VV

B. 01

2 )++

( fVVVV

C. 01

2)( f

VV

VV

D.0

1

2)

+( f

VVVV

E. 02

1 )+

( fVV

VV


40

1. Perhatikan gambar berikut!

A dan B merupakan sumber bunyi yang memancarkan bunyi ke segala arah. Energi bunyi yang dipancarkan A dan B masing-masing adalah 1,2 W dan 0,3 W. Agar intensitas bunyi yang diterima C sama besarnya dari A maupun dari B, tentukan letak C!

2. Perubahan frekuensi suatu bunyi yang sumbernya bergerak mendekati pendengar yang diam diketahui 1 % dari frekuensi asalnya. Bila kecepatan rambat bunyi di udara adalah 300 m/s, maka kecepatan sumber bunyi tersebut terhadap pengamat adalah…A. 2 m/sB. 3 m/sC. 5 m/sD. 6 m/sE. 8 m/s

3. Andaikan suatu hari Anda sedang berkendaraan santai dengan kecepatan v. Tiba-tiba mobil ambulans datang dari belakang sambil membunyikan sirene menyalip Anda dengan kecepatan 10 v. Ketika itu cepat rambat bunyi di udara adalah 100 v. Jika f1 adalah frekuensi sirene yang Anda dengar ketika ambulans mendekati Anda dan f2 adalah frekuensi sirene yang Anda dengar ketika ambulans

menjauhi Anda, maka rasio 2

1

ff

nilainya mendekati….

A. 1,1B. 1,2C. 1,3D. 1,4E. 1,5

STANDAR KOMPETENSI LULUSAN:5. Menerapkan konsep dan prinsip kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai masalah dan produk

teknologi.41

INDIKATOR:23. Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan elektrostatika.

PETA KONSEP:

Materi 5(ELEKTROSTATIKA)

42

ELEKTROSTATIKA

Gaya Listrik Energi Potensial

Listrik

Antar Muatan Sejenis:

Tolak-Menolak Ep = kQq/r

Medan Listrik

Potensial Listrik

Antar Muatan Berlawanan Jenis:

Tarik-Menarik

Besar: F = kQq/r2

Muatan Positif: Medan Listrik Radial Keluar

Muatan Negatif: Medan Listrik Radial Masuk

V = kQ/r

GAYA LISTRIK (ELEKTROSTATIKA)

Antara dua muatan yang sejenis terdapat gaya ………………….…………..

Antara dua muatan berlawana jenis terdapat gaya ……………………………….

Besar gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan adalah:

Dimana : F = besar gaya elektrostatika (N) Q1 = muatan 1 (C)

Q2 = muatan 2 (C)r = jarak antara dua muatan (m) diukur dari pusat muatan

= permitivitas ruang hampa = 8,85 x 10– 12 C2/Nm2

KUAT MEDAN LISTRIK

Daerah di sekitar muatan dimana masih bekerja gaya listrik disebut medan listrik. Medan listrik di sekitar muatan positif arahnya radial …………………..…. muatan, sedangkan medan listrik di sekitar muatan negatif arahnya radial …………….……… muatan.

Besarnya kuat medan listrik di sekitar muatan Q pada suatu titik P yang berjarak r dari Q adalah:

Dimana: E = kuat medan listrik (N/C) Q = muatan sumber (C)

r = jarak titik terhadap muatan Q

43

Jika di titik P diletakkan muatan lain q, maka pada q bekerja gaya listrik yang besarnya:

Gaya listrik dan medan listrik termasuk besaran …………………Jika q positif, maka F searah dengan E.Jika q negatif, maka F berlawanan arah dgn E.

ENERGI POTENSIAL LISTRIK

Energi potensial listrik antara muatan Q1 dan Q2 adalah:

Energi potensial listrik termasuk besaran …………………….…, satuannya …………....

POTENSIAL LISTRIK

Potensial listrik dari muatan Q pada suatu titik P adalah:

Potensial Listrik termasuk besaran …………….………. , satuannya ……….

BOLA KONDUKTOR

B C D

A

Kuat medan listrik pada titik di dalam bola konduktor selalu nol.

EA = EB = ….

Kuat medan listrik pada titik di luar bola konduktor berbanding terbalik dengan kuadrat jarak titik tersebut ke pusat bola.

EC = …. ED = ….

44

Potensial listrik pada titik di dalam bola konduktor sama dengan potensial listrik pada titik di permukaan bola tersebut

VA = VB = VC = ……

Potensial listrik pada titik di luar bola konduktor berbanding terbalik dengan jarak titik tersebut ke pusat bola

VD = ….

Soal Evaluasi

1. Dua buah partikel A dan B masingmasing bermuatan +18 μC dan +8μC terpisah dengan jarak 30 cm. Jika C adalah titik yang terletak diantara A dan B sedemikian sehingga kuat medan di C sama dengan nol, maka tentukan letak C !

2. Dua muatan A dan B masing-masing sebesar +4 μC dan -16 μC terpisah dengan jarak 12 cm. Jika C adalah titik sedemikian kuat medannya sama dengan nol, maka tentukan letak C!

3. Titik A bermuatan –5μC, berada 1 m dari titik B yang bermuatan 3 μC. Tentukan besar potensial listrik di tengah-tengah antara A dan B!

45

4. Sebuah bola konduktor dimuati + 50 μC dan berjari-jari 10 cm. Titik P1, P2 dan P3 terletak pada jarak 5 cm, 10 cm dan 20 cm dari pusat bola. Tentukan besar kuat medan listrik dan potensial listrik di ketiga titik tersebut!

5. Sebuah segitiga ABC sama sisi dengan panjang sisi 20 cm. Apabila pada masing-masing titik sudut segitiga ABC terdapat muatan berturut-turut +2 μC, +3μ C, dan +4 μC. Tentukan besarnya medan listrik pada titik C!

6. Sebuah benda bermassa 200 gram dan bermuatan 5μC digantungkan pada seutas tali ringan yang massanya dapat diabaikan. Tepat di sebelah kanan benda pada jarak 15 cm diletakkan muatan –1μC, sehingga posisi benda seperti pada gambar. Tentukan gaya tegangan tali dan sudut yang dibentuk terhadap garis vertikal!

46


1. Dua buah muatan besarnya masing-masing 1 μC dan 4 μC terpisah pada jarak 60 cm. Letak suatu titik yang kuat medan listriknya sama dengan nol terhadap muatan 1μC ....

47

A. 20 cm di kiri muatan 1μC B. 20 cm di kanan muatan 1μC C. 40 di kiri muatan 1μCD. 40 cm di kanan muatan 1μC E. 30 cm di kanan muatan 1μC

2. Kuat medan listrik di suatu titik dari muatan Q dapat diperbesar menjadi 100 kali semula. Hal ini dapat dilakukan dengan cara memperbesar ....A. muatan menjadi 5 kali dan jaraknya 1/4 kali B. muatan menjadi 4 kali dan jaraknya 5 kaliC. muatan menjadi 4 kali dan jaraknya 1/5 kali D. muatan menjadi 5 kali & jaraknya 1/5 kaliE. muatan menjadi 5 kali dan jaraknya 4 kali

3. Dua muatan A dan B masing-masing sebesar +9 μC dan -4 μC terpisah dengan jarak 60 cm. Jika C adalah titik sedemikian kuat medannya sama dengan nol, maka tentukan letak C!

4. Pada keempat sudut sebuah persegi (sisi 30 cm) terletak muatan listrik. Jika setiap dua muatan yang bertetangga adalah + 2 μC dan – 2 μC, potensial listrik di titik pusat persegi adalah….A. 3,4 x 105 voltB. – 3,4 x 105 voltC. 1,7 x 105 volt D. – 1,7 x 105 volt E. nol

5. Tiga bola: A, B, dan C masing-masing bermuatan +48 μC terletak seperti pada gambar. Hitung resultan gaya listrik yang dialami bola A !

48

6. Dua muatan, M dan N, masing-masing sebesar +4 C dan +6 C terpisah sejuah 4 m satu sama lain. Hitunglah kuat medan listrik di titik P (lihat gambar)!

7. Dua muatan A dan B masing-masing sebesar + 8 μC dan – 2μC terpisah dengan jarak 2 m seperti pada gambar! Tentukan besar kuat medan listrik pada titik P (lihat gambar)!


49

1. Dua partikel masing-masing bermuatan q1 dan q2 yang tidak diketahui besar dan jenisnya terpisah sejauh d. Pada garis hubung antara kedua muatan tersebut terdapat titik P yang posisinya 2d/3 dari q1. Jika kuat medan listrik di titik P sama dengan nol, pernyataan yang benar adalah…A. q1 dan q2 adalah muatan-muatan yang tidak sejenisB. potensial di titik P yang disebabkan q1 dan q2 samaC. potensial di titik P sama dengan nolD. besar muatan q1 = 2 kali besar muatan q2

E. besarn muatan q1 = 4 kali besar muatan q2

2. Pada titik-titik sudut A, B, C, D dari sebuah persegi ABCD dengan panjang a, berturut-turut diletakkan muatan +q, +q, +q dan +q. Jika muatan +q mengalami gaya dari muatan-muatan lain sebesar

maka nilai x adalah….

A.B.

C.

D.

E.

3. Dua buah muatan titik masing-masing sebesar 10 µC dan 4 µC terpisah sejauh 10 cm. Kedua muatan tersebut berada di dalam medium yang memiliki permitivitas relatif sebesar 3. Berapakah besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut? A. 10 N B. 12N C. 36 N D. 72 N E. 100 N

4. Pada titik sudut B dan D sebuah persegi ABCD masing-masing diletakkan sebuah partikel bermuatan +q. Agar kuat medan listrik di titik A nol maka di titik C harus diletakkan sebuah partikel bermuatan sebesar….A.

50

B.C.D.E.

5. Dua muatan listrik diletakkan pada sumbu X seperti pada gambar. Muatan +2Q ditempatkan di x = +3a dan muatan +Q ditempatkan di x = –3a.

Besar medan listrik di titik asal O akan sama dengan nol jika muatan ketiga +4Q diletakkan di…A. x = +6aB. x = +2aC. x = +aD. x = –2aE. x = –6a


teknologi.

INDIKATOR:51

24. Menentukan besaran-besaran yang terkait fluks listrik dan kapasitor.

PETA KONSEP:

Materi 6(FLUKS LISTRIK DAN KAPASITOR)

FLUKS LISTRIK

52

FLUKS LISTRIK DAN KAPASITOR

Fluks Listrik

= BA cos

Kapasitor

Rumus Susunan Kapasitor

Eksternal: C = Q/V

Internal: C= A/d

Energi : W =1/2 CV2

Seri

Paralel

Campuran

Misalkan garis-garis medan listrik E menembus suatu bidang seluas A dengan membentuk sudut θ terhadap garis normal. Garis normal adalah garis yang ………..…………………………..… bidang permukaan. Fluks listrik didefinisikan:

dimana: Ф = fluks listrik (Wb) E = besar medan listrik = kerapatan garis-garis gaya medan listrik (N/C atau Wb/m2) A = luas permukaan (m2) θ = sudut antara E dengan garis normal

KAPASITOR

Kapasitor (kondensator) merupakan dua pelat konduktor yang diberi muatan listrik yang sama besar, tetapi berlainan jenisnya. Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi listrik disebut kapasitas kapasitor yang diberi lambang C yang nilainya:

C = kapasitas kapasitor (farad ( F))Q = muatan listrik yang tersimpan

dalam kapasitor (coulomb (C))V = beda potensial antara keping

kapasitor (volt (V))

Besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar:

C = kapasitas kapasitor keping sejajar (F) o = permitivitas ruang hampa

= 8,85 × 10 –12 C2N-1m-2

A = luas keping (m2) d = jarak antara dua keping (m)

Jika diantara dua keping sejajar disisipkan bahan lain (bahan dielektrikum) kapasitasnya menjadi:

= permitivitas bahan (C2N-1m-2)

Perbandingan antara dengan o disebut permitivitas relatif ( r ) yakni:

53

atau disebut juga konstanta dielektrikum κ.

Hubungan Potensial dan Medan Listrik

Potensial listrik di titik P yang berjarakr dari keping negatif kapasitor keping sejajar adalah:

V =

Sehingga tegangan total kapasitor keping sejajar yang jarak antar kepingnya d adalah:

V =

Energi yang tersimpan dalam kapasitorKapasitor yang mempunyai kapasitas C, tegangan V dan muatan Q, memiliki energi sebesar:

W =

Susunan KapasitorSusunan Seri: Susunan Paralel:

Soal Evaluasi

1. Garis-garis medan listrik seragam dengan kerapatan 150 Wb/m2 me-nembus bidang seluas 100 cm2. Tentukan fluks listrik jika garis-garis medan listrik menembus: a) tegak lurus bidang b) membentuk sudut 600 terhadap bidang.

54

2. Di antara hal-hal berikut:(1) beda potensial antara dua keping kapasitor(2) bahan dielektrikum yang disisipkan (3) luas permukaan keping(4) jarak antara dua kepingYang mempengaruhi kapasitas kapasistor keping sejajar adalah……

3. Perhatikan tabel berikut ini

Kapasitor Luas kepingJarak antar

kepingKonstanta

permitivitasC1 A d εo

C2 2A 2d εo

C3 2A d 2εo

C4 2A 2d 2εo

Manakah kapasitor yang memiliki kapasitas terbesar ? ….

4. Sebuah kapasitor mempunyai kapasitas sebesar 5 μF jika ada udara di antara keping-kepingnya dan 30 μF jika antara keping-kepingnya ditempatkan lembaran porselen. Konstanta dielektrik porselen adalah…A. 0,17 B. 6 C. 25D. 35 E. 150

5. Lihatlah rangkaian! Jika C1 = 300 μF, C2 = 200 μF, C3 = 400 μF, tentukanlah: a. kapasitas pengganti totalb. muatan yang tersimpan pada C1

c. muatan yang tersimpan pada C2

d. energi yang tersimpan pada C3

55


1. Sebuah kapasitor terbentuk dari dua lempeng aluminium yang luas permukaannya 1 m2, dipisahkan oleh selembar kertas parafin yang tebalnya 0,1 mm dan konstanta dielektriknya 2. Jika εo = 9 x 10–12

C2/Nm2 kapasitas kapasitor tersebut adalah…A. 0,35 μF

56

B. 0,25 μFC. 0,18 μFD. 0,1 μFE. 0,05 μF

2. Sebuah kapasitor keping sejajar di udara mempunyai kapasitas C. Jika jarak kedua kepingnya diubah menjadi setengah kali semula dan kedua keping dicelupkan ke dalam medium dengan konstanta dielektrikum 2, kapasitasnya menjadi…A. C/4B. C/2C. CD. 2CE. 4C

3. Kapasitas kapasitor dapat diperbesar dengan cara-cara sebagai berikut:(1) ruang antar lempeng diisi minyak(2) luas lempengnya diperbesar(3) jarak kedua lempeng diperkecil(4) dengan pasangan parallel beberapa kapasitorPernyataan yang benar adalah….

4. Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di bawah ini!

Besar energi listrik pada rangkaian tersebut adalah… (1 μF = 10–6 F)A. 65 μJB. 52 μJC. 39 μJD. 26 μJE. 13 μJ

5. Kapasitor C1 dan C2 yang dipasang paralel masing-masing mempunyai kapasitas 2 μF dan 4 μF. Jika tegangan ujung-ujung kapasitor 12 volt, maka:(1) kapasitas pengganti kedua kapasitor tersebut adalah 6 μF(2) muatan listrik C2 adalah 18 μF(3) energi yang tersimpan di C1 adalah 1,44 x 10–4 J(4) energi yang tersimpan di C2 adalah 5,76 x 10–4 J

57

Pernyataan yang benar adalah….A. (1), (2), (3)B. (1), (3)C. (2), (4)D. (4)E. (1), (2), (3), (4)


1. Sebuah prisma segitiga dengan ukuran seperti pada gambar berada di dalam ruangan berisi medan listrik homogen arah horizontal E = 40 N/C.

58

Tentukan total fluks listrik yang masuk/keluar bidang-bidang prisma!

2. Dua buah kapasitor identik yang mula-mula belum bermuatan akan dihubungkan dengan baterai 10 V. Jika hanya salah satu yang dihubungkan dengan baterai tersebut, energi yang tersimpan di kapasitor adalah E. Energi yang akan tersimpan jika kedua kapasitor tersebut dihubungkan seri dengan baterai adalah…A. E/4B. E/2C. ED. 2EE. 4E

3. Sebuah kapasitor dengan kapasitansi 10–5 F yang pernah dihubungkan beberapa saat lamanya pada beda potensial 500 V, kedua ujungnya dihubungkan dengan ujung-ujung kapasitor lain dengan kapasitansi 4 x 10–5 F yang tidak bermuatan. Energi yang tersimpan dalam kedua kapasitor adalah….A. 0,25 JB. 0,5 JC. 0,1 JD. 1,25 JE. 1,5 J


teknologi.

