Halaman

    Social Items

Home / Fisika
Tampilkan postingan dengan label Fisika. Tampilkan semua postingan
Tampilkan postingan dengan label Fisika. Tampilkan semua postingan

Di bab 7 yaitu mengenai Termodinamika. Kita akan mempelajari tentang usaha dan berbagai proses dalam termodinamika, hukum ke nol, hukum satu, hukum dua termodinamika, mesin carnot, mesin pendingin, dan lain-lain. Berikut adalah jawaban soal UK Bab 7 Fisika kelas XI tentang termodinamika.

1). Pada percobaan Joule, beban bermassa 5 kg mengalami perpindahan kedudukan sebesar 2 m. Jika massa air sebesar 0,2 kg, perubahan suhu air akibat kalor hasil gesekan sudu-sudu dan air adalah...
a. 1°C
b. 10°C
c. 100°C
d. 0,1°C
e. 0,12°C

Diketahui:
Massa beban (M) = 5 kg
Perubahan kedudukan benda, s atau Δh = 2 m
Massa air, (m) = 0,2 kg
Kalor jenis air, (c) = 4.200 J/kg.K
Percepatan gravitasi, g = 10 m/s²

Ditanya:
Perubahan suhu air (ΔT)?

Jawab:
Perubahan energi potensial gravitasi tepat sama dengan energi kalor pada air.
ΔEP = Q
M.g.Δh = m.c.ΔT
Ingat, M adalah massa beban yang digantung, sedangkan m adalah massa air dengan kincir di dalamnya.
(5).(10).(2) = (0,2)(4.200)(ΔT)
100 = 840.(ΔT)
ΔT = 100/840
ΔT = 0,12°C (Jawaban: E)

2). Suatu gas dimampatkan secara isobarik pada tekanan 2 MPa dari 0,5 m³ menjadi 0,4 m³. Usaha yang dilakukan pada gas adalah...
a. 10 kJ
b. 20 kJ
c. 100 kJ
d. 200 kJ
e. 400 kJ

Diketahui:
P = 2Mpa = 2.000.000 Pa
ΔV = 0,4 m³ - 0,5 m³ = -0,1 m³

Ditanya:  Usaha yang dilakukan (W) jika gas dimampatkan secara isobarik?

Jawab:
Jika gas dimampatkan secara isobarik, maka:
W = P . ΔV
W = 2000000. (-0,1)
W = -200.000 J
W = -200 kJ

3). Sejumlah gas mengalami ekspansi secara adiabatik volumenya menjadi 0,1 m³. Jika suhu akhir gas setengah suhu awalnya dan tekanan awal gas 2 x 105 Pa, tekanan gas setelah ekspansi adalah... (γ = 1,4)
a. 105 Pa
b. 103 Pa
c. 705 Pa
d. 700 Pa
e. 2 x 104 Pa

Diketahui:
V2 = 0,1 m³
T2 = 1T ----> setengah suhu awalnya
T1 = 2T
P1 = 2 x 105 Pa
γ = 1,4 = 14/10

Ditanya: P2 (Tekanan gas setelah ekspansi)?

Jawab:
Cari dulu volume awal (V1).
T1. V1γ-1 = T2. V2γ-1
2 . V11,4-1 = 1 . (0,1)1,4-1
2. V10,4 = (0,1)0,4
karena 0,4 = 4/10, maka semuanya dipangkatkan 10/4 agar pangkat yang lain hilang.
210/4. V1 = 0,1
5,65 .V1 = 0,1
V1 = 0,1 / 5,65
V1 = 0,017 m³

Lalu cari P2-nya.
P1.V1γ = P2.V2γ
2 x 105 . (0,017)1,4 = P2 . (0,1)1,4
2 x 105 . 0,0035 = P2 . 0,04
P2 = 700 / 0,04
P2 = 17500 Pa

4). Grafik berikut ini menunjukkan hubungan antara volume (V) dan tekanan (p) dari suatu gas.
Proses yang menunjukkan gas memperoleh energi terbesar dari usaha yang dilakukan lingkungan pada gas adalah...
a. E ke A
b. D ke E
c. C ke D
d. B ke C
e. A ke B

Diketahui:
Lihat pada gambar di buku.

Ditanya:  Proses yang menunjukkan gas memperoleh energi terbesar?

Jawab:
Usaha terbesar dimiliki oleh proses dengan bidang terluas dan yang memiliki bidang terluas adalah proses D ke E (Jawaban: B)

5). Suatu gas dalam tabung mengalami pemampatan secara adiabatik maka pada proses ini akan terjadi...
a. W = 0 dan ΔT > 0
b. W < 0 dan ΔT > 0
c. W > 0 dan ΔT = 0
d. W < 0 dan ΔT < 0
e. W > 0 dan ΔT > 0

Jawab:
Proses adiabatik adalah sebuah proses dimana pemuaian ditandai dengan tidak adanya kalor yang masuk atau keluar sistem "Q=0" sehingga berlaku ΔU = -W yang berarti W < 0.
Jika gas memuai secara adiabatik, maka gas melakukan kerja dan mengakibatkan penurunan energi dalam sistem. Energi dalam sistem berkurang sebesar ΔU sehingga suhu gas juga turun, yang berarti ΔT < 0. (Jawaban: D)

6). Gas mengalami ekspansi secara isotermal dari volume awal 3 liter pada tekanan 20 atm (1 atm = 1,01 x 105 Pa) menjadi volume akhir 24 liter. Usaha yang dilakukan oleh gas tersebut adalah... (Diketahui: nRT1 = P1V1 dan ln 2 = 0,693)
a. 1,25 x 103 J
b. 2,50 x 103 J
c. 12,5 x 103 J
d. 2,5 x 104 J
e. 1,25 x 105 J

Diketahui:
Isotermal = suhu tetap
V1 = 3 L = 0,003 m³
V2 = 24 L = 0,024 m³
P = 20 atm = 20,2 x 105 Pa
ln 2 = 0,693
nRT1 = P1V1
Ditanya: W (usaha)?