59

INDIKATOR:27. Menjelaskan timbulnya medan magnet induksi di sekitar kawat berarus dan menentukan besaran-

besaran yang mempengaruhinya28. Menjelaskan timbulnya gaya magnet dan menentukan besaran-besaran yang mempengaruhinya

PETA KONSEP:

Materi 7(MEDAN DAN GAYA MAGNET)

60

MEDAN DAN

GAYA MAGNET

Medan Magnet

Kawat Lurus

Gaya Magnet

Kawat Berarus dalam Medan

Magnet

Dua Kawat Sejajar Berarus

F = BIL sin F = kI1I2L/d

Kawat Melingkar

B = kI/a B = kπI/a

Muatan Bergerak

dalam Medan Magnet

F = Bqv sin

MEDAN MAGNET

a) Di Sekitar Kawat Panjang Berarus

Menurut penelitian Oersted, arus listrik dapat menghasilkan medan magnetik di sekitarnya. Medan magnetik yang dihasilkan disebut medan magnet induksi. Medan magnetik adalah besaran vektor, arahnya mengikuti kaidah tangan kanan.

Perhatikan gambar! Besar medan magnetik di titik P yang berjarak a dari kawat panjang berarus I adalah:

Dimana: B = medan magnet induksi (tesla (T)) I = kuat arus listrik (A) a = jarak titik P ke kawat panjang berarus k = konstanta = 2 x 10–7 Wb/Am

μ0 = permeabilitas ruang hampa = 4 x 10–7 Wb/Am

b) Di Pusat Kawat Melingkar Berarus

Besar medan magnetik di pusat kawat melingkar berarus dengan jari-jari a adalah:

Jika ada N lilitan, besar medan magnetiknya menjadi N kali medan magnetik dari 1 lilitan.

GAYA MAGNET

a) Pada Kawat Berarus dalam Medan Magnet

61

Kawat berarus listrik yang diletakkan dalam suatu medan magnet akan menerima gaya magnetik:

Ket: F = gaya magnetik (N)I = kuat arus listrik (A)

L = panjang kawat yang berada dalam medan magnet (m)

B = kuat medan magnet (T)θ = sudut antara I dan B

b) Pada Dua Kawat Berarus Sejajar

Kedua arus searah gaya ……………..Kedua arus berlawanan arah gaya …………………Besarnya gaya magnetik pada dua kawat sejajar adalah:

dimana : d = jarak kedua kawat (m)L = panjang kawat (m) k = 2 x 10–7 Wb/Amμ0 = permeabilitas ruang hampa = 4 x 10–7 Wb/Am

c) Pada Muatan dalam Medan Magnet

62

(Gambar 1)

Sebuah muatan bermuatan q yang melaju dengan kecepatan dalam medan magnetik akan menerima gaya magnetik:

Perhatikan Gambar 1 di atas. Jika q bermuatan positif, maka arah F adalah ……………………………..Jika q bermuatan negatif, maka arah F adalah …………………………….

Soal Evaluasi

1. Dua kawat lurus dan sejajar masing-masing dialiri arus 2 A dan 4 A yang arahnya sama. Kedua kawat terpisah pada jarak 16 cm.a. Tentukan medan magnet pada titik tengah di antara kedua kawatb. Di manakah posisi suatu titik yang memiliki medan magnet sama dengan nol ?

2. Sebuah kumparan tipis terdiri dari 4 lilitan, mengalir arus listrik 2 ampere seperti pada gambar. Jari-jari kumparan 8 cm. Sebuah kawat penghantar yang terletak sebidang dengan penampang lilitan berjarak 32 cm dari pusat dan berarus 8 ampere. Tentukan besar induksi medan magnetik di titik O (pusat lilitan)!

63

3. Sebuah kawat lurus sepanjang 50 cm berada dalam medan magnetik 0,1 Tesla, seperti pada gambar. Kawat dialiri arus listrik 4 A. Tentukan besar gaya magnetik yang dialami kawat! Lukiskan pula arah gaya magnetik pada gambar!

4. Tiga kawat lurus sejajar dengan arus masing-masing 4 A dan arahnya sama seperti pada gambar. Tentukan besar gaya per satuan panjang yang dialami kawat yang dialiri arus i2 !

5. Sebuah elektron ditembakkan dengan kecepatan 5 x 106 m/s searah arus pada kawat lurus panjang berarus listrik 20 A. Jarak antara elektron dan kawat adalah 10 cm. Tentukan besar gaya magnetik yang bekerja pada elektron saat ini! Lukiskan pula arah gaya tersebut pada gambar!

64

6. Sebuah partikel bermassa 40 gram dan bermuatan 1,6 C bergerak memotong tegak lurus medan magnet 2,5 mT dengan kecepatan 8 m/s. Partikel akan bergerak melingkar, dalam hal ini yang menjadi gaya sentripetalnya adalah gaya magnetik. Tentukan jari-jari lingkaran lintasan partikel ini!


1. Arus listrik mengalir sepanjang kawat listrik tegangan tinggi dari utara ke selatan. Arah medan magnet yang diakibatkan arus listrik di timur kawat adalah ke…A. selatanB. utara

65

C. baratD. atasE. bawah

2. Dua kawat panjang diletakkan sejajar pada jarak 10 cm satu sama lain seperti pada gambar. Kawat pertama dialiri arus sebesar i1 = 2,4 A dan kawat kedua i2 = 3 A. Jika μo = 4 x 10 –7 Wb/Am, medan magnet induksi di titik P yang terletak di antara kedua kawat pada jarak 4 cm dari kawat pertama adalah…

A. 1 x 10–6 TB. 2 x 10–6 TC. 3 x 10–6 TD. 4 x 10–6 TE. 5 x 10–6 T

3. Sebuah kawat ditekuk sehingga berbentuk setengah lingakan besar dan setengah lingkaran kecil diberi arus 3 mA seperti pada gambar! Jika diameter lingkaran besar 4 m dan diameter lingkaran kecil 2 m, tentukan besar dan arah medan magnet induksi di pusat lingkaran!

4. Seutas kawat lurus dilengkungkan dan dialiri arus 6 A seperti pada gambar. Jika jari-jari kelengkungan R = 3π cm maka besar induksi magnetik di titik P adalah.… (μo = 4π x 10–7 Wb/Am)

66

A. 0,5 x 10–5 TB. 2,0 x 10–5 T

C. 4,0 x 10–5 TD. 6,0 x 10–5 TE. 8,0 x 10–5 T

5. Perhatikan gambar berikut!

Keterangan: U = kutub utara magnet, S = kutub selatan magnet.Jika arus listrik dialirkan pada kawat AB, maka arah gaya

magnetikyang dialami kawat AB adalah…A. ke arah B B. ke atasC. ke bawahD. tegak lurus masuk bidang kertasE. tegak lurus keluar bidang kertas

6. Sebuah kawat penghantar lurus panjang yang dialiri arus listrik i = 4 A terletak di ruang hampa. Sebuah elektron bergerak lurus sejajar dengan kawat dan berlawanan arah dengan arah arus, dengan laju 5 x 104 m/s. Jika jarak elektron dari kawat 16 mm, gaya magnet yang dialami elektron besarnya….

A. 2 x 10–19 N menuju kawat B. 2 x 10–19 N menjauhi kawatC. 4 x 10–19 N menuju kawatD. 4 x 10–19 N menjauhi kawatE. 4 x 10–20 N menuju kawat

7. Tiga kawat lurus sejajar dengan arus masing-masing 6 A dan arahnya seperti pada gambar. Tentukan besar resultan gaya per satuan panjang yang dialami kawat yang berada di tengah!

67

8. Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 4 x 105 m/s searah sumbu X+ memotong medan magnet 5 x 10–4 T searah sumbu Z+. Bila e = 1,6 x 10–19 C, besar dan arah gaya yang bekerjapada elektron adalah ....A. 3,2 x 10–17 N searah sumbu Y-B. 3,2 x 10–17 N searah sumbu Y+C. 8 x 10–22 N searah sumbu Y-D. 8 x 10–22 N searah sumbu Y+E. 2 x 10–28 N searah sumbu Y-


68

1. Pada gambar berikut, x dan y adalah dua kawat yang dialiri arus sama, dengan arah menuju pembaca. Supaya tidak dipengaruhi oleh medan magnet, sebuah kompas harus diletakkan di titik….A. 1B. 2C. 3D. 4E. 5

2. Solenoida (kumparan) dengan 100 lilitan dan panjang 2 m dialiri arus listrik 5 A. Tentukan besar induksi magnet di: a) tengah solenoidab) ujung solenoid

3. Sebuah partikel bermuatan q = 2,5 x 10–8 C yang massanya m = 0,5 gram bergerak dengan kecepatan v = 6 x 104 m/s, menembus tegak lurus medan magnet homogen. Apabila partikel tetap bergerak dengan arah horizontal karena kesetimbangan gaya berat dan gaya magnet, maka besar medan magnetik tersebut adalah ...

4. Tiga buah kawat sejajar satu sama lain masing-masing dialiri arus i dengan arah yang sama pula. Garis hubung ketiga kawat membentuk sebuah segitiga samasisi dengan panjang sisi a. Gaya per satuan panjang yang dialami setiap kawat adalah…

A.

B.

C.

D.

E.

5. Sebuah dzarah bermuatan listrik bergerak dan masuk ke dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga lintasannya berupa lingkaran dengan jari-jari 10 cm. Jika dzarah lain bergerak

69

dengan laju 1,2 kali dzarah pertama, maka jari-jari lingkarannya 20 cm. Ini berarti bahwa perbandingan antara massa per muatan dzarah pertama dengan dzarah kedua adalah sebagai....A. 3 : 5 B. 4 : 5 C. 1 : 2D. 5 : 6E. 5 : 4

6. Partikel alfa bergerak dengan kecepatan v m/s tegak lurus arah medan magnet B, lintasan yang dilalui berjari-jari R m. Partikel proton bergerak dalam medan magnet yang sama dengan kecepatan dan arah yang sama pula, maka jari-jari lintasannya adalah…. m.A. 4 R B. 2 R C. R D. ½ R E. ¼ R

7. Sebuah partikel bermuatan listrik 50 C, dari keadaan diam, dipercepat dengan beda potensial 200 V sebelum memasuki daerah bermedan magnet seragam 0,4 T. Arah gerak partikel tegak lurus arah medan magnet sehingga partikel bergerak melingkar dengan jari-jari 10 cm. Massa partikel tersebut adalah….A. 0,1 gB. 0,2 gC. 0,3 gD. 0,4 gE. 0,5 g

8. Sebuah partikel bermuatan listrik bergerak dengan kecepatan v pada bidang yz, dalam medan magnet B yang sejajar sumbu Z. Jika v membentuk sudut 30o terhadap sumbu y positif, lintasan partikel tersebut berupa….A. garis lurus sejajar sumbu YB. lingkaran dengan sumbu sejajar sumbu YC. lingkaran dengan sumbu sejajar sumbu XD. spiral dengan sumbu sejajar sumbu ZE. spiral dengan sumbu sejajar sumbu X

STANDAR KOMPETENSI LULUSAN:

70

5. Menerapkan konsep dan prinsip kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai masalah dan produk teknologi.

INDIKATOR:29. Menjelaskan kaitan besaran-besaran fisis pada peristiwa GGL Induksi .

PETA KONSEP:

Materi 8(GGL INDUKSI)

71

GGL INDUKSI

Konsep Dasar = – N d/dt

Kawat U Generator

= B L v = NBAω sinωt

Kaidah Lenz

Transformator

Hubungan antara N, V dan I

Fluks Magnetik

Misalkan medan magnet menembus suatu permukaan dengan luas A. Fluks magnetik didefisikan:

dimana: Ф = fluks magnetik (Wb) B = besar medan magnet (T) A = luas permukaan (m2) θ = sudut antara dengan garis normal

Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi

Dari percobaan Faraday, ditarik kesimpulan bahwa besar GGL induksi pada kumparan berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik dan jumlah lilitan kumparan. Secara matematis, dapat ditulis:

= GGL induksi (volt (V)) N = jumlah lilitan kumparan

= fluks magnetik (Wb)

GGL Induksi Rata-rata

Kaidah Lenz“GGL induksi selalu membangkitkan arus yang medan magnetnya berlawanan dengan asal perubahan fluks”

Contoh:

GGL Induksi pada Konduktor yang Bergerak Lurus dalam Medan Magnet

72

Dimana: l= panjang kawatlurus (lihat gambar!)

v = kecepatan gerak

Pada gambar, akibat GGL induksi timbul arus induksi yang arahnya: …………………….

GGL Induksi pada Generator Fluks Magnetik:

GGL induksi:

Transformator (Trafo)

Trafo adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik bolak-balik. Trafo terdiri dari dua kumparan, yaitu kumparan primer yang dihubungkan ke sumber tegangan listrik bolak-balik, dan kumparan sekunder yang dihubungkan ke peralatan listrik lainnya seperti radio atau kulkas. Tegangan pada kumparan berbanding lurus dengan jumlah lilitan kumparan.

Pada trafo step up, Ns > Np sehingga Vs > Vp.Pada trafo step down, Ns < Np sehingga Vs < Vp

Perbandingan antara daya pada kumparan sekunder terhadap daya pada kumparan primer disebut efisiensi trafo.

Pada trafo ideal, tidak ada daya yang hilang sehingga efisiensinya η = 100% ( = 1). Dengan demikian jika trafo yang digunakan adalah trafo ideal, maka tegangan berbanding terbalik dengan kuat arus.

73

Soal Evaluasi

1. Sebuah kumparan memiliki 80 lilitan, fluks magnetiknya mengalami peningkatan dari 1,40× 10 –3 Wb menjadi 4,8× 10 –2 Wb dalam waktu 0,8 s. Tentukan GGL induksi rata-rata dalam kumparan tersebut!

2. Sebuah kumparan memiliki hambatan 12 ohm, diletakkan dalam fluks magnetik yang berubah terhadap waktu, yang dinyatakan dalam Ф = (3t – 8)3, dengan Ф dalam Wb dan t dalam sekon. Berapakah arus yang mengalir dalam kawat pada t = 4 s?

3. Medan magnet B = (0,5 sin 20t) tesla menembus tegak lurus kumparan seluas 100 cm2 yang terdiri atas 50 lilitan dan hambatan kumparan 5 ohm. Berapakah kuat arus induksi maksimum yang timbul pada kumparan?

4. Penghantar AB memiliki panjang 25 cm bergerak dengan kecepatan 5 m/s dalam medan magnet homogen 40 mT. Jika penghantar dihubungkan hambatan 50 Ω maka tentukan :a. besar dan arah kuat arus yang lewat R,b. gaya magnet yang timbul pada kawat!

5. Jika batang magnet pada posisi di bawah dihilangkan maka:(1) tidak timbul GGL pada AB(2) VA > VB

(3) Mengalir arus pada R dari B ke A

74

(4) Mengalir arus pada kumparan dariB ke A

Pernyataan yang benar adalah…

6. Kumparan berbentuk persegi panjang berukuran 20 cm x 10 cm memiliki 400 lilitan Kumparan ini bersumbu putar tegak lurus medan magnet sebesar 0,4 tesla. Jika kumparan berputar dengan kecepatan sudut 40 rad/s maka tentukan ggl induksi maksimum kumparan!

7. Sebuah transformator mengubah tegangan dari 200 V dan memiliki efisiensi 80%. Kumparan sekunder dihubungkan dengan lemar es 150 watt, 100 V. Tentukan kuat arus pada kumparan primer!


1. Suatu kumparan 10 lilitan diletakkan dalam fluks magnet yang berubah terhadap waktu: Φ = t3 + 2t2 + 15 weber. Besar tegangan yang timbul antara ujung-ujung kumparan saat t = 2 sekon adalah ...

75

A. 20 voltB. 35 voltC. 100 voltD. 150 voltE. 200 volt

2. Sebuah cincin kawat dengan luas 50 cm2 terletak dalam medan magnetik yang induksi magnetiknya 1,2 T. Jika induksi magnetik B membentuk sudut 300 terhadap normal bidang cincin, tentukanlah besar fluks magnetik yang dilingkupi oleh cincin!

3. Sebuah kumparan kawat terdiri atas 10 lilitan diletakkan di dalam medan magnet. Apabila fluks magnet yang dilingkupi berubah dari 2 x 10–4 Wb menjadi 10–4 Wb dalam waktu 10 millisekon, maka tentukan besar gaya gerak listrik induksi yang timbul !

4. Generator memiliki kumparan berbentuk lingkaran dengan luas penampang 10 m2 berada dalam medan magnet homogen 20 Wb/m2. Lilitannya sebanyak 8.000 lilitan. Pada saat kumparan berputar dengan kecepatan anguler 30 rad/s maka tentukan beda potensial maksimum yang dihasilkan di ujung-ujung generator!

5. Kawat PQ yang panjangnya 25 cm digeser ke kanan dengan kecepatan 4 m/s seperti pada gambar berikut.

76

Jika induksi magnet 0,2 T besar GGL dan arah arus pada kawat PQ berturut-turut adalah….A. 0,2 V dari P ke QB. 0,2 V dari Q ke PC. 2,5 V dari P ke QD. 2,5 V dari Q ke PE. 20 V dari P ke Q

6. Agar GGL maksimum yang timbul pada generator menjadi 4 kali dapat dilakukan:(1) jumlah lilitan dan frekuensi putar dijadikan 2 kali semula(2) jumlah lilitan dijadikan 1/4 kali sedangkan frekuensi tetap(3) luas penampang kumparan dijadikan 8 kali dan frekuensinya dijadikan 1/2 kali(4) jumlah lilitan, luas penampang dan frekuensi putar dijadikan 4 kaliPernyataan yang benar adalah….

7. Perhatikan data pengukuran beberapa besaran dalam transformator ideal berikut:

Np (lilitan

)

Ns (lilitan

)

Vp (V)

Vs (V)

Ip (A)

Is (A)

300 P 110 220 4 2400 1.000 220 550 Q 2

Berdasarkan data pada tabel di atas, maka nilai P dan Q adalah…A. P = 400 lilitan dan Q = 4 AB. P = 400 lilitan dan Q = 6 AC. P = 600 lilitan dan Q = 5 AD. P = 800 lilitan dan Q = 2 AE. P = 1.000 lilitan dan Q = 4 A

77


1. Kawat a - b dengan panjang 1,5 m ditaruh dalam medan magnet 0,5 T dengan arah masuk bidang kertas (lihat gambar). Ternyata di ujung-ujung kawat timbul beda potensial 3 volt dengan potensial a lebih tinggi daripada b. Besar dan arah kecepatan gerak kawat a - b adalah ...

A. 4 m/s ke kanan B. 4 m/s ke kiri C. 2 m/s ke kiriD. 2 m/s ke kanan E. 1 m/s ke kanan

2. Sebuah persegi dengan sisi 5 cm terdiri atas 100 lilitan berada dalam medan magnet seragam 0,8 T yang menembus tegak lurus bidang persegi, seperti pada gambar. Kumparan ditarik tiba-tiba keluar dari daerah bermedan magnet ke daerah tak bermedan magnet dan memerlukan waktu 0,2 sekon untuk melakukan hal tersebut. Diketahui resistensi kumparan 50 ohm. Besar GGL rata-rata yang timbul dan daya yang diserap kumparan adalah….

A. 1 V dan 0,01 WB. 1 V dan 0,02 WC. 2 V dan 0,01 WD. 2 V dan 0,02 WE. 3 V dan 0,03 W

3. Tongkat konduktor yang panjangnya 1 m berputar dengan kecepatan sudut tetap sebesar 10 rad/s di dalam daerah bermedan magnet seragam B = 0,1 T. Sumbu putaran tersebut melalui salah satu ujung tongkat dan sejajar arahnya dengan arah garis-garis medan magnet. GGL yang terinduksi antara kedua ujung tongkat adalah….A. 0,5 VB. 1 VC. 1,6 VD. 3,1 VE. 6 V

78

4. Sebuah transformator memiliki perbandingan lilitan primer dan sekunder 2 : 1. Bagian sekunder transformator dihubungkan dengan lima buah lampu 8W, 50V yang disusun paralel. Jika efisiensi transformator 80% dan lampu-lampu menyala normal, kuat arus primernya adalah….A. 0,16 AB. 0,4 AC. 0,5 AD. 0,8 AE. 1,25 A

5. Sebuah kumparan memiliki 100 lilitan dan induktansinya 0,4 henry. Jika pada kumparan tersebut terjadi perubahan kuat arus dari 10 A menjadi 2 A dalam waktu 0,1 sekon, GGL induksi diri pada kumparan tersebut adalah….A. 8 VB. 16 VC. 32 VD. 64 VE. 80 V

79


teknologi.

INDIKATOR:30. Menentukan besaran-besaran fisis pada rangkaian arus listrik bolak-balik yang mengandung resistor,

induktor, dan kapasitor.

PETA KONSEP:

80

Rangkaian Arus Bolak-

Balik

Murni

Rangkaian Resistor Murni

Rangkaian Induktor

Murni

V dan I sefase

V mendahului I sebesar /2

rad

Rangkaian Kapasitor

Murni

Seri RLC

V ketinggalan dari I sebesar

/2 rad

ImpedansiArus

Efektif

Diagram Fasor

Daya yang Diserap

MATERI 9(RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK)

Arus dan Tegangan Bolak-Balik

Arus bolak-balik (alternating current, AC) adalah arus yang nilainya berubah terhadap waktu sebagai fungsi sinusoida. Secara matematis, dapat ditulis:

Tegangan bolak-balik nilainya juga berubah terhadap waktu sebagai fungsi sinusoida, hanya sajamungkin berbeda sudut fasenya.

dimana: I = arus sesaat (A) Im = arus maksimum (A) V = tegangan sesaat (volt) Vm = tegangan maksimum (volt) t = waktu (s) (kecepatan sudut (rad/s))

= beda sudut fase antara V dengan I (rad)

Nilai Efektif (RMS = Root Mean Square)

Arus efektif:

Tegangan efektif:

Nilai Hambatan oleh Resistor, Induktor dan Kapasitor

Nilai hambatan oleh resistor = R.

Nilai hambatan oleh induktor = XL

Ket: XL = reaktansi induktif (ohm) = kecepatan sudut (rad/s) L = induktansi diri (H)

81

Nilai hambatan oleh kapasitor = XC

Ket: XC = reaktansi kapasitif (ohm) = kecepatan sudut (rad/s) C = kapasitas kapasitor (F)

Rangkaian Seri R-L-C

(diagram fasor)

Hambatan Total (Impedansi) = Z Beda sudut fase antara V dan I:

Rumus Ohm pada rangkaian R-L-C:

Tegangan listrik pada rangkaian R-L-C memenuhi persamaan:

(diagram fasor)

82

Sifat rangkaian R-L-C

Jika XL > XC rangkaian bersifat induktif. Jika XL < XC rangkaian bersifat kapasitif. Jika XL = XC rangkaianbersifat resistif, ketika ini rangkaian disebut sedang beresonansi.

Daya rangkaian R-L-C

Pada saat dialiri arus bolak-balik, komponen-komponen listrik akan menyerap energi dengan daya:

dimana: cos = faktor daya ( adalah sudut pada diagram fasor!)

Grafik-grafik

Rangkaian Resistor Murni V dan I sefaseGrafik:

Rangkaian Induktor Murni V mendahului I dengan sudut fase 900

Grafik:

Rangkaian Kapasitor Murni V terlambat dari I dengan sudut fase 900

Grafik:

83

Soal Evaluasi

1. Sebuah resistor dengan hambatan 3 ohm dihubungkan seri dengan induktor yang memiliki induktansi 0,04 H. Rangkaian dihubungkan dengan sumber tegangan V = 202 sin 100t (volt). Tentukanlah:a. impedansi rangkaianb. arus efektif yang mengalir pada induktorc. tegangan efektif pada ujung-ujung induktord. arus yang mengalir pada rangkaian sebagai fungsi dari waktu

2. Rangkaian RLC terdiri dari hambatan 400 Ω, kumparan 0,2 henry dan kapasitor 2 mikrofarad dirangkaikan secara seri. Kemudian ujung-ujung rangkaian tersebut dihubungkan pada tegangan arus bolak balik V = 200 sin 1000 t (V dalam volt dan t dalam sekon). Tentukan :a. impedansi rangkaian,b. kuat arus maksimum yang melewati rangkaian,c. tegangan maksimum antaranya ujung-ujung tiap komponen,d. sifat rangkaian, apakah induktif, kapasitif atau resistife. daya yang diserap rangkaian

84

3. Rangkaian RLC terdiri dari hambatan 30 Ω, kumparan 0,5 henry dan kapasitor 18 mikrofarad dirangkaikan secara seri. Rangkaian dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik V= Vm sin t, dimana = 2f. Dengan memilih nilai frekuensi f, kita dapat membuat nilai XL = XC. Pada saat ini rangkaian disebut sedang beresonansi. a. Tentukan frekuensi resonansi rangkaian tersebut!b. Dibandingkan nilai frekuensi yang lain, pada saat rangkaian mempunyai frekuensi resonansi, apa

yang terjadi pada arus yang mengalir ?

4. Perhatikan gambar rangkaian seri RLC pada gambar! Resistor 80 Ω, induktor 1,1 H dan kapasitor 0,2 mF. Rangkaian dialiri arus AC dengan frekuensi 100 rad/s. Jika diketahui tegangan efektif Vbc = 200 volt, maka tentukan:a. arus efektif yang mengalir pada rangkaian,b. tegangan efektif Vad

c. daya yang diserap rangkaian

85


1. Perhatikan rangkaian di bawah!

Arus yang melalui rangkaian tersebut adalah . . . .A. 10 ampereB. 2 ampereC. 1 ampereD. 0,1 ampereE. 0,2 ampere

2. Rangkaian seri RLC mengalami resonansi pada frekuensi sudut 100 Mrad/s. Jika induktor pada rangkaian sebesar 10 μH, besarnya kapasitansi kapasitor yang digunakan adalah . . . .A. 100 nFB. 10 nFC. 1 nFD. 0,1 nFE. 0,01 nF

3. Pernyataan berikut ini berhubungan dengan sifat rangkaian resistif pada rangkaian arus bolak-balik.(1) Besarnya hambatan sebanding dengan frekuensi(2) Fase arus tertinggal oleh tegangan sebesar π/2(3) Fase tegangan mendahului arus sebesar π/2(4) Berlaku persamaan Ohm.Dari pernyataan di atas yang benar adalah . . . .

4. Rangkaian seri RLC memiliki impedansi 100 ohm dengan resistor 40 ohm. Jika arus yang melalui rangkaian 100 mA, daya rata-rata pada rangkaian tersebut adalah . . . .A. 1 watt B. 0,5 watt C. 0,4 wattD. 0,3 watt E. 0,1 watt

86

5. Perhatikan diagram rangkaian RLC berikut ini!

Kuat arus maksimum dari rangkaian adalah… (1 μF = 10–6 F) A. 1,3 AB. 1,5 AC. 2,0 AD. 2,4 AE. 22 A

6. Sebuah rangkaian seri RLC mempunyai kriteria 100 Ω; 2,5 H; dan 400 μF. Jika rangkaian dihubungkan dengan sumber tegangan V = 10 cos (25t), tentukanlah: a) impedansi rangkaian,b) beda fase antara tegangan dan arus.

87


1. Perhatikan grafik hubungan XL, XC, R, dan f pada rangkaian seri RLC.

a) Dari grafik, resonansi terjadi pada frekuensi f1, f2, f3 atau f4 ?b) Impedansi minimum terjadi pada frekuensi f1, f2, f3 atau f4 ?c) Jika impedansi rangkaian saat frekuensinya f1 , f2, f3 dan f 4

berturut-turut adalah Z1, Z2, Z3 dan Z4, urutkanlah impedansi tersebut dari yang terkecil sampai yang terbesar!

2. Sebuah kumparan ketika dihubungkan dengan sumber arus searah 3 volt padanya mengalir arus 0,1 ampere. Saat sumber tegangan diganti dengan 3 volt AC besarnya arus yang mengalir 0,06 ampere. Jika frekuensi arus bolak-balik 50 Hz maka besarnya induktansi kumparan tersebut adalah . . . .

A. 2,0 H

B.3,0 H

C. 4,0 H

D. 5,0 H

E. 6,0 H

3. a) Tulislah persamaan yang menunjukkan impedansi Z sebagai fungsi dari frekuensi sudut ω, hambatan R, induksitansi L dan kapasitansi C!

b) Gambarkan sketsa grafik antara impedansi Z terhadap frekuensi sudut ω! (Anggap nilai R, L dan C tetap)

88

4. Diketahui bahwa arus searah (DC) sebesar 3 ampere yang mengalir melewati suatu filamen pemanas mampu menghasilkan daya listrik padanya sebesar W. Jika digunakan arus bolak-balik (AC) dengan nilai puncak sebesar 3 ampere juga, besar daya listrik sekarang yang dapat dibangkitkan pada filamen adalah….A. W/4B. W/2C. WD. 2 WE. 4 W

5. Sebuah kumparan dengan reaktansi induktif 60 Ω dan hambatan ekivalen 150 Ω dirangkai seri dengan kapasitor yang reaktansi kapasitifnya 260 Ω. Rangkaian tersebut dihubungkan dengan sumber AC maka…..A. arus mendahului tegangan dengan beda sudut fase 370 B. arus tertinggal oleh tegangan dengan beda sudut fase 370

C. arus mendahului tegangan dengan beda sudut fase 530

D. arus tertinggal oleh tegangan dengan beda sudut fase 530

E. arus mendahului tegangan dengan beda sudut fase 600

6. Perhatikan gambar diagram fasor suatu rangkaian arus bolak-balik berikut ini:

Pernyataan yang benar adalah….A. hambatannya 120/π mΩB. induktansinya 240/π mHC. kapasitansinya 120/π mFD. kapasitansinya 120 mFE. induktansinya 120 mH

89

STANDAR KOMPETENSI LULUSAN:6. Memahami konsep dan prinsip relativitas, teori atom, dan radioaktivitas serta penerapannya.

INDIKATOR:33. Menjelaskan teori kuantum Planck dan kaitannya dengan radiasi benda hitam.

PETA KONSEP:

90

GEJALA KUANTUM

Radiasi Benda Hitam

Persamaan Stefan-Boltzmann

Teorema Pergeseran Wien

Teori Planck

Efek Fotolistrik

Eksperimen

Penjelasan Einstein

Efek Compton

Perbandingan λ sebelum dan

setelah tumbukan

Materi 10(GEJALA KUANTUM)

Radiasi

Radiasi adalah perpindahan panas oleh benda secara langsung dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Secara matematis, J. Stefan dan L. Boltzmann menemukan bahwa laju radiasi dapat ditulis:

dimana : P = daya/laju radiasi (Watt) e = emisivitas benda nilainya di antara 0 dan 1 = konstanta Stefan-Boltmann (5,67 x 10– 8 W/m2K4 )

A = luas permukaan benda (m2) T = suhu mutlak (K)

Benda Hitam Sempurna

(Grafik spektrum radiasi benda hitam)

Benda hitam sempurna adalah benda yang dapat menyerap semua radiasi yang diterimanya. Nilai emisivitasnya: e = 1. Penyerap radiasi yang baik juga merupakan pemancar radiasi yang baik pula. Radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam sempurna disebut radiasi benda hitam. Hubungan antara suhu benda, intensitas dan panjang gelombang yang dipancarkan benda hitam cukup rumit seperti terlihat pada grafik di atas. Hal ini menarik perhatian para ilmuwan fisika.

Teorema Pergeseran Wien

Perhatikan grafik spektrum radiasi benda hitam! Wilhelm Wien menemukan adanya pergeseran panjang gelombang maksimum saat suhu benda hitam berubah. Kenaikan suhu benda hitam menyebabkan

91

panjang gelombang maksimum yang dipancarkan benda akan mengecil. Hubungan ini dapat dituliskan seperti persamaan berikut.

Dimana: m = panjang gelombang ketika intensitas radiasi maksimum (m)T = suhu mutlak benda (K)b = tetapan Wien (2,898 x 10 –3 m.K)

Beberapa Teori Penjelasan Spektrum Radiasi Benda Hitam

1. Teori Rayleigh-Jeans

Rayleigh dan Jeans mengusulkan model sederhana untuk menerangkan spektrum radiasi ini. Mereka menganggap radiasi dihasilkan oleh muatan-muatan (elektron-elektron) yang bergetar dengan semacam pegas yang dihubungkan ke dinding benda hitam. Dengan model ini, Rayleigh-Jeans

mendapatkan hubungan:

Model Rayleigh-Jeans ini cocok untukmenerangkan spektrum radiasi benda hitam dengan panjang gelombang yang …………………………….…, namun gagal total untuk panjang gelombang yang kecil.