Jawab:
W = n.R.T1. ln (V2/V1)
W = P1.V1. ln (V2/V1)
W = 20,2 x 105 . 0,003 . In (0,024/0,003)
W = 6060 . ln 8
W = 6060 . ln 2³ ----- ln ar = r ln a
W = 6060. 3 ln 2
W = 6060 . 3(0,693)
W = 6060. 2,079
W = 12.598,74 J
W = 12,5 x 103 J (Jawaban: C)

7). Pada tekanan konstan 106 Pa, suhu 10 mol gas helium naik dari -20°C menjadi 0°C. Perubahan energi dalam dan besar usaha yang dilakukan gas helium jika gas tersebut menyerap kalor sebesar 4 kJ adalah... (R = 8,31 J/K mol)
a. ΔU = 2,49 kJ, W = 1,51 kJ
b. ΔU = 1,51 kJ, W = 2,49 kJ
c. ΔU = -2,49 kJ, W = -1,51 kJ
d. ΔU = -1,51 kJ, W = -2,49 kJ
e. ΔU = 2,49 kJ, W = 6,49 kJ

Diketahui:
P = 106 Pa
n = 10 mol
ΔT = (T2-T1) = (0°C-(-20°C)) = 20°C
Q = 4 kJ = 4000 J
R = 8,31 J/K mol

Ditanya: Perubahan energi dalam (ΔU) dan besar usaha (W)?

Jawab:
Cari perubahan energi dalam dengan persamaan.
ΔU = (3/2) n.R.ΔT
ΔU = (3/2). 10. 8,31. 20
ΔU = 2493 J
ΔU = 2,49 kJ

Lalu cari usaha, dengan persamaan hukum 1 termodinamika.
Q = ΔU + W
W = Q - ΔU
W = 4000 - 2493
W = 1507 J
W = 1,51 kJ

Jawaban: (A)

8). Besarnya energi dalam dari suatu gas monoatomik yang terdiri atas 1024 molekul dan bersuhu 400 K adalah... (k = 1,38 x 10-23 J/K)
a. 0,34 kJ
b. 0,69 kJ
c. 1,38 kJ
d. 2,76 kJ
e. 8,28 kJ

Diketahui:
N = 1024 molekul
f = 3 (gas monoatomik memiliki derajat kebebasan 3)
T = 400 K
k = 1,38 x 10-23 J/K

Ditanya: U (energi dalam)?

Jawab:
U = (3/2) N.k.T
U = (3/2). 1024. 1,38 x 10-23 . 400
U = 8280 J
U = 8,28 kJ (Jawaban: E)

9). Sejumlah gas ideal mengalami ekspansi sehingga volumenya menjadi dua kali semula, ternyata energi dalam gas menjadi empat kali semula. Tekanan gas tersebut akan menjadi...
a. tetap
b. 2 kali
c. 4 kali
d. 8 kali
e. 16 kali

Diketahui:
V1 = 1V
V2 = 2V
U1 = 1U ----> T1 = T
U2 = 4U ---> Jika Energi dalam dinaikkan, jika menurut rumus (N.f.(1/2).k.T), maka yang termasuk di dalamnya juga dinaikkan. --> Termasuk T (suhu)
berarti T2 = 4T

Ditanya: P (tekanan gas)?

Jawab:
Memakai persamaan.
(P1.V1) / T1 = (P2.V2) /T2
(P1 .1) / 1 = (P2 . 2) / 4
P1 = (P2 . 2) / 4 -----> pindah 4 ke ruas kiri
4P1 = 2P2
P2 = 4P1/2
P2 = 2P1

Berarti tekanan gas tersebut akan menjadi 2 kali lipat dari tekanan awalnya (Jawaban: B)


10). Dua mol gas monoatomik mendapatkan kalor sebanyak 1297,14 joule secara isokhorik. Jika R = 8,13 J/mol K, tentukan perubahan suhu gas tersebut...
a. 75 K
b. 52 K
c. 50 K
d. 35 K
e. 20 K

Diketahui:
Isokhorik = volume tetap
n = 2 mol
f = 3 (gas monoatomik dengan derajat kebebasan 3)
Q = 1297,14
R = 8,13 J/mol K

Ditanya: ΔT (perubahan suhu)?

Jawab:
Q = (f/2) n.R.ΔT
1297,14 = (3/2). 2 . 8,13 . ΔT
1297,14 = 24,39 . ΔT
ΔT = 1297,14 / 24,39
ΔT = 53,1 K (Jawaban yang mendekati adalah (B))

11). Mesin Carnot mengambil 1.000 kkal dari reservoir 627°C dan mengeluarkannya pada reservoir 27°C. Banyaknya kalor yang dikeluarkan reservoir suhu rendah adalah...
a. 43,1 kkal
b. 330 kkal
c. 600 kkal
d. 666,7 kkal
e. 956,9 kkal

Diketahui:
Q1 = 1000 kkal
T1 = 627°C = 627 + 273 = 900 K
T2 = 27°C = 27 + 273 = 300 K

Ditanya: Q2 (kalor yang dikeluarkan reservoir suhu rendah)?

Jawab:
Q2/Q1 = T2/T1
Q2 / 1000 = 300 / 900
Q2 = (300 x 1000) / 900
Q2 = 300000 / 900
Q2 = 333,33 kkal (Jawaban yang mendekati adalah: (B))

12). Mesin Carnot menerima kalor dari reservoir bersuhu tinggi 900 K dan melepaskannya pada reservoir bersuhu rendah 495 K. Efisiensi mesin Carnot tersebut adalah...
a. 40%
b. 45%
c. 50%
d. 55%
e. 80%

Diketahui:
T1 = 900 K
T2 = 495 K

Ditanya: η (efisiensi mesin Carnot)?