2. Teori Wien

Model ini dibuat dengan menganggap benda hitam seperti sebuah silinder berisi radiasi benda hitam. Dinding silinder bersifat pemantul sempurna. Piston dapat bergerak naik-turun. Anggap siklus yang terjadi adalah siklus Carnot. Hubungan yang didapatkan dari model ini adalah:

Model Wien ini cocok untuk menerangkan spektrum radiasi benda hitam dengan panjang gelombang yang ……………………………..…,namun gagal untuk panjang gelombang yang besar.

3. Teori Kuantum Planck

Pada tahun 1900, Max Planck menurunkan rumus radiasi benda hitam

sebagai:

Hasil perhitungan Planck ini secara spektakuler sesuai dengan data hasil eksperimen. Lihatlah grafik berikut!

92

Model Planck mempunyai kesamaan dengan model Rayleigh-Jeans, yaitu radiasi benda hitam dihasilkan dari muatan-muatan yang bergetar. Namun pada model Planck, terdapat tambahan baru yang mengejutkan para fisikawan:

Muatan-muatan yang bergetar akan memancarkan energinya secara …………………………….…. berupa paket-paket energi yang disebut kuantum (sekarang dikenal sebagai foton). Setiap kuantum (foton) memiliki energi sebesar:

dimana : h = konstanta Planck = 6,6 x 10–34 Jsf = frekuensi (Hz)

Energi atom-atom (muatan-muatan) yang bergetar terkuantisasi menurut persaman:

dimana : n = bilangan bulat

Jika suatu atom menyerap 1 kuanta (1 foton) maka energinya naik sebesar hf. Jika melepas 1 kuanta (1 foton) maka energinya turun sebesar hf.

Pandangan Planck inilah yang dapat merombak pandangan fisika klasik dan mulai saat itu disebut sebagai awal munculnya teori fisika modern.

EFEK FOTOLISTRIK

93

Efek fotolistrik adalah gejala terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika disinari cahaya. Elektron yang terlepas ini disebut fotoelektron. Dua hasil yang mengejutkan dari eksperimen fotolistrik:

(1) Efek fotolistrik terjadi jika frekuensi foton melebihi nilai tertentu. Frekuensi ini disebut …………………………………………..… . Di bawah frekuensi ambang, fotolistrik tidak terjadi.

Hal ini berlawanan dengan teori gelombang klasik yang menyatakan bahwa fotolistrik seharusnya dapat terjadi pada sembarang frekuensi, asalkan intensitasnya cukup besar.

(2) Energi kinetik elektron tidak tergantung pada …………………….………..... foton yang dijatuhkan.

Hal ini berlawanan dengan teori gelombang klasik yang menyatakan bahwa energi kinetik elektron seharusnya bertambah jika ada penambahan intensitas foton.

Einstein menggunakan teori kuantum Planck untuk menjelaskan eksperimen fotolistrik ini:

Menurut teori kuantum, setiap foton memiliki energi yang sama, yaitu sebesar hf. Penambahan intensitas foton berarti hanya menambah …………………………………….………..., tidak menambah energi masing-masing foton asalkan frekuensinya tetap.

Pada logam katoda, elektron terikat pada energi ikat tertentu, maka diperlukan energi minimal sebesar energi ikat elektron tersebut. Besarnya energi minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari energi ikatnya disebut fungsi kerja(Wo) atau energi ambang. Besarnya Wo tergantung pada jenis logam yang digunakan. Apabila energi foton yang diberikan pada elektron lebih besar dari fungsi kerjanya, maka kelebihan energi tersebut akan berubah menjadi energi kinetik elektron.

Akan tetapi jika energi foton lebih kecil dari energi ambangnya (hf < Wo) tidak akan menyebabkan fotoelektron muncul. Frekuensi foton terkecil yang mampu menimbulkan elektron foto disebut frekuensi ambang (f0). Sehingga hubungan antara energi foton, fungsi kerja dan energi kinetik elektron foto dapat dinyatakan dalam persamaan :

dengan:

Efek fotolistrik ini menunjukkan cahaya bersifat sebagai partikel.

94

EFEK COMPTON

Efek Compton merupakan gejala hamburan (efek) dari penembakan (tumbukan) suatu elektron dengan sinar-X. Energi dan frekuensi foton sinar-X setelah tumbukan …………………………..……….... daripada energi dan frekuensi foton sinar-X sebelum tumbukan. Dengan demikian, panjang gelombang sinar-X setelah tumbukan ………………………..……….…… daripada panjang gelombang sinar-X sebelum tumbukan.

SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL

Menurut Louise de Broglie, partikel dapat bersifat seperti gelombang dengan panjang gelombang:

dimana : h = 6,6 x 10–34 Js p = momentum partikel (kg m/s)

m = massa partikel (kg) v = kecepatan partikel (m/s)

Soal Evaluasi

1. Di antara pernyataan berikut ini tentang radiasi:(1) Radiasi adalah perpindahan panas yang memerlukan zat medium perambatan.(2) Semakin luas permukaan benda,semakin besar radiasi yang dipancarkan.(3) Setiap benda memiliki koefisien emisivitas yang sama, yaitu e =1.(4) Jika suhu mutlak suatu benda diperbesar menjadi dua kali semula, maka radiasi yang

dipancarkan menjadi 16 kali semula.Pernyataan yang benar adalah….

2. Benda hitam sempurna adalah…A. benda yang berwarna hitam pekatB. benda yang memiliki emisivitas e = 0C. benda yang tidak baik dalam memancarkan radiasi D. benda yang menyerap semua radiasi yang mengenainyaE. benda yang memiliki suhu sangat rendah di bawah – 200oC

3. Diketahui tetapan Wien = 2,9 x 10-3 mK. Berapakah panjang gelombang elektromagnetik yangmembawa radiasi kalor maksimum dari sebuah benda yang bersuhu 127OC ?A. 62.500 ǺB. 72.500 ǺC. 80.000 ǺD. 95.000 ǺE. 110.000 Ǻ

95

4. Dari grafik intensitas radiasi benda hitam terhadap panjang gelombang berikut ini, hubungan yang benar adalah…

A. T1 > T2 > T3 dan m1 > m2 > m3

B. T1 > T2 > T3 dan m1 < m2 < m3

C. T1 < T2 < T3 dan m1 > m2 > m3

D. T1 < T2 < T3 dan m1 < m2 < m3

E. T1 = T2 = T3 dan m1 = m2 = m3

5. Pernyataan yang benar mengenai teori-teori terkait radiasi benda hitam adalah…A. Teori Wien adalah teori terbaik dalam menjelaskan radiasi benda hitamB. Teori Rayleigh-Jeans baik sekali untuk menjelaskan radiasi dengan panjang gelombang yang

kecilC. Teori Rayleigh-Jeans gagal untuk menjelaskan radiasi dengan frekuensi yang besarD. Teori kuantum Planck menjelaskan bahwa energi getaran atom-atom benda hitam

bersifat kontinu.E. Teori kuantum Planck tidak menggunakan asumsi cahaya sebagai paket-paket energi seperti

partikel

6. Berikut ini adalah grafik intensitas radiasi benda hitam terhadap frekuensi gelombang radiasi berdasarkan beberapa teori.

Pernyataan yang benar adalah…

A. 1 = teori Rayleigh Jeans, 2 = teori Wien, 3 = teori PlanckB. 1 = teori Rayleigh Jeans, 2 = teori Planck, 3 = teori WienC. 1 = teori Wien, 2 = teori Planck, 3 = teori Rayleigh-JeansD. 1 = teori Planck, 2 = teori Wien, 3 = teori Rayleigh-JeansE. 1 = teori Planck, 2 = teori Rayleigh-Jeans, 3 = teori Wien

96

7. Pada suatu logam disinari cahaya kuning. Ternyata, penyinaran itu tidak menghasilkan fotoelektron dari permukaan logam. Upaya yang dapat dilakukan peneliti agar dapat menghasilkan fotoelektron adalah…A. menaikkan intensitas cahaya kuningB. mengganti logam dengan yang fungsi kerjanya lebih besarC. mengganti cahaya kuning dengan cahaya biru D. mengurangi ketebalan logamE. mengganti sumber cahaya dengan sumber yang menghasilkan sinar dengan panjang gelombang

lebih besar

8. Permukaan logam tertentu memiliki frekuensi ambang f0. Ketika disinari dengan cahaya f > f0,

elektron akan keluar dari permukaan logam dengan energi kinetik….A. hfB. hf0

C. h(f + f0)D. h(f – f0)E. h/(f – f0)

9. Grafik yang menunjukkan hubungan antara energi kinetik fotoelektron (EK) dengan intensitas (I) foton dengan frekuensi tertentu pada proses fotolistrik adalah…

A. D.

B. E.

C.

97


1. Jumlah kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda suhunya lebih besar dari 0 K, berbanding lurus dengan ....A. suhunyaB. pangkat dua dari suhunyaC. suhu sekelilingnyaD. massa benda itu E. luas permukaan benda

2. Menurut teori kuantum berkas cahaya terdiri dari foton, intensitas berkas cahaya ini….A. berbanding lurus dengan energi fotonB. berbanding lurus dengan akar energi fotonC. berbanding lurus dengan banyaknya fotonD. berbanding lurus dengan kuadarat banyaknya fotonE. tidak tergantung pada energi foton

3. Panjang gelombang maksimum yang dipancarkan sebuah logam pada intensitas maksimumnya adalah 4.10–6 m. Logam tersebut dipanaskan pada suhu . . . .oC

4. Suatu permukaan logam dengan emisivitas 0,5 dipanaskan hingga 400 K. Tentukanlah:a) intensitas energi radiasi yang dipancarkan (yakni daya per satuan luas)b) panjang gelombang pada intensitas maksimumnya.

5. Sinar jingga dengan panjang gelombang 6600 Å dipancarkan dari suatu benda hitam yang mengalami radiasi. Tentukan energi foton yang terkandung pada sinar jingga tersebut!

98

6. Perhatikan pernyataan berikut!(1) Elektron dapat keluar dari logam saat permukaan logam disinari gelombang elektromagnetik(2) Lepas tidaknya elektron dari logam ditentukan oleh frekuensi cahaya yang datang(3) Fungsi kerja untuk setiap logam selalu samaPernyataan yang benar berkaitan dengan efek fotolistrik adalah…A. (1), (2) dan (3)B. (1) dan (2) sajaC. (1) dan (3) sajaD. (1) sajaE. (3) saja

7. Andaikan 11% energi lampu pijar dipancarkan sebagai sinar terlihat yang panjang gelombangnya sama dengan 2700 Å. Jika konstanta Planck h = 6,6 x 10 – 34 Js, jumlah foton yang dipancarkan lampu pijar 100 W per detik = .…A. 1,1 x 1019 B. 1,5 x 1019

C. 1,8 x 1019

D. 2,0 x 1019

E. 2,2 x 1019

8. Cahaya dengan panjang gelombang 400 nm dijatuhkan pada permukaan Al (aluminium) yang fungsi kerjanya 4,2 eV. Diketahui 1 eV = 1,6 x 10–19 J dan c = 3 x 108 m/s.a) Tentukan panjang gelombang ambang!b) Berapakah energi kinetik maksimum fotoelektron?c) Berapakah beda potensial henti elektronnya?

99


1. Grafik energi kinetik maksimum fotoelektron terhadap frekuensi foton adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar. Tentukanlah:a) fungsi kerja dan frekuensi ambang fotonb) energi kinetik maksimum fotoelektron dan beda potensial hentinya sa’at frekuensi foton yang

digunakan 6,0 x 1015 Hz

2. Permukaan suatu lempeng logam tertentu disinari dengan cahaya monokromatik. Percobaaan ini diulang dengan panjang gelombang yang berbeda. Ternyata tidak ada elektron yang keluar jika lempeng disinari dengan panjang gelombang di atas 500 nm. Dengan menggunakan panjang gelombang tertentu λ, ternyata dibutuhkan tegangan 3,1 V untuk menghentikan arus fotolistrik yang terpancar dari lempeng. Panjang gelombang λ tersebut adalah….A. 223 nmB. 273 nmC. 332 nmD. 384 nmE. 442 nm

3. Katode pada tabung fotolistrik memiliki frekuensi ambang f0. Jika katode disinari dengan cahaya berfrekuensi f, elektron yang keluar dari katode berkecepatan maksimum vmaks, dan potensial penghenti yang diperlukan agar arus listrik menjadi nol adalah V0. Jarak antara anode-katode d, massa elektron m. Hubungan antara besaran-besaran tersebut adalah sebagai berikut:

(1)

(2) Besarnya perlambatan elektron

(3)

(4) Kuat medan listrik yang memperlambat

100

Pernyataan yang benar adalah….A. (1), (2), (3) D. (4)B. (1), (3) E. (1), (2), (3), (4)C. (2), (4)

4. Sebuah elektron dipercepat oleh beda potensial V. Jika m = massa elektron, e = muatan elektron dan h = konstanta Planck, panjang gelombang elektron menurut teori de Broglie adalah…..

A.

B.

C.

D.

E.

5. Jika dari keadaan diamnya elektron dipercepat berturut-turut oleh beda potensial 50 V dan 20 V, perbandingan panjang gelombang elektron menurut teori de Broglie adalah….A. 1 : 4B. 1 : 2C. 3 : 4D. 2 : 1E. 4 : 1

101


INDIKATOR:31. Membedakan teori-teori atom.

32. Menganalisis teori relativitas dan besaran-besaran yang terkait.

PETA KONSEP:

102

TEORI ATOM DANTEORI RELATIVITASTeori Atom

Teori Atom

Dalton

Teori AtomJ.J.ThomsonTeori AtomRutheford

Teori Relativitas

Kecepatan Relatif

Kontraksi Panjang

Teori Atom Bohr

Teori AtomMekanika Kuantum

Postulat Einstein

Dilatasi Waktu

Massa Relativistik

Energi Relativistik

Materi 11(TEORI ATOM DAN TEORI RELATIVITAS)

TEORI ATOM

Teori Atom DaltonAtom adalah bagian terkecil dari suatu benda yang ………………………..

Teori Atom J.J.Thomson

Atom adalah bola padat bermuatan positif dengan elektron yang bermuatan negatif …………………………Besar muatan positif sama dengan besar muatan negatif sehingga secara keseluruhan atom menjadi …………Model Atom Thomson sering disebut sebagai model atom ……………….….

Teori Atom Rutherford

Rutherford mulai mengusulkan teori tentang atom setelah melakukan percobaan ………………………………. ……………………………… oleh lempengan emas tipis. Lempengan emas tipis ditembaki dengan partikel alfa. Ternyata Rutherford memperoleh fakta bahwa tidak semua partikel alfa dipantulkan, bahkan kebanyakan diteruskan menembus lempengan. Hal ini menunjukkan bahwa atom bukanlah benda padat melainkan memiliki …………………….Kemudian Rutherford mengusulkan suatu model atom sebagai berikut:Atom memiliki muatan positif dan sebagian besar massa yang terkumpul dalam satu titik yang dinamakan inti atom. Sedangkan elektron mengelilingi inti atom pada jarak yang cukup jauh. Ukuran ………...………. jauh lebih kecil dari ukuran atom.

Kelemahan teori atom Rutherford:

103

Pada teori Rutherford, elektron mengeliling inti pada lintasan berbentuk lingkaran. Dilihat dari geraknya yang melingkar, elektron mendapat percepatan sentripetal. Menurut konsep gelombang elektromagnetik, muatan (yakni elektron) yang mendapat percepatan akan memancarkan radiasi gelombang elektromagnetik. Sehingga energi elektron makin berkurang, dan menyebabkan jari-jari lintasan elektron makin kecil, sehingga lintasannya berbentuk spiral menuju ke inti atom.

Spektrum Atom Hidrogen

Suatu gas yang berada dalam tabung gas bertekanan rendah diberi beda potensial tinggi maka gas akan memancarkan spektrum diskontinu, yang berarti gas hanya memancarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja. Balmer, seorang matematikawan, menemukan empat spektrum garis pada daerah cahaya tampak yaitu pada 410,2 nm, 434,1 nm, 486,2 nm, dan 656,3 nm. Balmer kemudian membuat rumus yang cocok dengan spektrum garis tersebut.

Dimana: nA = 2, nB = 3, 4, 5, 6,…. λ = panjang gelombang yang dipancarkan (m) R = konstanta Rydberg = 1,097 x 107 m-1

Selain Balmer, ada 4 ilmuwan lain yang menemukan deret spektrum lain dari atom, yaitu Lymann, Paschen, Bracket dan Pfund. Lymann menemukan deret spektrum pada daerah ultraviolet, sedangkan Paschen, Bracket dan Pfund menemukan deret spektrum pada daerah inframerah.