Jawab:
η = (1 - (T2/T1) x 100%
η = (1 - (495/900) x 100%
η = ((900/900) - (495/900)) x 100%
η = 405/900 x 100% (100% = 100/100 = 1, jadi bisa diabaikan)
η = 405/900
η = 0,45
η = 45/100 atau sama saja dengan 45% (Jawaban: B)

13). Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu 800 K memiliki efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, suhu reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi...
a. 900 K
b. 960 K
c. 1.000 K
d. 1.180 K
e. 1.600 K

Diketahui:
T1 = 800 K
η1= 40% = 0,4
η2 = 50% = 0,5

Ditanya: T1 (suhu reservoir tinggi saat efisiensi menjadi 50%)?

Jawab:
tentukan suhu reservoir rendah (T2) pada efisiensi 40%.
η = (1 - (T2/T1)) x 100%
0,4 = (1 - (T2/800)) x 100% ----> 100% = 100/100 = 1, jadi bisa dihilangkan karena dikalikan satu hasilnya tetap sama.
0,4 = 1 - (T2/800)
T2/800 = 1 - 0,4
T2 / 800 = 0,6
T2 = 480 K

Lalu tentukan suhu reservoir tinggi menggunakan T2 yang diperoleh untuk η =50%.
η = (1 - (T2/T1)) x 100%
0,5 = (1 - (480/T1))
480/T1 = 1 - 0,5
480/T1 = 0,5
T1 = 480/0,5
T1 = 960 K (Jawaban: B)

14). Sejumlah gas ideal mengalami siklus, seperti pada gambar berikut.
Dalam satu sekon dapat terjadi lima siklus. Daya yang dihasilkan per siklus adalah...
a. 80 watt
b. 200 watt
c. 400 watt
d. 800 watt
e. 1000 watt

Diketahui:
Lihat pada gambar di buku.

Ditanya: Daya yang dihasilkan?

Jawab:
*Usaha dari A ke B bertanda positif karena arah proses ke kanan. Karena bidangnya menyerupai luas trapesium, maka memakai luas trapesium.
Wab = 1/2 (400 + 200 kPa) 4 L
Wab = 1/2 (600) 4
Wab = 1/2 . 2400
Wab = 1200 J

*Usaha dari B ke C bertanda negatif karena arah proses ke kiri. Karena bidangnya menyerupai persegi panjang, maka memakai luas persegi panjang.
Wbc = - 200 kPa x 4 L
Wbc = -800 J

*Usaha dari C ke A sama dengan nol karena dengan sumbu V tidak dapat membentuk bidang (luasnya = 0)

Usaha keseluruhan proses adalah = 1200 + (-800) + 0 = 400 J

Dalam satu sekon dapat terjadi 5 siklus. Daya yang dihasilkan per siklus adalah 400 Watt (400 Joule/sekon) -> (Jawaban: C)

15). Suhu di dalam ruang mesin pendingin -3°C dan suhu udara luar 27°C. Setiap detik, kalor yang dilepaskan mesin pendingin adalah 450 J. Besarnya daya listrik rata-rata yang dibutuhkan oleh mesin pendingin tersebut adalah...
a. 25 watt
b. 50 watt
c. 90 watt
d. 150 watt
e. 900 watt

Diketahui:
T1 = -3°C = -3 + 273 = 270 K
T2 = 27°C = 27 + 273 = 300 K
Q1 = 450 J/detik

Ditanya: Daya listrik rata-rata?

Jawab:
Kita cari dulu usahanya.
W/Q1 = (T2/T1) - 1
W/Q1 = (300/270) - (270/270)
W/Q1 = 30/270
W/Q1 = 1/9
W = (1/9) x Q1
W = (1/9) x 450
W = 50 J

Lalu cari dayanya.
P = W/t
P = 50 J/1s
P = 50 Watt (Jawaban: B)

Jawaban Soal UK BAB 7 Fisika Kelas XI (Termodinamika)


Di Bab 6 fisika yaitu Teori Kinetik Gas. Kita akan mempelajari tentang gas ideal, energi kinetik rata-rata, prinsip ekuipartisi energi, dan lain-lain. Berikut adalah jawaban soal UK Bab 6 Fisika Kelas XI tentang Teori Kinetik Gas.

1). Pernyataan berikut ini yang bukan merupakan anggapan gas ideal adalah...
a. Partikelnya senantiasa bergerak
b. Ukuran partikelnya jauh lebih kecil dari jarak antara partikel-partikelnya
c. Tidak ada gaya tarik atau gaya tolak antar partikelnya
d. Jika terjadi tumbukan selalu lenting sempurna
e. Hukum Newton tentang gerak tidak berlaku

Jawab:
Jawabannya adalah (E) karena hukum-hukum Newton tentang gerak itu juga berlaku untuk gas ideal.

2). Suatu gas ideal berada dalam suatu bejana tertutup dengan tekanan P, volume V, dan suhu T. Jika suatu saat suhu diubah menjadi 2T, dan volumenya menjadi 3/2 V, maka perbandingan tekanan awal (P1) dengan tekanan akhir (P2) setelah V dan T diubah adalah...
a. 1:3
b. 1:2
c. 2:3
d. 3:4
e. 4:3

Diketahui:
P1 = P
V1 = V
V2 = 3/2 V
T1 = T
T2 = 2T

Ditanya: Perbandingan P1 dan P2?

Jawab:
(P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2
(P1.V)/T = (P2 . 3/2V) / 2T  ------> coret V dan T masing-masing persamaan
P1 = (P2. 3/2) / 2 -----> pindah 2 ke ruas kiri
2P1 = 3/2 P2 ------> pindah 2 ke ruas kiri
2P1 x 2 = 3P2
4P1 = 3P2
P2 = 4P1/3
P2 = 4/3

Perbandingannya menjadi:
P1 : P2
1 : 4/3 -------> masing-masing dikali x3
jadi, 3 : 4

Jawabannya adalah (D) 3 : 4

3). Suatu gas memuai pada proses isotermal sehingga volumenya menjadi dua kali lipat dari volumenya semula. Tekanan gas akan menjadi...
a. Seperempat kali tekanan semula
b. Setengah kali tekanan semula
c. Tetap sama dengan tekanan semula
d. Dua kali tekanan semula
e. Empat kali tekanan semula

Diketahui:
V1 = V
V2 = 2V
Memuai pada proses isotermal berarti suhu tetap
Jadi, T1 = T2
Anggap saja P1 = P

Ditanya: P2 (tekanan gas akhir)?

Jawab:
Dalam proses isotermis, berlaku:
P1.V1 = P2.V2
P. V = P2 . 2V ----> coret V
P = 2P2
P2 = P/2
P2 = 1/2

Berarti tekanan gas akan menjadi setengah kali tekanan semula.

4). Perhatikan gambar berikut.
Ketika tabung yang berisi raksa sepanjang 2 cm dihadapkan ke atas, panjang kolom, udara yang berada di dalam tabung adalah L1 = 3,7 cm. Namun, ketika tabungnya dihadapkan ke bawah panjang kolom udaranya menjadi L2 = 3,9 cm. Dari data tersebut dan dengan menggunakan Hukum Boyle, Anda dapat menentukan tekanan udara luar P0, yaitu sebesar...
a. 74 cmHg
b. 76 cmHg
c. 78cmHg
d. 80 cmHg
e. 82 cmHg

Sementara Belum Diisi

5). Selama melakukan percobaan di laboratorium Kimia, seoarang siswa menampung contoh gas hidrogen hasil reaksi Kimia ke dalam 0,7 liter tabung pada suhu ruang 27°C dan tekanan 1 atm. Kemudian, gas tersebut didinginkan hingga mencapai suhu 7°C dan disimpan di dalam suatu kontainer kecil dengan volume 0,3 liter. Tekanan gas di dalam kontainer tersebut adalah...
a. 0,5 atm
b. 1,5 atm
c. 2,0 atm
d. 2,5 atm
e. 3,0 atm

Diketahui:
V1 = 0,7 L
V2 = 0,3 L
T1 = 27°C = 27 + 273 K = 300 K
T2 = 7°C = 7 + 273 K = 280 K
P1 = 1 atm

Ditanya: P2?

Jawab:
(P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2
(1. 0,7) / 300 = (P2 . 0,3) / 280
0,7 / 300 = 0,3 P2 / 280 -----> 280 pindahkan ke ruas kiri
0,653 = 0,3 P2
P2 = 2,17 atm (Jawaban yang mendekati adalah C: 2,0 atm)

6). Pada suhu 27°C dan tekanan 1 atm (1 atm = 105 Pa), sejumlah gas ideal massanya 2 gram menempati tabung dengan volume 1 liter. Jika diketahui tetapan gas umum R = 8,31 J/mol K, massa relatif gas tersebut mendekati...
a. 30 g/mol
b. 40 g/mol
c. 50 g/mol
d. 60 g/mol
e. 80 g/mol

Diketahui:
T = 27°C = 27 + 273 K = 300 K
P = 105 Pa = 100.000 Pa
m = 2 gram
V = 1 liter = 0,001 m³
R = 8,31 J/mol K

Ditanya: Mr (massa relatif gas)?

Jawab:
P.V = (m/Mr) R.T
100.000 x 0,001 = (2/Mr) 8,31 x 300
100 = (2/Mr) 2493
100 = 4986/Mr -------> pindah Mr ke ruas kiri
100 Mr = 4986
Mr = 4986/100
Mr = 49,86 g/mol (Jawaban yang mendekati adalah C: 50 g/mol)

7). Udara di dalam sebuah ban mobil pada pagi yang bersuhu 22°C memiliki tekanan 295 kPa. Setelah digunakan sepanjang hari pada jalan beraspal yang panas suhu ban mobil menjadi 60°C. Tekanan udara di dalam ban akan menjadi...
a. 297 kPa
b. 303 kPa
c. 327 kPa
d. 333 kPa
e. 355 kPa

Diketahui:
T1 = 22°C = 22 + 273 = 295 K
P1 = 295 kPa
T2 = 60°C  = 60 + 273 = 333 K

Ditanya: P2?

Jawab:
P1/T1 = P2/T2
295/295 = P2 / 333
1 = P2 / 333
P2 = 333 kPa (Jawaban: D)

8). Tabung gas dilengkapi dengan sebuah katup pengaman, volume tabung 5 liter dengan massa gas yang ada di dalam tabung 0,20 kg pada tekanan 2 atm dan suhunya 300 K. Jika tekanan melampaui 2 atm katup pengaman akan terbuka, sebagian massa gas akan terlepas keluar tabung. Kemudian, tabung dipanaskan hingga mencapai suhu 400 K, massa gas yang keluar dari dalam tabung adalah...
a. 0,02 kg
b. 0,04 kg
c. 0,05 kg
d. 0,08 kg
e. 0,10 kg

Diketahui:
Anggap saja tekanan dan volume tabung tetap.
m1 = 0,20 kg
T1 = 300 K
T2 = 400 K

Ditanya:  massa gas yang keluar dari tabung?

Jawab: 
Massa berbanding terbalik dengan suhu.
m2/m1 = T1/T2
m2/0,2 = 300/400
m2 = (0,2 x 300)/400
m2 = 0,15 kg

menghitung massa gas yang keluar yaitu:
Δm = m1 - m2
Δm = 0,2 - 0,15
Δm = 0,05 kg (Jawaban: C)

9). Setiap makhluk hidup membutuhkan gas oksigen O2 untuk bernapas. Diketahui massa relatif O2 adalah 32 g/mol, tetapan gas umum R = 8,31 J/mol K dan 1 atm = 1,01 x 105 N/m². Massa jenis gas oksigen di ruang kelas Anda yang bersuhu 25°C pada tekanan 1 atm adalah...
a. 1,0 kg/m³
b. 1,3 kg/m³
c. 1,6 kg/m³
d. 1,9 kg/m³
e. 2,4 kg/m³

Diketahui:
Mr O2 = 32 g/mol ---> 0,032 kg/mol
R = 8,31 J/mol K
P = 1 atm =
T = 25°C = 25 + 273 = 298 K

Ditanya: ρ (massa jenis gas)?