Kelima deret yang ditemukan ilmuwan-ilmuwan tersebut dapat ditampilkan dengan rumus-rumus sederhana sebagai berikut :

1. Deret Lyman : untuk nA = … dan nB = 2, 3, 4, 5, 6 dst2. Deret Balmer : untuk nA = … dan nB = 3, 4, 5, 6 dst3. Deret Paschen : untuk nA = … dan nB = 4, 5, 6, 7 dst4. Deret Bracket : untuk nA = … dan nB = 5, 6, 7, 8 dst5. Deret Pfund : untuk nA = … dan nB = 6, 7, 8, 9 dst

Teori Atom Bohr

104

Kelemahan teori Rutherford diperbaiki oleh Niels Bohr dengan mengajukan asumsi dasar sbb:

(1) Elektron bergerak mengelilingi inti tidak pada sembarang lintasan, tetapi pada lintasan-lintasan tertentu tanpa meradiasikan energi. Lintasan ini disebut lintasan stasioner dan memiliki energi tertentu.

(2) Elektron akan memancarkan radiasi jika berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkatenergi yang lebih rendah. Sebaliknya, energi diperlukan (diserap) elektron untuk berpindah daritingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Besarnya energi yang dipancarkan ataudiserap adalah:

Dimana: Et = tingkat energi yang lebih tinggi (J) Er = tingkat energi yang lebih rendah (J)h = konstanta Planck = 6,6 x 10–34 Jsf = frekuensi gelombang radiasi (Hz)

(3) Momentum sudut elektron dalam orbit terkuantisasi.

Jari-jari orbit elektron

Dari asumsi dasar itulah kemudian Bohr dapat menurunkan jari-jari lintasan elektron dan memenuhi perumusan berikut.

Dimana : rn = jari-jari orbit ke-nr1 = 0,53 Å

Tingkat energi elektron

Dari asumsi dasar pula Bohr menurunkan tingkat energi elektron pada orbit ke-n:

Kelemahan teori atom Bohr:

1. Lintasan orbit elektron sebenarnya sangat rumit, tidak hanya berbentuk lingkaran atau elips saja.2. Model atom Bohr hanya dapat menjelaskan dengan baik spektrum atom hidrogen, akan tetapi tidak

dapat menjelaskan spektrum atom-atom berelektron ……………….. (atom kompleks).3. Model atom Bohr tidak dapat menjelaskan tentang terjadinya efek Zeeman, yaitu terpecahnya

spektrum cahaya jika dilewatkan pada medan magnet yang kuat.

Teori Atom Mekanika Kuantum

105

Kelemahan teori atom Bohr diperbaiki dengan teori mekanika kuantum yang memperkenalkan 4bilangan kuantum, yakni n (bilangan kuantum utama), l (bilangan kuantum orbital), ml (bilangan kuantummagnetik) dan mS (bilangan kuantum spin). Sampai sekarang teori ini masih mengalami perkembangankarena masih ada hal-hal mengenai atom yang tidak bisa dijelaskan oleh teori mekanika kuantum saatini.

TEORI RELATIVITAS

Einstein mengemukakan dua postulat:1. Hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka

acuan inersia.2. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak tergantung dari

keadaan gerak pengamat itu. Kecepatan cahaya di ruang hampa sekitar c = 3 x 108 m/s.

Konsekuensi Postulat Einstein

A. Kecepatan Relatif

Kecepatan relatif A terhadap B menurut teori relativitas Einstein adalah

Dimana: ABv = kecepatan relatif A terhadap B

Av = kecepatan A relatif terhadap acuan yang diam

Bv = kecepatan B relatif terhadap acuan yang diam

B. Kontraksi Panjang

Menurut teori relativitas Einstein, panjang benda yang diamati oleh pengamat yang bergerak dan pengamat yang diam terhadap benda memenuhi:

dimana: L = panjang benda menurut pengamat yg bergerak thd benda

0L = panjang benda menurut pengamat yg diam thd benda

v = kecepatan relatif pengamat yang bergerak terhadap pengamat yang diam

C. Dilatasi Waktu

Menurut teori relativitas Einstein, selang waktu yang diamati oleh pengamat yang bergerak dan pengamat yang diam terhadap kejadian memenuhi:

106

Dimana: = selang waktu menurut pengamat yang bergerak terhadap kejadian (s) = selang waktu menurut pengamat yang diam terhadap kejadian (s) = kecepatan relatif pengamat yang bergerak terhadap pengamat yang diam (m/s)

D. Massa dan Momentum Relativistik

Menurut teori relativitas Einstein,

Dimana: m = massa benda yang bergerak terhadap pengamat (kg)

m0 = massa diam benda(kg) v = kecepatan relatif benda

terhadap pengamat (m/s) p = momentum benda yang bergerak terhadap pengamat (kg m/s)

F. Energi Relativistik

Menurut teori relativitas Einstein,

Energi diam benda:

Energi total benda yang sedang bergerak:

Energi kinetik benda yang sedang bergerak:

Dimana: m0 = massa diam benda(kg), = massa benda yang bergerak, c = kecepatan

cahaya ≈ 3 x 108 m/s.

Soal Evaluasi

1. Setelah elektron ditemukan, atom tidak lagi dianggap sebagai benda terkecil. Model atom yang diajukan sesaat setelah penemuan elektron adalah….A. model atom DaltonB. model atom ThomsonC. model atom RuthefordD. model atom BohrE. model atom Sommerfeld

107

2. Berikut ini kelemahan model atom Thomson yang ditutupi oleh model atom Rutherford adalah….A. tidak dapat menjelaskan bahwa ada partikel yang lebih kecil dari atomB. tidak dapat menentukan jenis muatan elektronC. tidak sesuai dengan hasil percobaan hamburan sinar alfaD. elektron semakin berkurang energinya sehingga lintasannya menuju inti atomE. tidak dapat menjelaskan adanya lintasan stasioner

3. Kesimpulan Rutherford setelah melakukan percobaan hamburan sinar alfa adalah sebagai berikut, kecuali….A. massa atom terpusat pada bagian yang disebut inti atomB. inti atom bermuatan positif C. ukuran inti atom sangat kecil dibandingkan ukuran atomD. atom adalah bola padat bermuatan positif dengan elektron tersebar di dalamnyaE. atom bukanlah benda pejal, melainkan memiliki rongga vakum yang besar

4. Kelemahan model atom Rutherford yang ditutupi oleh Bohr adalah…A. tidak dapat menjelaskan hasil percobaan hamburan sinar alfaB. tidak dapat menentukan jenis muatan elektronC. tidak dapat menjelaskan adanya lintasan stasioner elektron dimana elektron mengorbit tanpa

mengeluarkan radiasiD. dapat menjelaskan spektrum atom berelektron banyakE. tidak dapat menjelaskan efek Zeeman

5. Energi elektron atom hidrogen pada tingkat dasar adalah –13,6 eV. Tentukan energi elektron pada tingkat orbit ke-2 dan ke-3!

6. Jari-jari lintasan elektron pada tingkat dasar adalah 0,53 ÅTentukan jari-jari elektron pada tingkat orbit ke-2 dan ke-3!

7. Pada spektrum deret Balmer, tentukan panjang gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh elektron jika asal elektron dari kulit keempat !

108

8. Misalkan benda A bergerak dengan kelajuan 0,8 c arah ke sumbu X positif, sedangkan benda B bergerak dengan kelajuan 0,5 c arah ke sumbu X negatif. Tentukan kelajuan relatif A terhadap B menurut teori relativitas Einstein!

9. Sebuah pesawat yang diam di bumi terukur memiliki panjang 120 m. Jika pesawat itu bergerak dengan kecepatan 0,6 c. Menurut teori relativitas Einsten, berapakah panjang pesawat tersebut yang teramati oleh pengamat di bumi sekarang ?

10. Sebuah benda memiliki massa diam 4 kg. Jika benda tersebut bergerak dengan kecepatan 0,6 c (c = 3.108 m/s) maka menurut teori relativitas Einstein, tentukan a. massa bergeraknyab. energi diam bendac. energi total bendad. energi kinetik benda

109


1. Percobaan hamburan Rutherford menghasilkan kesimpulan ….A. atom adalah bagian terkecil dari unsurB. elektron adalah bagian atom yang bermuatan listrik negatifC. atom memiliki massa yang tersebar secara merataD. elektron mengelilingi inti pada lintasan tertentuE. massa atom terpusat pada tempat yang disebut inti

2. Salah satu ketentuan Bohr dalam model atomnya adalah ....A. elektron pada lintasan stasionernya memancarkan energiB. elektron yang berpindah dari lintasan dengan energi tinggi ke lintasan dengan energi yang lebih

rendah akan memancarkan fotonC. elektron pada lintasan stasionernya menyerap energiD. elektron mengelilingi inti pada lintasan tertentu memiliki momentum linierE. elektron pada lintasan dengan energi paling rendah tidak tereksitasi

3. Pada lintasan dasar, elektron atom hidrogen memiliki energi sebesar –13,6 eV. Saat elektron atom hidrogen berpindah lintasan dari bilangan kuantum n = 1 ke bilangan kuantum n = 2, maka yang terjadi pada atom tersebut adalah ....A. menyerap energi sebesar 13,4 eVB. memancarkan energi sebesar 10,2 eVC. menyerap energi sebesar 10,2 eVD. memancarkan energi sebesar 3,4 eVE. menyerap energi sebesar 3,4 eV

4. Kenyataan yang tidak dapat dijelaskan oleh model atom Rutherford adalah…A. atom dapat terionisasiB. elektron-elektron dapat memancarkan energiC. terhamburnya partikel-partikel bermuatan bila melalui atomD. spektrum pancar atom hidrogen berbentuk garis-garisE. partikel-partikel bermuatan dapat melewati kumpulan atom

5. Pernyataan yang menjelaskan kelemahan model atom Rutherford adalah…A. jumlah muatan inti sama dengan jumlah muatan elektronB. elektron mengelilingi inti atom seperti tata suryaC. elektron akan bergabung dengan inti atom ketika kehabisan energi

D. atom terdiri dari muatan positif dan negatifE. elektron yang mengelilingi inti atom akan menyerap energi

6. Elektron atom hidrogen berpindah dari lintasan n = 2 ke n=1. Apabila konstanta Rydberg = 1,097x107 m-1, maka panjang gelombang foton yang diradiasikan oleh atom tersebut adalah…

110

A. 1097 ÅB. 1215 ÅC. 2115 ÅD. 6541 Å E. 8227 Å

7. Sebuah pesawat yang diam di bumi terukur memiliki panjang 180 m. Jika pesawat itu bergerak dengan kecepatan 0,6 c. Menurut teori relativitas Einsten, berapakah panjang pesawat tersebut yang teramat oleh pengamat di bumi sekarang ?

8. Bila laju partikel 0,6 c, maka perbandingan massa relativistik partikel itu terhadap massa diamnya adalah ....A. 5 : 3 B. 25 : 9 C. 5 : 4D. 25 : 4 E. 8 : 5

9. Sebuah pesawat bergerak dengan kecepatan 0,85 c terhadap bumi. Dari pesawat ditembakkan peluru dengan kecepatan 0,5 c searah dengan pasawat. Kecepatan peluru terhadap bumi adalah ....A. c B. 0,2 c C. 0,5 cD. 0,6 cE. 0,8 c

10. Sebuah elektron yang memiliki massa diam mo dan bergerak dengan kecepatan 0,6 c memiliki energi kinetik sebesar…A. 0,25 moc2

B. 0,36 moc2

C. moc2

111

D. 1,6 moc2

E. 2,5 moc2


1. Dalam model atom Bohr, elektron atom hidrogen yang mengorbit di sekitar inti atom membangkitkan arus listrik rata-rata 0,8 mA pada suatu titik di orbit lintasannya. Jika besar muatan elektron 1,6 x 10–19 C, jumlah putaran per sekon elektron tersebut mengelilingi inti adalah…A. 5 x 109

B. 5 x 1012

C. 5 x 1015

D. 5 x 1016

E. 5 x 1018

2. Elektron pada atom yang berpindah lintasan luar ke yang lebih dalam akan memancarkan gelombang elektromagnetik. Manakah perpindahan di bawah yang menghasilkan frekuensi terbesar ?A. dari n = 7 ke n = 3B. dari n = 7 ke n = 2C. dari n = 6 ke n = 2D. dari n = 3 ke n = 1E. dari n = 2 ke n = 1

3. Tentukan panjang gelombang terbesar yang dihasilkan pada deret Lyman!(konstanta Rydberg = 1,097x107 m-1)

4. Diagram di bawah ini menunjukkan 4 tingkatan energi suatu atom logam.

Dari pengolahan data tersebut, dengan mengandaikan transisi ke tingkat

112

energi yang lebih rendah selalu mungkin, dapat ditarik kesimpulan bahwa:(1) ada 6 garis spektrum yang mungkin terjadi akibat transisi elektron(2) panjang gelombang minimum spektrum emisinya 1 x 10–7 m(3) panjang gelombang minimum spektrum emisinya 5 x 10–7 m(4) ada komponen spektrum emisi yang merupakan sinar tampakPernyataan yang sesuai dengan model atom Bohr adalah….

5. Jika energi total elektron atom hidrogen di kulit M adalah –E, maka energi total elektron atom tersebut di kulit L adalah….

A.

B.

C.

D.

E.

6. Jika perbandingan energi kinetik relativistik benda dan energi diamnya adalah 1 : 4, kecepatan gerak benda itu adalah…. (c = kecepatan cahaya)A. 0,40cB. 0,60cC. 0,75cD. 0,80cE. 0,98c

113


INDIKATOR:34. Menentukan besaran-besaran fisis pada reaksi inti atom.

35. Menentukan jenis-jenis zat radioaktif atau mengidentifikasi manfaat radioisotop dalam kehidupan.

PETA KONSEP:

114

FISIKA INTI

Energi Ikat Inti

E= m.931,5

MeV

Sinar-sinar Radioaktif

Sinar Alfa

Sinar Beta

Sinar Gamma

Peluruhan Inti

Pemanfa’atan Radioisotop

N=No(1/2)t/TBidang

Kedokteran

Bidang Hidrologi

Bidang Energi

Bidang Archeologi

Materi 12(FISIKA INTI)

Energi Ikat Inti dan Defek Massa

Telah kita ketahui bahwa dua muatan sejenis yang berdekatan akan mendapat gaya tolak listrik (gaya elektrostatis). Bagaimana halnya dengan inti atom? Walaupun ada gaya tarik gravitasi antara partikel-partikel penyusun inti atom, tetapi gaya ini cukup kecil dibandingkan gaya tolak elektrostatis. Jika tidak ada gaya lain, inti atom akan bercerai-berai. Gaya lain inilah yang kemudian dikenal dengan nama gaya ikat inti dan energinya disebut energi ikat inti.

Energi ikat inti ini berkaitan dengan massa yang hilang. Sejumlah proton dan sejumlah neutron akan mengalami pengurangan massa saat proton dan neutron tersebut membentuk inti. Pengurangan massa inti ini dinamakan defek massa.

Dengan kesetaraan massa dan energi, energi ikat inti dirumuskan:

dimana: E = energi ikat inti (joule)Δm = defek massa (kg)c = 3 x 108 m/s

Jika Δm dalam satuan sma (satuan massa atom), maka persamaan dapat diubah menjadi berikut:

Sinar-sinar Radioaktif

a. Sinar alfa Sinar alfa adalah inti atom ..……. , terdiri atas dua proton dan dua neutron. Sifat-sifat sinar alfa:1) Dapat menghitamkan pelat film (yang berarti

memiliki daya ionisasi). Daya ionisasi sinar alfa

115

paling kuat di antara ketiga sinar radioaktif2) Mempunyai daya tembus paling lemah di antara ketiga sinar radioaktif.

3) Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

4) Dilambangkan dengan …...

b. Sinar BetaSinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yang berasal dari inti atom ketika ……………………………… ……………………….….. Sifat-sifat sinar beta:1) Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa.2) Mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar alfa.3) Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.4) Dilambangkan dengan …...

c. Sinar GammaSinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi, tidak memiliki massa maupun muatan. Sifat-sifat sinar gamma:1) Mempunyai daya ionisasi paling lemah di antara ketiga sinar radioaktif2) Mempunyai daya tembus yang terbesar di antara ketiga sinar radioaktif3) Tidak membelok dalam medan listrik maupun medan magnet.4) Dilambangkan dengan …...

Peluruhan Inti

Inti atom radioaktif adalah inti yang tidak stabil, yaitu secara spontan memancarkan sinar radioaktif (α, β, γ). Akibat pemancaran sinar ini menyebabkan jumlah inti makin lama makin berkurang (meluruh). Peluruhan inti dirumuskan:

dimana: No = jumlah inti atom yang ada mula-mula, Nt = jumlah inti atom yang ada setelah waktu t (yang tersisa)

λ = konstanta peluruhan (s–1) t = waktu (s)T1/2 = waktu paruh (s) = waktu yang diperlukan inti atom untuk meluruh setengah dari jumlah mula-mula

Reaksi Inti

Reaksi Inti adalah perubahan suatu jenis inti atom menjadi inti atom jenislainnya. Dalam reaksi inti, berlaku:

1)Konservasi nomor atom dan nomor massa2)Kesetaraan massa-energi

116

Pemanfa’atan Radioisotop

a. Sebagai PerunutContoh:…... digunakan untuk mendeteksi ketidaknormalan pada kelenjar tiroidTeknetium-99 digunakan untuk mendeteksi ketidaknormalan pada tulang dan paru-paruRadioisotop pemancar sinar …. digunakan untuk mendeteksi kebocoran pipa bawah tanah

b. Sebagai Penghancur Co-60 pemancar sinar …………... digunakan untuk menghancurkan sel-sel kanker

c. Menaksir umur fosilKadar kandungan ……... pada fosil digunakan sebagai dasar untuk mengira-ngira umur fosil

d. Pembangkit tenaga listrikU-235 sebagai bahan bakar ………….. nuklir pembangakit listrik

Soal Evaluasi

1. Massa inti karbon 6C12 adalah 12 sma. Jika setiap proton dan netron massanya sebesar 1,0078 smadan 1,0087 sma dan 1 sma setara dengan 931,5 MeV maka tentukan :a) defek massa inti karbonb) energi ikat inti karbon

2. Di matahari terjadi reaksi fusi seperti di bawah.2He3 + 2He3 → 2He4 + 21H1 + Energi

Diketahui massa inti 1H1 = 1,0081 sma; massa inti 2He3 = 3,0169 sma; massa inti 2He4 = 4,0089 sma.Bila 1 sma setara dengan energi 931 MeV, maka tentukan energi yang dihasilkan pada setiap reaksifusi tersebut!

117

3. Perhatikan grafik jumlah partikel suatu unsur radioaktif berikut:

Nilai X adalah….

4. Berapa waktu paruh suatu zat radioaktif jika jumlah partikel setelah meluruh selama 75 hari adalah1/32 jumlah partikel awal?

5. 92U238 meluruh menjadi isotop timbal 82Pb206 dengan emisi 8 partikel alfa dan emisi n elektron.Tentukan berapakah n!

118


1. Jika suatu neutron dalam inti berubah menjadi proton, maka inti itu memancarkan ....A. partikel alfa B. partikel beta C. sinar gammaD. proton E. deuteron

2. Radiasi dari isotop I-131 dimanfa’atkan untuk….A. menghancurkan sel-sel kankerB. mendeteksi ketidaknormalan kelenjar tiroidC. mendeteksi kebocoran pipa baja bawah tanahD. pembuatan senjata nuklirE. mengira-ngira umur fosil

3. Dibandingkan dengan jumlah massa nukleon-nukleon dalam suatu inti, massa inti tersebut adalah ....A. lebih besarB. sama atau lebih besarC. sama atau lebih kecilD. lebih kecilE. mungkin lebih kecil dan mungkin pula lebih besar

4. Di antara partikel-partikel berikut yang tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik atau medan magnet adalah…A. partikel alfa B. partikel beta C. protonD. neutron E. positron

5. Ketika inti 4Be7 berubah menjadi inti 3Li7, prosesnya disertai dengan…A. pemancaran partikel alfaB. pemancaran elektronC. pemancaran neutronD. pemancaran positronE. pemancaran neutron dan penangkapan elektron oleh inti

6. Suatu batu diteliti mengandung Uranium U dan Timbal Pb. 75 % batu mengandung timbal dan sisanya adalah uranium. Jika diketahui bahwa uranium meluruh menjadi timbal dengan waktu paruh 100 tahun, maka umur batu tersebut diperkirakan ....

119

A. 50 tahun B. 200 tahun C. 400 tahunD. 800 tahun E. 1600 tahun

7. Inti atom 4Be9 memiliki massa 9,0121 sma, sedangkan massa proton dan neutron masing-masing sebagar 1,0078 sma dan 1,0086 sma. Jika 1 sma setara dengan 931,5 MeV, besar energi ikat inti 4Be9 adalah…A. 51,39 MeVB. 57,85 MeVC. 62,1 MeVD. 90,12 MeVE. 95,26 MeV

8. Suatu unsur meluruh dan tinggal 25% dari jumlah semula setelah setengah jam. Jika massa unsur mula-mula 160 gram, satu jam kemudian dari keadaan awal, unsur telah meluruh sebanyak….A. 10 gramB. 50 gramC. 75 gramD. 100 gramE. 150 gram

9. Suatu proses fisi 92U 238 mengikuti proses :

0n1 + 92U238 Ba + Kr + 3 0n1

Jika pada proses fisi ini dibebaskan 200 MeV, massa neutron = 1,009 sma , massa inti 92 U 238 = 235,04 sma dan 1 sma = 931 MeV , maka massa inti ( Ba + Kr ) adalah ....A. 231,08 smaB. 232,80 smaC. 233,89 sma D. 234,03 sma E. 234,89 sma

10. Suatu inti memancarkan partikel beta. Dalam inti ini terjadi…A. perubahan proton menjadi neutronB. perubahan neutron menjadi proton

120

C. perubahan nomor massaD. pengurangan energi ikatE. pengurangan gaya tolak elektrostatik


1. Massa proton 1,67 x 10 –27 kg. Massa proton ini setara dengan…..A. 825,26 MeVB. 901,72 MeVC. 939,38 MeVD. 956,44 MeVE. 978,23 MeV

2. Hitunglah energi ikat per nukleon dari inti (Ne-20) jika mp =1,007 sma; mn =1,008 sma; mNe = 20,000 sma; dan 1 sma = 931,5 MeV!

3. Unsur radioaktif berkurang 87,5% dalam selang waktu 24 jam. Tentukan:a) Waktu paruh unsur tersebut.b) Konstanta peluruhan unsur tersebut.c) Persentase unsur yang tersisa setelah meluruh selama 4 hari.

121

4. Melalui radioaktivitas alami 238U, memancarkan sebuah partikel α. Inti atom residu yang berat disebut UX1. UX1 selanjutnya memancarkan partikel beta. Inti atom hasilnya disebut UX2. Tentukan nomor atom dan nomor massa untuk:a) UX1

b) UX2

5. Inti ringan yang memiliki jumlah neutron lebih banyak dari jumlah proton merupakan inti yang tidak stabil. Untuk mencapai kestabilan, inti tersebut akan memancarkan….A. sinar αB. sinar βC. sinar γD. positronE. neutron

122

STANDAR KOMPETENSI LULUSAN:1. Memahami prinsip-prinsip pengukuran dan melakukan pengukuran besaran fisika secara langsung dan

tidak langsung secara cermat, teliti dan obyektif.

INDIKATOR:1. Membaca pengukuran salah satu besaran dengan menggunakan alat ukur tertentu.

2. Menentukan besaran skalar dan vektor serta menjumlah /mengurangkan besaran-besaran vektor dengan berbagai cara.

PETA KONSEP:

123

PENGUKURAN

SKALAR VEKTOR

Definisi dan Notasi

Resultan Vektor

Panjang

Massa

Waktu

Secara grafis

Secara analitis

Jangka Sorong

Mikrometer Sekrup

Materi 13(PENGUKURAN SKALAR DAN VEKTOR)

Tulislah rumus-rumus terkait dengan pengukuran skalar dan vektor!

124

Soal Latihan

1. Sebuah benda diukur panjangnya dengan jangka sorong. Skala yang ditunjukkan adalah seperti pada gambar. Tuliskan pembacaan hasil pengukuran jangka-jangka sorong berikut ini!

a)

b)

c)

2. Tuliskan hasil pembacaan mikrometer sekrup berikut ini!

a)

b)

125

c)

3. Bacalah hasil pengukuran dengan neraca Ohauss berikut ini!

4. Tuliskan hasil pengukuran waktu dengan stopwatch berikut ini!

5. Di antara besaran-besaran berikut ini:(a) perpindahan (b) jarak (c) massa (d) gaya (e) tekanan (f) usaha (g) kecepatan

Manakah yang termasuk besaran vektor?

6. Diketahui vektor a dan vektor b

sebagai berikut:

126

Gambarkan vektor ba

dan ba

!

7. Diketahui vektor p , q

dan t

sebagai berikut:

Jika resultan penjumlahan ketiga vektor tersebut adalah , gambarkan vektor .R

8. Seorang anak berlari menempuh jarak 80 m ke utara, kemudian membelok ke timur 80 m dan ke selatan 20 m. Besar perpindahan yang dilakukan anak tersebut adalah….A. 60 mB. 80 mC. 100 mD. 120 mE. 180 m

9. Vektor F1 = 9 N, F2 = 15 N, dan F3 = 10 N diletakkan pada diagram Cartesius seperti pada gambar. Berapa resultan ketiga vektor tersebut?

127

A. 6 NB. 8 NC. 10 ND. 12 NE. 16 N

10. Perhatikan gambar! Resultan ketiga vektor gaya tersebut adalah…

A. 10 NB. 8 NC. 6 ND. 5 NE. 4 N

11. Tiga buah vektor kecepatan v1, v2 dan v3 setitik tangkap seperti gambar berikut. Diketahui v1 = 30 satuan, v2 = 30 satuan, v3 = 10 satuan, maka besar resultan ketiga vektor adalah…

A. 100 satuanB. 103 satuanC. 105 satuanD. 1010 satuanE. 130 satuan

12. Perhatikan diagram berikut ini! Jika sisi satu kotak kecil menyatakan panjang 3 cm, maka gambarkan vektor penjumlahan kedua vektor, lalu hitung panjang vektor hasil penjumlahan tersebut!

128

13. Diberikan |a| = 4 m dan |b| = 5 m. Jika vektor a dan b membentuk sudut 530, maka |a – b| = … m

14. Dua gaya mempunyai besar yang sama, yaitu 10 N dan membentuk sudut apit α. Jika besar resultan kedua gaya ini juga 10 N, maka tentukan berapa besar sudut apit α !

15. Diketahui vektor a = 4i + 3j dan b = 4i – 8j .a) Gambarkan vektor a dan b pada bidang Cartesian (bidang XY)b) Tentukan |a| dan |b| !c) Nyatakan resultan penjumlahan kedua vektor tersebut dalam vektor satuan i dan j!d) Tentukan besar resultan penjumlahan kedua vektor tersebut!

129

STANDAR KOMPETENSI LULUSAN:2. Memahami gejala alam dan keberaturannya dalam cakupan mekanika benda titik, benda tegar,

kekekalan energi, elastisitas, impuls, dan momentum.

INDIKATOR:3. Menentukan besaran-besaran fisis gerak lurus, gerak melingkar beraturan, atau gerak parabola.

4. Menentukan berbagai besaran dalam dinamika gerak dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

PETA KONSEP:

130

MEKANIKA 1

KINEMATIKADINAMIKA

Persamaan Newton

Gerak Lurus

Gerak Melingkar Beraturan

Gerak Parabola

Penerapan Persamaan Newton

Materi 14(MEKANIKA 1)

Tulislah rumus-rumus terkait dengan kinematika dan dinamika gerak!

131

Soal Latihan

1. Sebuah partikel bergerak sepanjang sumbu X. Mula-mula partikel berada di koordinat x = 2, kemudian bergerak selama 5 detik sehingga tiba di koordinat x = 12. Lalu partikel berbalik arah dan bergerak selama 3 detik sehingga tiba di koordinat x = 6. Tentukan:a) besar kelajuan rata-rata partikelb) besar kecepatan rata-rata partikel

2. Gerak suatu benda dinyatakan dengan persamaan r = (2t2 – 4t + 8)i + (1,5t2 −3t −6)j.

Semua besaran menggunakan satuan SI.Tentukan:a) Posisi (koordinat) benda pada t = 1 s dan t = 2 s,b) Besar kecepatan rata-rata dari t = 1 s sampai t = 2 s.c) Besar kecepatan saat t = 2 s.

3. Sebuah truk dari keadaan diam bergerak maju hingga mencapai kecepatan 72 km/jam selama 10 detik. a) Berapakah besarnya percepatan truk tersebut?b) Berapakah jaran yang ditempuh truk selama 10 detik tersebut?

c) Jika kemudian truk direm dengan perlambatan 4 m/s2 sampai berhenti, tentukan jarak yang ditempuh truk selama pengereman tersebut!

132

4. Perhatikan grafik v-t dari gerak seorang pengendara sepeda:

a) Dari grafik tersebut, bagian manakah yang termasuk GLB? Bagian manakah yang termasuk GLBB?b) Pada gerak tsb ada saat pengereman. Tentukan besarnya perlambatan akibat pengereman tsb!c) Tentukan jarak yang ditempuh sepeda dari t = 0 sampai t = 10 sekon.

5. Sebutir kelereng berwarna ungu menawan mula-mula berada di tanah, kemudian dilempar vertikalke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika g = 10 m/s2, tentukanlah:a) waktu yang diperlukan untuk mencapai titik tertinggib) waktu kelereng melayang di udara (waktu yang diperlukan dari awal pelemparan sampai kembali

ke tanah)c) ketinggian maksimum kelerengd) kecepatan kelereng ketika menyentuh tanah kembalie) ketinggian kelereng saat 1 detik dari pelemparan

133

6. Sebuah bola dijatuhkan bebas dari ketinggian 60 m. Jika g = 10 m/s2, tentukan waktu yangdiperlukan bola untuk sampai ke tanah!

7. Diketahui 3 roda membentuk sistem seperti pada gambar. Jika jari-jari roda A = 5 cm, roda B = 10 cm,dan roda C = 6 cm, dan kecepatan sudut roda A = 15 rad/s, tentukan kecepatan sudut roda C !

8. Sebuah roda berputar dengan laju 60 putaran/detik. Jari-jari roda 50 cm. Tentukanlah besarnyakecepatan sudut dan kecepatan linier roda tersebut!

9. Sebuah bola dilempar dari tanah dengan kecepatan awal 50 m/s dan sudut elevasi 300 . Anggap titik awal pelemparan sebagai titik asal koordinat dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2. Tentukan:a) kecepatan bola saat bergerak 1 detik dari pelemparanb) posisi (koordinat) bola saat 1 detik dari pelemparanc) waktu batu melayang di udarad) tinggi maksimum batue) jarak tembak batu (jarak horizontal maksimum)

134

10. Sebuah pesawat terbang bergerak mendatar dengan kecepatan 200 m/s melepaskan bom dariketinggian 500 m. Jika bom jatuh di B dan g = 10 m/s2, maka berapakah jarak AB ?

500 m

A B

11. Sebuah balok dengan massa 4 kg terletak diam di atas lantai horizontal. Percepatan gravitasi bumi 10 m/s2. Agar gaya normal dari lantai menjadi 60 N dengan posisi balok tetap diam, maka harus diberikan gaya luar…….A. 100 N arah ke atasB. 100 N arah ke bawahC. 40 N arah ke atasD. 20 N arah ke atasE. 20 N arah ke bawah

12. Diketahui m1 = 1 kg dan m2 = 2 kg dihubungkan dengan tali. Balok m2 ditarik dengan gaya F = 12 N, sehingga kedua balok bergerak. Bidang lantai licin. Tentukan besar:a) percepatan sistemb) tegangan tali

135

13. Dua buah benda bermassa 4 kg dan 2 kg digantung pada katrol dengan menggunakan tali. Jika tidak ada gesekan dan massa katrol diabaikan, berapakah percepatan sistem dan tegangan tali ?

a

14. Sebuah peti bermassa 5 kg berada dalam sebuah lift. Tentukan besar gaya tekan peti pada lantai lift jika:a) lift tersebut diamb) lift bergerak dengan percepatan 2 m/s2 ke atasc) lift bergerak dengan percepatan 2 m/s2 ke bawah

15. Sebuah benda bermassa 5 kg ditarik dengan tali ke atas bidang miring yang kasar oleh sebuah gaya 71 N (g = 10 m/s2, sin 37o = 0,6 dan cos 37o = 0,8). Jika koefisien gesek antara benda dan bidang adalah 0,4 maka percepatan yang dialami benda adalah…

136

A. 0,5 m/s2

B. 2 m/s2

C. 2,5 m/s2

D. 3 m/s2

E. 5 m/s2


kekekalan energi, elastisitas, impuls, dan momentum.