Jawab:
ρ = (P.Mr)/(R.T)
ρ = (1,01 x 105. 0,032) / (8,31 . 298)
ρ = 3232 / 2476,38
ρ = 1,30 kg/m³ (Jawaban: B)

10). Besarnya energi kinetik dari sebuah molekul gas helium pada suhu 27°C adalah...
a. 4,14 x 10-17 J
b. 2,07 x 10-18 J
c. 6,21 x 10-18 J
d. 2,07 x 10-21 J
e. 6,21 x 10-21 J

Diketahui:
T = 27°C = 27 +273 = 300 K
k = 1,38 x 10⁻²³ J/K

Ditanya: Ek?

Jawab:
Karena gas Helium adalah gas monoatomik, maka:
Ek = (3/2) k.T
Ek = (3/2) 1,38 x 10⁻²³ . 300
Ek = (3/2) 414 x 10⁻²³
Ek = 621 x 10⁻²³
Ek = 6,21 x 10-21 J (Jawaban: E)

11). Jika suhu mutlak suatu gas dinaikkan menjadi dua kali suhu mutlaknya mula-mula, energi kinetik rata-rata molekul gas akan menjadi...
a. 1/2 kali
b. tetap
c. √2
d. 2 kali
e. 4 kali

Diketahui:
Ek1  = 1
T1 = 1
T2 = 2T1 = 2

Ditanya: Ek2?

Jawab:
Memakai perbandingan.
Ek1/Ek2 = T1/T2
1/Ek2 = 1/2
Ek2  = (2.1)/1
Ek2 = 2

Perbandingan Ek1 dengan Ek2 adalah 1:2 berarti energi kinetik rata rata molekul gas menjadi 2 kali lipat daripada semula. (Jawaban: D)

12). Pada suhu tertentu energi suatu molekul gas diatomik adalah 4 x 10-21 J. Ketika itu, gas tersebut memiliki lima derajat kebebasan. Energi kinetik rata rata setiap molekul gas tersebut adalah...
a. 0,8 x 10-21 J
b. 2,0 x 10-21 J
c. 5,0 x 10-21 J
d. 2,0 x 10-20 J
e. 5,0 x 10-20 J

Sementara Belum Diisi

13). Kecepatan efektif molekul-molekul gas oksigen (Mr = 32 g/mol) pada suhu 320 K akan sama dengan kecepatan efektif molekul-molekul gas hidrogen (Mr = 2 g/mol) pada suhu...
a. 20 K
b. 40 K
c. 80K
d. 160 K
e. 640 K

Diketahui:
Mr1 = 32 g/mol
T1 = 320 K
Mr2 = 2 g/mol

Ditanya:  T2?

Jawab:
Memakai perbandingan.
Mr1/Mr2 = T1/T2
32/2 = 320/T2
T2 = (320 x 2)/32
T2 = 20 K (Jawaban: A)

14). Perbandingan kecepatan vrms (root mean square) dari molekul-molekul gas helium (Mr =4 g/mol) dan molekul-molekul gas CO (Mr = 28 g/mol) pada suhu 25°C adalah...
a. √7 : 1
b. 1 : √7
c. 7 : 1
d. 1 : 7
e. 14 : 1

Diketahui: 
Mr gas helium = 4 g/mol
Mr gas CO = 28 g/mol
T = 25°C

Ditanya: Perbandingan kecepatan Vrms dari kedua molekul?

Jawab:
Vrms1 = Vrms2
√(3RT)/Mr H = √(3RT)/Mr CO -----> coret R (karena tetapannya sama, 3, dan T (karena suhunya sama yaitu 25°C
√1/Mr H = √1/Mr Co
√1/4 = √1/28 ------> jadikan pecahan menjadi angka biasa dengan mengkalikan 28
√28/4 = √28/28
√7 = √1
√7 = 1

Jadi perbandingannya adalah √7 : 1 (Jawaban: A)

15). Suatu gas berada dalam tabung tertutup bertekanan 4 x 105 Pa. Jika diketahui massa jenis gas adalah 7,5 kg/m³, vrms gas tersebut adalah...
a. 100 m/s
b. 200 m/s
c. 300 m/s
d. 400 m/s
e. 600 m/s

Diketahui:
P = 4 x 105 Pa = 400.000
ρ = 7,5 kg/m³

Ditanya: vrms gas?

Jawab:
Vrms = √(3P)/ρ
Vrms = √(3. 400000)/7,5
Vrms = √1200000/7,5
Vrms = √160000
Vrms = 400 m/s (Jawaban: D)

16). Ruangan yang bervolume 1,5 liter terdapat gas yang bertekanan 105 Pa. Jika partikel gas memiliki kelajuan rata-rata sebesar 750 m/s, maka massa gas tersebut adalah...
a. 80 gram
b. 8 gram
c. 3,2 gram
d. 0,8 gram
e. 0,4 gram

Diketahui:
V = 1,5 L
P = 105 Pa = 100.000 Pa
Vrms = 750 m/s

Ditanya: m (massa gas tersebut)?

Jawab:
Vrms = √(3PV)/m
750 = √(3 x 100.000 x 1,5)/m
750 = √450.000/m ------> dikuadratkan agar akar hilang
750² = 450.000/m
562500 = 450.000/m
562500.m = 450.000
m = 450.000/562.500
m = 0,8 gram (Jawaban: D)

17). Partikel-partikel gas oksigen di dalam tabung tertutup pada suhu 20°C memiliki energi kinetik 2140 J. Untuk mendapatkan energi kinetik 6420 J, kita harus menaikkan suhunya menjadi...
a. 879°C
b. 606°C
c. 589°C
d. 60°C
e. 40°C

Diketahui:
T1 = 20°C = 20 + 273 K= 293 K
Ek1 = 2140 J
Ek2 = 6420 J

Ditanya: T2?