INDIKATOR:6. Menganalisis hubungan besaran-besaran yang terkait dengan dinamika rotasi.

5. Menentukan letak titik berat dari berbagai benda homogen.

PETA KONSEP:

137

MEKANIKA 2

DINAMIKA ROTASITITIK BERAT

Benda LuasanMomen Gaya

Momen Inersia

Persamaan Gerak Rotasi

Benda Ruang


Tulislah rumus-rumus terkait dengan dinamika rotasi dan titik berat!

138

Soal Latihan

1. Perhatikan gaya F yang bekerja pada sebuah batang berikut ini!

Besarnya momen gaya terhadap titik A adalah…. Nm

A. 35 D. 20

B. 10 E. 340C. 315

2. Perhatikan gambar! Besar gaya F1 = F2 = F3 = F4 = F5 dan jarak AB = BC = CD.

Momen gaya yang besarnya nol terhadap titik poros C adalah momen gaya yang disebabkan oleh gaya…A. F1 D. F4 dan F5

B. F2 E. F2 dan F3

C. F3 dan F5

3. Batang yang massanya diabaikan diletakkan mendatar dan dikerjakan tiga buah gaya seperti gambar.

139

Resultan momen gaya yang bekerja pada batang jika diputar pada poros di D adalah… (sin 53o = 0,8)A. 2,4 NmB. 2,6 NmC. 3,0 NmD. 3,2 NmE. 3,4 Nm

4. Sebuah katrol dari benda pejal dengan tali yang dililitkan pada sisi luarnya ditampilkan seperti

gambar. Gesekan katrol diabaikan.

Jika momen inersia katrol I = dan tali ditarik dengan gaya tetap F, maka nilai F setara dengan…A. F = . . R D. F = . . (R)–1

B. F = . 2 . R E. F = R . ( . )–1 C. F = . ( . R)–1

5. Pada sebuah batang dengan momen inersia terhadap garis sumbunya sebesar 4 kg.m2 dikerjakan momen gaya sebesar 12 Nm. Besar percepatan sudut batang akibat momen gaya ini adalah….A. 1 rad/sB. 2 rad/sC. 3 rad/sD. 4 rad/sE. 5 rad/s

6. Perhatikan faktor-faktor berikut ini!(1) massa benda(2) jarak benda dari garis sumbu(3) bentuk geometris benda(4) warna bendaYang mempengaruhi besar momen inersia benda terdahap suatu garis sumbu adalah…A. (1) dan (3) D. (4) sajaB. (2) dan (4) E. (1), (2), (3) dan (4)C. (1), (2) dan (3)

140

7. Tongkat penyambung tak bermassa sepanjang 4 m menghubungkan dua bola. Momen inersia sistem jika diputar terhadap sumbu P yang berjarak 1 m di kanan bola A adalah…

A. 5 kg.m2

B. 7 kg.m2

C. 9 kg.m2

D. 10 kg.m2

E. 11 kg.m2

8. Koordinat titik berat bangun luasan berikut ini adalah….

A. )1,4(52

51 D. )1,5(

54

51

B. )1,4(53

51 E. )2,6(

52

51

C. )1,5(51

51

9. Jika koordinat titik berat benda luasan homogen berikut ini adalah (x0, y0) maka nilai x0 = ….

A. 414 D. 11

75

B. 214 E. 11

16

C. 315

10. Jarak titik berat bangun berikut ke garis AB adalah …. cm

141


konservasi energi, elastisitas, impuls, dan momentum.

INDIKATOR:7. Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan usaha dan perubahan energi.9. Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan konservasi energi mekanik.

8. Menjelaskan sifat elastisitas benda atau penerapan konsep elastisitas dalam kehidupan sehari-hari. 10. Menentukan besaran-besaran fisis yang terkait dengan impuls, momentum, atau konservasi

momentum.

PETA KONSEP:

142


Tulislah rumus-rumus terkait dengan usaha, energi, elastisitas, momentum dan impuls!

143

MEKANIKA 3

USAHA DAN ENERGI ELASTISITAS

Modulus Young

Pegas dan Susunan Pegas

Definisi

Hubungan Usaha dan

Energi

Konservasi Energi

Mekanik

MOMENTUM DAN IMPULS

Momentum

Impuls

Tumbukan

Soal Latihan

1. Sebuah balok bermassa 4 kg terletak di atas lantai yang kasar (dengan k = 0,5), ditarik dengan tali dengan gaya F sebesar 50 N dan membentuk sudut 370 terhadap arah horizontal. Balok bergeser dari A ke B yang berjarak 5 meter.

F = 50 N

370

s = 5 m fk A B

144

Tentukan besar:a) total usaha yang dilakukan dari A ke Bb) kecepatan balok ketika berada di B

2. Sebuah bola bermassa 1 kg dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari atas gedung melewati jendela A di atas lantai ke jendela B di lantai bawah dengan beda tinggi 2,5 m (g = 10 m/s2) . Berapa besar usaha untuk perpindahan bola dari jendela A ke jendela B tersebut?A. 5 jouleB. 15 jouleC. 20 jouleD. 25 jouleE. 50 joule

3. Perhatikan gambar! Jika g = 10 m/s2, maka besarnya usaha yang diperlukan untuk memindahkan bola bermassa 2 kg dari A ke B adalah …

4. Sebuah bola yang massanya 2 kg jatuh bebas dari posisi A seperti pada gambar (g = 10 m/s2). Ketika sampai di titik B besar energi kinetik sama dengan 2 kali energi potensial, maka tinggi titik B dari tanah adalah…

145

A. 80 mB. 70 mC. 60 mD. 40 mE. 30 m

5. Sebuah balok bermassa 2 kg memiliki kecepatan 20 m/s. Kemudian balok tersebut melewati bidang kasar sejauh 60 m sehingga kecepatannya tinggal 10 m/s. Berapakah besar gaya gesek yang bekerja pada balok tersebut?

A. 5 NB. 10 NC. 15 ND. 20 NE. 25 N

6. Sebuah bola dilepas bebas dari puncak bidang miring berketinggian h = 20 m seperti pada gambar, kemudian melalui bidang datar dan talang berbentuk setengah lingkaran R = 4 m. Tentukan kecepatan bola ketika berada di puncak talang setengah lingkaran!

7. Sebuah pegas ditarik dengan gaya F, ternyata pegas bertambah panjang sebesar Δx. Didapatkan data seperti pada tabel berikut:

F (N) Δx (cm)2 14 26 3

Tentukan:a) Besar konstanta pegasb) Besar gaya untuk pertambahan panjang pegas 5 cmc) Besar energi potensial pegas saat pertambahan panjang pegas 5 cm.

146

8. Dari kelima grafik antara gaya tarik F dengan pertambahan panjang x, grafik yang menunjukkan nilai konstanta elastisitas terkecil adalah grafik….

9. Perhatikan grafik gaya terhadap pertambahan panjang dari sebuah karet berikut ini!

Tunjukkan manakah yang merupakan:a) daerah elastis?b) batas kelinieran (proporsional) berlakunya persamaan Hooke?c) batas elastis?d) daerah plastis?e) titik putus?

10. Kawat logam mempunyai panjang awal 60 cm dan luas penampang 5 mm2. Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 100 N. Jika modulus elastisitas (modulus Young) dari kawat adalah 6 x 108 N/m2, pertambahan panjang kawat logam adalah…A. 2 cmB. 3 cmC. 4 cmD. 5 cmE. 6 cm

11. Tiga buah pegas disusun seperti pada gambar. Nilai k1= 600N/m, k2 = 400 N/m dan k3 = 800 N/m. Sebuah beban 0,5 kg digantungkan di bagian bawahnya. Anggap g = 10 m/s2. Tentukan:a) konstanta pegas pengganti total,b) perpanjangan pegas total,

147

c) gaya yang dirasakan k3

12. Sebuah bola bermassa 0,2 kg dalam keadaan diam. Kemudian dipukul sehingga bola meluncur dengan laju 100 m/s. Pemukul menyentuh bola selama t detik. Jika besar gaya saat memukul adalah 200 N maka nilai t adalah …A. 0,1 detikB. 0,2 detikC. 0,3 detikD. 0,4 detikE. 0,5 detik

13. Besarnya gaya yang dikerjakan oleh tongkat ke bola ditunjukkan dengan grafik berikut:

Total impuls yang diberikan ke bola adalah…A. 1 Ns D. 4 NsB. 2 Ns E. 6 NsC. 3 Ns

14. Dimensi dan satuan momentum sama dengan dimensi dan satuan dari besaran ….A. energi kinetik B. kecepatanC. impuls D. powerE. tekanan

15. Dua bola bermassa sama, yaitu 1 kg bergerak saling mendekati. Bola pertama bergerak dengan kelajuan 6 m/s sedangkan bola kedua bergerak dengan kelajuan 2 m/s. Jika tumbukan yang terjadi adalah tumbukan tidak lenting sama sekali, maka besar kelajuan kedua benda setelah tumbukan adalah….A. 2 m/sB. 3 m/s

148

C. 4 m/sD. 5 m/sE. 6 m/s

16. Perhatikan gambar! Jika massa P = 3 kg dan massa Q = 6 kg, setelah tumbukan bola P berbalik arah dengan kelajuan 1 m/s, maka besar kecepatan Q setelah tumbukkan adalah…

P 4 m/s 2 m/s Q

A. 0,5 m/s B. 1,5 m/s C. 3,5 m/s D. 4,5 m/s E. 5 m/s

17. Bola B mempunyai massa m dan kelajuan v menumbuk sebuah dinding dan berbalik arah dengan kelajuan sepertiga (1/3) dari kelajuan semula. Besar impuls yang dikerjakan dinding ke bola B adalah…A. 0

B. mv31

C. mv34 B

D. mv23

E. mv2

18. Bagaimanakah(i) konservasi momentum (berlaku atau tidak berlaku?)(ii) konservasi energi kinetik (berlaku atau tidak berlaku?)(iii) nilai koefisien restitusipada:a) tumbukan lenting sempurna ?b) tumbukan lenting sebagian ?c) tumbukan tidak lenting sama sekali ?

19. Sebuah bola besi bermassa 5 kg ditembakkan dari sebuah meriam bermassa 500 kg. Jika bola besi keluar dari meriam dengan kelajuan 72 km/jam, kelajuan meriam mundur karena proses penembakan ini adalah…A. 1 m/sB. 2 m/sC. 3 m/sD. 4 m/sE. 5 m/s

149

20. Sebuah bola A dan B bergerak saling mendekati dengan kelajuan yang sama, yakni 6 m/s. Jika massa A adalah 2 kg, massa B adalah 1 kg dan tumbukan memiliki nilai koefisien restitusi e = 0,5 maka kelajuan bola A setelah tumbukan adalah…A. 0 m/sB. 1 m/sC. 2 m/sD. 3 m/sE. 4 m/s

STANDAR KOMPETENSI LULUSAN:3. Memahami prinsip dan konsep konservasi kalor, sifat gas ideal, fluida dan perubahannya yang

menyangkut hukum termodinamika serta penerapannya dalam mesin kalor.

INDIKATOR:11. Menjelaskan konsep suhu dan pemuaian, proses perpindahan kalor atau penerapan konservasi kalor

dalam kehidupan sehari-hari..

PETA KONSEP:

150

Materi 17(PEMUAIAN DAN KALOR)

Tulislah rumus-rumus terkait dengan pemuaian dan kalor!

151

PEMUAIAN DAN KALOR

PEMUAIAN KALOR

Persamaan Black Perpindahan

KalorPemuaian

LinierPemuaian

Luas

Konduksi

Konveksi

Radiasi

Pemuaian Volume

Soal Latihan

1. Pada termometer X, titik beku air ditetapkan – 20oX dan titik didih air ditetapkan 180oX. Bila suhu air pada waktu tertentu 400C, termometer X menunjukkan angka…….

152

2. Sebuah benda yang terbuat dari baja memiliki panjang 20 m. Berapakah pertambahan panjang baja itu, jika terjadi perubahan suhu sebesar 40°C? (Koefisien muai panjang baja = 1,2 × 10–5/0C)

3. Selembar plat terbuat dari perunggu seperti pada gambar ( = 1,8 x 10– 6/0C) pada suhu 0oC. Jika plat tersebut dipanaskan sampai 80oC, pertambahan luas permukaan plat tersebut adalah…

A. 1,8 x 10–5 m2

B. 3,6 x 10–5 m2

C. 14,4 x 10–5 m2

D. 27,6 x 10–5 m2

E. 57,6 x 10–5 m2

4. Sebuah bejana memiliki volume 1 liter pada suhu 25°C. Jika diketahui koefisien muai panjang bejana 2 × 10–5 /0C, maka tentukan volume bejana pada suhu 50°C!

5. Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 gram es pada suhu 0° C menjadi uap air pada suhu 100°C ? (cair = 4,2 J/g °C, Llebur = 336 J/g, dan Luap = 2.260 J/g)

153

6. Sejumlah 300 gram air panas 900C dicampur dengan 100 gram air dingin 100C. Bila pertukaran panas hanya terjadi pada sistem air panas dan air dingin ini saja, tentukan suhu akhir campurannya !

7. Es bermassa M gram bersuhu 0oC dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram suhu 20oC yang ditempatkan pada bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap/melepas kalor. Jika Les = 80 kal/g, cair = 1 kal/(goC), semua es mencair dan kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5oC, maka massa es (M) adalah…A. 60 gramB. 68 gramC. 75 gramD. 80 gramE. 170 gram

8. Diketahui suhu permukaan bagian dalam dan luar sebuah kaca jendela yang memiliki Panjang 2 m dan lebar 1,5 m berturut turut 27°C dan 26°C. Jika tebal kaca tersebut 3,2 mm dan konduktivitas termal kaca sebesar 0,8 W/m °C, maka tentukan laju aliran kalor yang lewat jendela tersebut!

154

9. Dua batang logam P dan Q berukuran sama tetapi jenisnya berbeda, satu ujungnya dilekatkan satu sama lain. Ujung bebas P diusahakan bersuhu tetap 900C, sedang ujung bebas Q 00C. Jika angka konduksi termal P dua kali konduksi termal Q, maka setelah keseimbangan aliran kalor tercapai, suhu sambungan P dengan Q adalah … o C

10. Sebuah logam dipanaskan hingga mencapai 1270C sehingga memancarkan radiasi dengan laju x joule/detik. Agar logam tersebut memancarkan radiasi dengan laju 16x joule/detik, logam tersebut harus dipanaskan hingga mencapai suhu berapa ?



INDIKATOR:12. Mendeskripsikan prinsip-prinsip dasar fluida statik dan fluida dinamik beserta penerapannya

PETA KONSEP:

155

Materi 18(FLUIDA)

Tulislah rumus-rumus terkait dengan fluida!

156

FLUIDA

FLUIDA STATIK

FLUIDA DINAMIK

Debit Aliran Persamaan

KontinuitasTekanan

HidrostatikGaya Tekan

Ke AtasPersamaan Bernoulli

Soal Latihan

1. Perhatikan gambar berikut ini. Jika massa jenis air dan percepatan gravitasi bumi g, maka tekanan hidrostatik di titik X adalah…

A. 1gh B. 2ghC. )+( 21 hhg

D.

E.

157

2. Dalam sebuah bejana diisi air (ρ = 1000 kg/m3). Ketinggian airnya adalah 60 cm. Jika g = 10 m/s2 dan tekanan udara 1 atm maka tekanan total di dasar bejana adalah… (1 atm = 105 Pa)A. 102.000 PaB. 103.000 PaC. 104.000 PaD. 106.000 PaE. 112.000 Pa

3. Sebuah kubus mempunyai rusuk 10 cm, dimasukkan ke dalam air bermassa jenis 1000 kg/m3, ternyata bagian kubus yang muncul di permukaan air adalah setinggi 4 cm (lihat gambar!). Jika g = 10 m/s2, maka besarnya gaya tekan ke atas (gaya apung) yang bekerja pada kubus adalah….A. 2 N B. 4 N C. 6 ND. 8 NE. 10 N

4. Gambar di bawah menunjukkan sebuah benda yang terapung pada zat cair yang massa jenisnya 1200 kg m–3.

Bila diketahui bagian yang muncul di atas permukaan zat cair (bagian A) adalah 1/5 dari benda, maka massa jenis benda tersebut adalah …A. 600 kg m–3 B. 960 kg m–3

C. 1000 kg m–3

D. 1200 kg m–3

E. 1500 kg m–3

5. Bejana berhubungan digunakan untuk mengangkat sebuah beban. Beban 3 ton diletakkan di atas penampang besar 4000 cm2. Berapakah gaya yang harus diberikan pada bejana kecil 20 cm2 agar beban terangkat?A. 100 NB. 150 NC. 200 ND. 250 NE. 300 N

6. Benda bermassa 6 kg memiliki volume 2.10-3 m3, Maka berat benda tersebut bila ditimbang dalam air adalah… (ρAIR = 1 gr/cm3 dan g = 10 m/s2)A. 80 NB. 60 NC. 50 ND. 40 N

158

E. 30 N

7. Perhatikan gambar minyak yang dituangkan dalam tabung pipa U yang berisi air berikut.

Jika massa jenis minyak 667 kg/m3 , dan massa jenis air 1000 kg/m3, maka tinggi minyak dari permukaan adalah....(g = 10 m.s-2 )A. 8,0 cmB. 9,0 cmC. 10,0 cmD. 11,0 cmE. 12,0 cm

8. Sebuah keran dibuka dengan debit 4,2 L/s. Selama 2,5 menit, jumlah air yang keluar adalah….A. 21 LB. 42 LC. 210 LD. 630 LE. 1260 L

9. Air mengalir dari pipa besar A menuju pipa kecil B seperti pada gambar. Jika luas penampang A tiga kali luas penampang B dan kelajuan air di pipa A adalah 6 m/s, maka kelajuan air di pipa B adalah…

A. 2 m/sB. 18 m/sC. 20 m/sD. 24 m/sE. 36 m/s

10. Air mengalir dari pipa kecil P menuju pipa besar Q. Jika jari-jari penampang P : Q = 1 : 2 maka perbandingan kelajuan air di pipa P dan Q adalah….A. 1 : 2B. 2 : 1C. 1 : 4D. 4 : 1E. 8 : 1

11. Sebuah bak yang besar berisi air dan terdapat sebuah kran seperti pada gambar. Jika g = 10 m/s2, maka kecepatan semburan air dari kran adalah….

159

A. 3 m/s B. 8 m/s C. 9 m/sD. 30 m/s E. 900 m/s

12. Jarak horizontal pancaran air pada soal sebelumnya adalah x = ….A. 10√17 cm B. 20√17 cm C. 10√34 cmD. 20√34 cm E. 30√34 cm

13. Dari gambar di bawah, P1 dan v1 adalah tekanan dan kecepatan udara di atas sayap, P2 dan v2 adalah tekanan dan kecepatan udara di bawah sayap. Agar sayap pesawat dapat mengangkat pesawat maka syaratnya …A. P1 = P2 dan v1 = v2 B. P1 < P2 dan v1 > v2

C. P1 < P2 dan v1 < v2 D. P1 > P2 dan v1 > v2

E. P1 > P2 dan v1 < v2

14. Bejana berhubungan mula-mula hanya berisi air raksa( raksa = 13,6 gr cm–3 ). Jika kemudian air (

air = 1 gr cm–3 ). dimasukkan ke dalam kaki kanan setinggi 6,8 cm, maka air raksa di dalam kaki kiri akan naik....A. 0,18 cmB. 0,25 cmC. 0,36 cmD. 0,48 cmE. 0,50 cm

15. Perhatikan gambar dibawah ini:

160

Pipa diletakkan mendatar dan dialiri air. Luas penampang A1 = 10 cm2 , luas penampang A2 = 5 cm2. Jika tekanan pada penampang besar 105 Pa, maka tekanan di penampang kecil adalah….( massa jenis air 1000 kg/m3)A. 12 kPaB. 24 kPaC. 45 kPaD. 86 kPaE. 96 kPa



INDIKATOR:13. Menentukan variabel-variabel pada persamaan umum gas ideal.

14. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi energi kinetik gas.15. Menentukan berbagai besaran fisis dalam proses termodinamika pada mesin kalor.

161

PETA KONSEP:

Materi 19(GAS IDEAL DAN TERMODINAMIKA)

Tulislah rumus-rumus terkait dengan gas ideal dan termodinamika!

162

GAS IDEAL & TERMODINAMIKA

GAS IDEAL TERMODINAMIKA

Konservasi Energi

Proses- proses

Termodinamika

Sifat Gas Ideal

Persamaan Gas Ideal

Mesin Kalor

Teori Ekuipartisi

Energi

Soal Latihan

1. Dua mol gas nitrogen pada tekanan 2 x 105 Pa, dan temperatur 270C, mempunyai volume 10 –3 m3. Berapakah volume gas nitrogen tersebut jika tekanannya menjadi 2 kali lipat tekanan semula, dan suhunya menjadi 450 K?

2. Sejumlah gas helium (Mr He = a kg/mol) berada pada temperatur b Kelvin. Jika konstanta Boltzmann c J/K dan tetapan umum gas d J/(mol.K). Tentukanlah:

163

a) energi kinetik rata-rata partikel gas heliumb) kecepatan RMS gas helium

3. Faktor yang mempengaruhi energi kinetik rata-rata gas di dalam ruang tertutup:(1) jenis zat(2) jumlah partikel(3) tekanan (4) suhuPernyataan yang benar adalah…

4. Tekanan gas ideal di dalam ruang tertutup terhadap dinding tabung dirumuskan sebagai kEVNp

32

(Pa) ( p = tekanan (Pa), N = jumlah molekul, V = volume (m3), Ek = energi rata-rata molekul (J)).Berdasarkan persamaan ini, pernyataan yang benar adalah….A. Tekanan gas terhadap dinding bergantung pada energi kinetik rata-rata molekulB. Energi kinetik gas bergantung pada tekanan yang ditimbulkan molekul terhadap dindingC. Suhu gas dalam tabung akan berubah jika tekanan gas berubahD. Jika jumlah molekul gas berkurang maka volume energi kinetik molekul akan berkurangE. Jika volume gas bertambah maka tekanan gas akan berkurang

5. Suatu gas ideal dipanaskan dalam ruang tertutup sehingga kecepatan rata-rata partikel gas menjadi tiga kali lipat kecepatan mula-mula. Jika suhu mula-mula 127oC, maka suhu akhir gas tersebut adalah … oC

6. Berapakah derajat kebebasan:a) Gas nitrogen pada suhu 500 K?

b) Gas nitrogen pada suhu 1200 K?c) Gas neon pada suhu 2000 K?

7. Suatu gas ideal mengalami pemanasan dengan menyerap kalor sebesar 1000 J sekaligus pemampatan volume dengan usaha mekanik 300 J dari lingkungan. Besarnya perubahan energi dalam gas adalah…A. 300 JB. 700 JC. 1000 JD. 1300 JE. 2000 J

164

8. Sejumlah gas helium mengalami proses isobarik pada tekanan 1 atm. Jika volumenya berubah dari 0,5 L menjadi 2 L, maka besarnya kalor yang diserap gas adalah…(Gunakan 1 atm ≈ 105 N/m2)A. 375 JB. 750 JC. 300 JD. 225 JE. 175 J

9. Sejumlah gas ideal monoatomik mengalami proses A B C seperti pada grafik.

Di antara pernyataan-pernyataan berikut ini:(1) Usaha yang dilakukan selama proses A B sama dengan nol (2) Proses B C adalah proses isobarik(3) Suhu pada keadaan C dua kali suhu pada keadaan BPernyataan yang benar adalah…A. (1) saja D. (1) dan (2)B. (2) saja E. (1), (2) dan (3)C. (3) saja

10. Sebuah mesin kalor mengambil panas 4000 J dari reservoir suhu tinggi dan membuang panas 1000 J ke reservoir suhu rendah. Efisiensi mesin kalor tersebut adalah…A. 25 %B. 33 %C. 50 %D. 75 %E. 80 %

11. Sepuluh mol gas neon mengalami proses sebagaimana ditunjukkan pada grafik. Besarnya usaha yang dilakukan gas neon tersebut sama dengan…. joule.A. 2 x 104

B. 2 x 106

C. 3 x 104

D. 3 x 106

E. 5 x 104

12. Sebuah mesin Carnot bekerja pada suhu 270C dan 2270C. Efisiensi mesin Carnot tersebut adalah…

165

A. 20 %B. 25 %C. 40 %D. 50 %E. 60 %

13. Sebuah mesin Carnot berkerja pada suhu 400 K dan 300 K. Jika kalor yang diambil dari reservoir suhu tinggi 60 kJ, maka kalor yang dibuang ke reservoir suhu rendah adalah…A. 50 kJB. 45 kJC. 40 kJD. 30 kJE. 25 kJ

14. Suatu mesin Carnot dengan reservoir suhu tinggi 500 K mempunyai efisiensi 40%. Agar efisiensi mesin menjadi 50%, maka suhu tinggi reservoirnya harus dinaikkan menjadi…A. 600 KB. 700 KC. 800 KD. 900 KE. 1000 K

15. Perhatikan siklus Carnot di berikut ini!Besarnya usaha per siklus adalah…A. 300 JB. 400 JC. 600 JD. 800 JE. 1000 J


produk teknologi.

INDIKATOR:16. Menentukan besaran-besaran yang terkait dengan pengamatan menggunakan mikroskop atau

teropong.

PETA KONSEP:

166

Materi 20(ALAT OPTIK)

Tulislah rumus-rumus terkait dengan alat optik!

167

ALAT OPTIK

MIKROSKOP TEROPONG

Bagian-bagiannya Sifat

BayanganBagian-

bagiannyaSifat

Bayangan PerbesaranPerbesaran

Soal Latihan

1. Sebuah benda kecil diletakkan 6 cm di depan lensa cembung berjarak fokus 4 cm. Jarak bayangan yang terbentuk terhadap lensa adalah…A. 24 cmB. 20 cmC. 18 cmD. 16 cmE. 12 cm

2. Duri kecil diletakkan pada jarak 2 cm di depan lensa cembung yang memiliki jarak fokus 4 cm. Sifat bayangan yang terbentuk adalah…A. maya, terbalik, diperbesar

168

B. maya, tegak, diperbesarC. maya, terbalik, diperkecilD. nyata, terbalik, diperbesarE. nyata, tegak, diperkecil

3. Sifat bayangan akhir yang terbentuk pada mikroskop adalah….A. nyata, tegak, diperbesarB. nyata, terbalik, diperkecilC. maya, tegak, diperkecilD. maya, terbalik, diperbesarE. maya, terbalik, diperkecil

4. Misalkan s adalah jarak benda ke sebuah lensa dan s’ adalah jarak bayangan ke lensa tersebut. Dari grafik 1/s terhadap 1/s’ di bawah ini,

dapat ditentukan bahwa jarak fokus lensa adalah….A. 5 cmB. 10 cmC. 15 cmD. 25 cmE. 30 cm

5. Yang dimaksud dengan keadaan mata berakomodasi maksimum adalah….A. lensa mata sangat tipis melihat benda yang letaknya sangat jauh (jauh tak hingga)B. lensa mata sangat tipis melihat benda pada jarak titik dekat mata (25 cm)C. lensa mata sangat cembung melihat benda yang letaknya sangat jauh (jauh tak hingga)D. lensa mata sangat cembung melihat benda pada jarak titik dekat mata (25 cm)E. lensa mata sangat cekung melihat benda pada jarak titik jauh mata

6. Perhatikan diagram pembentukan bayangan pada mikroskop berikut!

169

Jarak benda terhadap lensa objektif 1,1 cm, jarak fokus objektif 1 cm dan jarak fokus okuler 5 cm. Maka perbesaran bayangan mikroskop tersebut adalah…A. 25 kaliB. 30 kaliC. 40 kaliD. 50 kaliE. 55 kali

7. Sebuah mikroskop mempunyai lensa obyektif dan lensa okuler dengan jarak fokus masing-masing 3 cm dan 4 cm, jarak antara kedua lensa tersebut 15 cm. Jika obyek diletakkan pada jarak 4 cm di depan lensa obyektif, maka perbesaran total bayangan adalah . . . .A. 3 kaliB. 4 kaliC. 6 kaliD. 9 kaliE. 12 kali

8. Jarak titik api objektif dan okuler sebuah mikroskop berturut-turut adalah 1,8 cm dan 6 cm. Pada pengamatan mikroorganisme dengan menggunakan mikroskop ini oleh mata normal tidak berakomodasi, jarak antara objektif dengan okuler 24 cm. Dalam hal ini mikroorganisme terletak di muka objektif sejauh (dalam cm)....A. 1,9 B. 2,0 C. 2,2D. 2,4E. 2,5

9. Jarak fokus lensa objektif dan lensa okuler sebuah mikroskop masing-masing 2 cm dan 5 cm, digunakan untuk mengamati benda kecil yang terletak 2,5 cm dari lensa objektif. Jika pengamat bermata normal berakomodasi maksimum, maka perbesaran yang dihasilkan mikroskopadalah ....A. 20 x B. 24 x C. 25 x D. 50 x

170

E. 54 x

10. Perhatikan gambar!

Perbesaran teropong untuk mata tidak berakomodasi berdasarkan gambar di atas adalah…A. 14,5 kaliB. 12,5 kaliC. 11,5 kaliD. 10,5 kaliE. 9,5 kali

11. Suatu teropong bintang memiliki panjang teropong 72 cm dan perbesaran sudut 7 kali. Jarak fokus lensa okuler teropong tersebut adalah…. A. 7 cmB. 8 cmC. 9 cmD. 10 cmE. 11 cm

12. Sebuah teropong dipakai untuk melihat bintang yang menghasilkan perbesaran anguler 6 kali. Jarak lensa obyektif terhadap lensa okuler 35 cm. Teropong digunakan dengan mata tidak berakomodasi. Jarak fokus okulernya adalah ….A. 3,5 cm B. 5 cm C. 7 cm D. 10 cm E. 30 cm


teknologi.

INDIKATOR:25. Menentukan hasil pengukuran kuat arus dan atau tegangan listrik.

26. Menggunakan persamaan Ohm dan persamaan Kirchoff untuk menentukan berbagai besaran listrik dalam rangkaian tertutup.

171

PETA KONSEP:

Materi 21(RANGKAIAN ARUS SEARAH)

Tulislah rumus-rumus terkait dengan rangkaian listrik arus searah!

172

RANGKAIAN ARUS SEARAH

BESARAN LISTRIK RANGKAIAN

SERIPARALEL

BEDA POTENSIAL

KUAT ARUS MAJEMUKHAMBATAN

Soal Latihan

1. Hasil pengukuran kuat arus dan tegangan pada sebuah resistor adalah sebagai berikut:

a) Berapakah kuat arus dan tegangan pada resistor tersebut ?

173

b) Berapa besar hambatan resistor tersebut?

2. Perhatikan gambar rangkaian berikut!

Besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah…A. 0,6 A D. 2,0 AB. 1,2 A E. 2,5 A C. 1,6 A

3. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut ini!Besar kuat arus pada rangkaian adalah….A. 1/8 AB. 1/4 AC. 3/4 AD. 3/8 AE. 1/2 A

4. Perhatikan susunan resistor berikut ini. Besarnya hambatan pengganti antara titik A dan B adalah….A. 1 ΩB. 2 ΩC. 2,5 ΩD. 3 ΩE. 5Ω

5. Perhatikan rangkaian resistor berikut ini.

Ketiga resistor memiliki hambatan yang sama yaitu R = 3 ohm. Baterai mempunayai voltase 18 V dan hambatan dalam r = 1 ohm. Besar arus yang I yang mengalir pada rangkaian adalah…

174

A. 1 AB. 2 AC. 3 AD. 6 AE. 9 A

6. Pada rangkaian berikut ini, tentukan besar kuat arus I1, I2, I3 dan I4! (Pentunjuk: Gunakan teorema 1 Kirchoff)

7. Tiga buah lampu yang indentik dirangkai seperti pada gambar di bawah ini :

Besar kuat arus listrik yang mengalir pada lampu 1 adalah ...A. 0,8 A D. 2,8 AB. 1,6 A E. 4,0 AC. 2,0 A

8. Perhatikan rangkaian listrik berikut!

Besar kuat arus yang mengalir pada hambatan 4 ohm adalah….A. 1,0 A D. 2,4 AB. 1,2 A E. 3,2 A

175

C. 1,6 A

9. Perhatikan rangkaian berikut:

Besar E1 = E2 = 18 volt. Besar R1 = 1 Ω, R2 = 2 Ω dan R3 = 3 Ω.Tentukan besar kuat arus yang melalui R3!

10. Perhatikan gambar rangkaian listrik di bawah ini:

Beda potensial antara titik P dan Q adalah ....A. 2 VB. 4 VC. 5 VD. 6 VE. 7 V

Catatan:

176

papankecil.files.wordpress.com · Web viewPROGRAM LAYANAN ENRICHMENT. KELAS C.I. TAHUN 2014-2015....

Documents

Transcript of papankecil.files.wordpress.com · Web viewPROGRAM LAYANAN ENRICHMENT. KELAS C.I. TAHUN 2014-2015....