Jawab:
Memakai perbandingan persamaan energi kinetik gas.
Ek1/Ek2 = T1/T2
2140/6420 = 293/T2
T2 = (6420.293)/2140
T2 = 879 K
T2 = 879 - 273 = 606°C (Jawaban: B)

18). Jika P = tekanan, V = volume, T = suhu mutlak, N = jumlah partikel, n = jumlah mole, r = konstanta gas umum, k = konstanta Boltzman, dan No = bilangan Avogadro, maka persamaan gas ideal ini benar, kecuali...
a. PV = nRT
b. PV = (N/No) RT
c. PV = nkT
d. PV = NkT
e. PV = nNokT

Jawab:
Jawabannya adalah (C) karena rumus PV = nkT itu salah, yang benar adalah PV = NkT, jadi jawaban yang benar adalah C.

19). Di dalam sebuah tangki tertutup terdapat 0,012 mol gas monoatomik dengan suhu 300 K. Berapa kalor yang diperlukan agar suhu gas naik menjadi 400 K jika tetapan gas R = 8,31 J/mol K?
a. 14,958 J
b. 13,875 J
c. 14,828 J
d. 12,756 J
e. 13,762 J

Diketahui:
n = 0,012 mol
T1 = 300 K
T2 = 400 K
ΔT = 400-300 = 100 K
R = 8,31 J/mol K

Ditanya:  Q (kalor yang diperlukan agar suhu gas naik menjadi 400 K)?

Jawab:
C = Q/ΔT
karena tangki tertutup berarti volumenya tidak berubah (tetap) karena itu bisa menggunakan Cp = (3/2) . n . R
Q = (3/2).n.R.ΔT
Q = (3/2).0,012. 8,31. 100
Q = (3/2) . 9,972
Q = 14,958 J (Jawaban: A)

20). Persamaan gas ideal ditulis dalam bentuk (PV/T) sama dengan bilangan tetap yang bergantung pada...
a. jenis gas
b. suhu gas
c. tekanan gas
d. volume gas
e. banyak partikel

Jawab:
Rumus gas ideal adalah PV = N.k.T sehingga (PV/T) = N.k
Karena konstanta tetap berarti (PV/T) sangat bergantung kepada N yaitu jumlah banyaknya partikel, berarti jawabannya (E)

Jawaban Soal UK BAB 6 Fisika Kelas XI (Teori Kinetik Gas)


Dalam bab 5 yang berjudul Suhu, Kalor, dan Perpindahan Kalor, kita akan mempelajari tentang suhu, kalor dan perpindahannya, serta fenomen-fenomena yang disebabkan oleh perubahan suhu dan perpindahan kalor. Berikut adalah jawaban soal UK Bab 5 Fisika Kelas XI tentang Suhu, Kalor, dan Perpindahan Kalor. Jika ada kesalahan kata ataupun jawaban mohon dimaafkan.

1). Ketika es sedang mencair, besaran yang tidak berubah diantaranya:
(1) massa totalnya
(2) volume totalnya
(3) suhunya
(4) massa jenisnya
Pernyataan yang benar adalah...
a. (1), (2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (2) dan (4)
d. (4) saja
e. (1), (2), (3), dan (4)

Jawab:
*Jika es pada suhu 0°C diberikan kalor, ternyata suhu es tidak mengalami perubahan, tetapi es berubah wujud menjadi air.
*Ketika es mencair, wujud zat berubah menjadi sebuah cairan, dan karena hal itu massa jenis menjadi berkurang.
*Pada saat es mencair, dia mengalami pengurangan volume. Karena disebabkan oleh perubahan struktur dari padat ke cair yang menyebabkan "ruang" menjadi lebih renggang.
*Walaupun es dicairkan, massa totalnya tidak akan berubah sedikitpun alias tetap.

(Jawabannya: B)

2). Gelas berisi 200 gram air bersuhu 20°C dimasukkan 50 gram es bersuhu -2°C. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es saja, setelah terjadi kesetimbangan akan diperoleh...
a. Seluruh es mencair dan suhunya di atas 0°C
b. Seluruh es mencair dan suhunya 0°C
c. Tidak seluruh es mencair dan suhunya 0°C
d. Suhu seluruh sistem di bawah 0°C
e. Sebagian air membeku dan suhu sistem 0°C

Diketahui:
m air = 200 gr
T air = 20°C
m es = 50 gr
T es = -2°C
kalor jenis (c) air = 1 kal/g°C
kalor jenis (c) es = 0,5 kal/g°C
kalor lebur (L) es = 80 kal/g

Ditanya: Jika terjadi kesetimbangan (yaitu suhu es dan air menjadi seimbang) akan diperoleh...?

Jawab:
Kalor yang diperlukan es untuk mencair pada suhu 0°C
Q es = m es . c es . ΔT es + m es . L es
Q es = 50 . 0,5 . (0 - (-2)) + 50 . 80
Q es = 50 + 4000
Q es = 4050 kal

Kalor yang dilepas air jika mendingin hingga suhunya 0°C
Q air = m air . c air . ΔT air
Q air = 200 . 1 . (20-0)
Q air = 4000 kal

Dikarenakan Q es lebih besar daripada Q air, berarti masih ada es yang belum mencair, walaupun suhu campuran es dan air sudah seimbang menjadi 0°C.
(Jawaban: C)

3). Zat cair yang massanya 10 kg dipanaskan dari suhu 25°C menjadi 75°C, memerlukan panas sebesar 4 x 105 joule. Kalor jenis zat cair tersebut adalah...
a. 200 J kg-1 K-1
b. 400 J kg-1 K-1
c. 600 J kg-1 K-1
d. 800 J kg-1 K-1
e. 1000 J kg-1 K-1

Diketahui:
m = 10 kg
ΔT = 75°C - 25°C = 50°C
Q = 4 x 105 J

Ditanya: c (kalor jenis) zat cair tersebut?

Jawab:
c = Q / m . ΔT
c = 4 x 105 / 10 . 50
c = 400000 / 500
c = 800 J kg-1 K-1
(Jawaban: D)

4). Lima puluh gram es pada suhu 0°C di masukkan ke dalam 200 gram air yang bersuhu 20°C. Jika kalor lebur es = 80 kal/g dan kalor jenis air = 1 kal/g°C, suhu akhir campuran adalah...
a. 0°C
b. 1,8°C
c. 2°C
d. 3,3°C
e. 5°C

Diketahui:
m es = 50 gr
T es = 0°C
m air = 200 gr
T air = 20°C
kalor lebur (L) es = 80 kal/g
kalor jenis (c) air = 1 kal/g°C
kalor jenis (c) es = 0,5 kal/g°C

Ditanya: t (suhu akhir campuran)?

Jawab:
Q lepas = Q terima
m air . c air . ΔT air = m es . c es . ΔT es + m es . L es
200 . 1 . (20 - t) = 50 . 0,5 . (t - 0) + 50 . 80
4000 - 200t = 25t + 4000
-25 t - 200 t = 4000 - 4000
-225 t = 0
t = 0°C

Berarti, suhu akhir campurannya adalah 0°C (Jawaban: A)

5). Hubungan antara P dan T dari fase-fase yang diiliki oleh air dapat digambarkan sebagai berikut. Yang disebut sebagai titik tripel dan titik kritis adalah...
a. Titik O dan A
b. Titik A dan B
c. Titik C dan O
d. Titik A dan C
e. Titik O dan C

Jawab:
(Sesuai gambar) titik tripel adalah titik A dan titik kritis adalah C. (Jawaban: D)


6). Di dalam bejana, terdapat air teh sebanyak 50 mL dengan suhu 70°C. Kemudian, ke dalam gelas tersebut ditambahkan air sebanyak 30 mL bersuhu 5°C. Jika diketahui kalor jenis air teh sama dengan kalor jenis air dingin, suhu campuran air tersebut adalah...
a. 4,5625°C
b. 45,625°C
c. 456,25°C
d. 4562,5°C
e. 45625°C

Diketahui:
v teh = 50 mL
T teh = 70°C
v air = 30 mL
T air = 5°C

Ditanya: Jika kalor jenis air teh sama dengan kalor jenis air dingin, berapakah suhu campuran air tersebut (t) ?

Jawab:
Memakai rumus persamaan Azas Black.
t = (Vteh . Tteh + Vair . Tair) / (Vteh + Vair)
t = (50 . 70 + 30 . 5) / (50 + 30)
t = (3500 + 150) / 80
t = 3650 / 80
t = 45,625°C (Jawaban: B)

7). Sepotong alumunium massanya 0,5 kg dan suhunya 100°C dimasukkan ke dalam air yang massanya 0,5 kg dan suhu air 25°C. Setelah terjadi kesetimbangan suhunya menjadi 36°C. Dari hasil percobaan ini, kalor jenis alumunium adalah...J/kg°C
a. 459
b. 594
c. 918
d. 721
e. 1377

Diketahui:
m alumunium = 0,5 kg (disingkat menjadi mAl supaya mudah)
T alumunium = 100°C (disingkat menjadi TAl supaya mudah)
m air = 0,5 kg
T air = 25°C
t = 36°C
c air = 4.200 J/kg°C

Ditanya: c alumunium (kalor jenis alumunium)?

Jawab:
Memakai rumus persamaan Azas Black.
Q lepas = Q terima
mAl . cAl . ΔTAl = m air . c air . ΔT air
0,5 . cAl . (100-36) = 0,5 . 4.200 . (36-25)
0,5 . cAl . 64 = 2100 . 11
32 . cAl = 23.100
cAl = 23.100 / 32
cAl = 721.875 J/kg°C (Jawaban yang mendekati adalah: D)

8). Besarnya pertambahan panjang suatu zat jika zat tersebut dipanaskan bergantung pada:
1). Jenis zatnya
2). Kenaikan suhu zat
3). Panjangnya mula-mula; dan
4). Massa zatnya
Pernyataan yang benar adalah...
a. (1), (2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (1), (2), (3), dan (4)
d. (4) saja
e. (2) dan (4)

Jawab:
Rumus pertambahan panjang adalah:
ΔL = α.L0.ΔT
LT - L0 = α.L0.ΔT
LT = L0 + α.L0.ΔT
LT = L0(1 + α.ΔT)

Dengan keterangan:
α = Koefisien muai panjang
LT = Panjang akhir
L0 = Panjang mula-mula
ΔT = Perubahan suhu

Berarti besarnya pertambahan panjang suatu zat jika dipanaskan bergantung pada (1) Jenis zatnya, (2) kenaikan suhu zat, dan (3) panjang mula-mula (Jawaban: A)

9). Batang logam bertambah panjang menjadi 0,4% jika mengalami suhu 20°C. Agar pertambahan panjangnya menjadi 1%, suhunya harus dinaikkan menjadi...
a. 10°C
b. 30°C
c. 40°C
d. 50°C
e. 60°C

Diketahui:
ΔL1 = 0,4%
T1 = 20°C
ΔL2 = 1%

Ditanya: T2 (suhu yang harus dinaikkan)?

Jawab:
Karena hanya logam, berarti koefisien (α) muainya sama, dan juga panjang mula-mula batang tersebut (L0) sama maka bisa dihilangkan)
α1 = α2
ΔL1 / L0.T1 = ΔL2 / L0.T2
ΔL1 / T1 = ΔL2 / T2
0,4 / 20 = 1 / T2
T2 = 1 x 20 / 0,4
T2 = 50°C

10). Sejumlah air didinginkan dari suhu 277 K menjadi 273 K pada tekanan tetap maka volumenya akan...
a. Berkurang
b. Bertambah
c. Tetap
d. Bergantung pada tekanan uapnya
e. Semua Jawaban Salah

Jawab:
Jika air didinginkan dari suhu 277 K (atau 4°C) menjadi 273 K (atau 0°C) maka volumenya akan bertambah/mengembang (memuai) karena sifat anomali air. (Jawaban: B)

11). Batang alumunium bersuhu 10°C panjangnya 2 meter. Jika koefisien muai panjang alumunium 2,5 x 10-5/°C, panjangnya akan bertambah sebesar 0,2% pada suhu...
a. 60°C
b. 70°C
c. 80°C
d. 90°C
e. 120°C

Diketahui:
T0 = 10°C
L0 = 2 m
α = 2,5 x 10-5/°C
ΔL = 0,2% x 2 m = 0,004 m

Ditanya: Tt (suhu yang membuat panjang bertambah sebesar 0,2%)?

Jawab:
Tt - T0 = ΔL / (L0 x α)
Tt - 10 = 0,004 / (2 x 2,5 x 10-5)
Tt - 10 = 0,004 / (5 x 10-5)
Tt - 10 = 0,004 / 0,00005
Tt - 10 = 80
Tt = 80 + 10
Tt = 90°C (Jawaban: D)

12). Es (kalor jenis 0,5 kal/g°C) sebanyak 10 gram pada suhu 0°C diberi kalor sebanyak 1000 kalori. Jika kalor lebur es sama dengan 80 kal/g, maka air yang terjadi mempunyai suhu...
a. 0°C
b. 10°C
c. 20°C
d. 40°C
e. 100°C

Diketahui:
c es = 0,5 kal/g°C
c air = 1 kal/g°C
m = 10 gram
T awal (T0) = 0°C
Q = 1000 kal
L es = 80 kal/g

Ditanya: Tt (suhu akhir air)?

Jawab:
Kalor yang diperlukan untuk perubahan wujud dari es menjadi air:
Q = m.L
Q = 10 . 80
Q = 800 kal

Berarti kalori yang tersisa adalah 1000 - 800 = 200 kal.

Q = m . c air . ΔT (memakai kalor jenis air karena es sudah menjadi air)
200 = 10 . 1 (Tt - T0)
200 = 10 (Tt - 0)
200 = 10 Tt
Tt  = 200 / 10
Tt = 20°C (Jawaban: C)

13). Pada malam hari yang dingin, sebuah rel kereta api panjangnya 20 m. Pada siang hari yang panas, rel tersebut akan bertambah panjang sebesar 4 mm maka jika pada malam hari panjangnya 18 m, pertambahan panjang rel pada siang hari adalah...
a. 2,6 mm
b. 2,8 mm
c. 3,0 mm
d. 3,2 mm
e. 3,6 mm

Diketahui:
L1 = 20 m
ΔL1 = 4 mm => 0,004 m
L2 = 18 m

Ditanya: ΔL2 (Pertambahan panjang rel pada siang hari jika pada malam hari panjangnya 18 m)?

Jawab:
Koefisien muainya sama, berarti:
α1 = α2
ΔL1 / (L1.ΔT) = ΔL2 / (L2.ΔT)

Karena tidak diketahui suhunya, maka bisa kita asumsikan suhunya sama. Berarti ΔT dicoret masing-masing persamaan.
ΔL1 / L1 = ΔL2 / L2
0,004 / 20 = ΔL2 / 18
ΔL2 = 18 x 0,004 / 20
ΔL2 = 0,0036 m
ΔL2 = 3,6 mm (Jawaban: E)

14). Sebuah bola baja dengan diameter 20 cm akan dimasukkan ke dalam sebuah ring yang juga terbuat dari baja dengan diameter 19,975 cm. Agar bola masuk, ring besi harus dipanaskan. Perubahan suhu yang diperlukan untuk maksud tersebut adalah...
a. 101°C
b. 102°C
c. 103°C
d. 104°C
e. 105°C

Sementara Belum Diisi

15). Sebatang logam dipanaskan sehingga suhunya 80°C panjangnya menjadi 115 cm. Jika koefisien muai panjang logam 3 x 10-3/°C dan suhu mula-mula 30°C, maka panjang mula-mula logam adalah...
a. 100 cm
b. 101,5 cm
c. 102 cm
d. 102,5 cm
e. 103 cm

Diketahui:
ΔT = Tt - T0 = 80°C - 30°C = 50°C
α = 3 x 10-3/°C = 0,003/°C
Lt = 115 cm = 1,15 m

Ditanya: L0 (Panjang mula-mula logam)?

Jawab:
Lt = L0 (1 + α.ΔT)
1,15 = L0 (1 + 0,003.50)
1,15 = L0 (1 + 0,15)
1,15 = L0 (1,15)
1,15 = 1,15L0
L0 = 1,15/1,15
L0 = 1 m
L0 = 100 cm (Jawaban: A)

16). Pada tekanan 1 atmosfer, gas dipanaskan pada volume tetap sehingga tekanannya menjadi 2 atmosfer. Kenaikan suhu gas tersebut adalah sebesar...
a. 27°C
b. 45,5°C
c. 91°C
d. 136,5°C
e. 273°C

Diketahui:
P0 = 1 atm
Pt = 2 atm

Ditanya: Kenaikan suhu gas tersebut sebesar?

Jawab:
Menggunakan persamaan.
Pt = P0 (1 + (1/273).ΔT)
2 = 1 (1 + (1/273).ΔT)
2 = 1 +  (1/273).ΔT
2 -1 = (1/273).ΔT
1 = (1/273).ΔT
ΔT = 1 / (1/273)
ΔT = 273°C (Jawaban: E)

17). Dua logam X dan Y terbuat dari bahan yang sama. Perbandingan luas penampang kedua logam 4:3, dan perbandingan panjangnya 1:2. Jika beda suhu antara kedua ujungnya sama, perbandingan laju rambatan kalor pada X dan Y adalah...
a. 1:1
b. 4:6
c. 6:4
d. 3:8
e. 8:3

Diketahui:
Bahannya sama berarti koefisien konduksi termalnya sama.
A1:A2 = 4:3
L1:L2 = 1:2

Ditanya: Perbandingan laju rambatan kalor X dan Y?

Jawab:
-Memakai rumus:
Q/t = k.A (ΔT/L)
-dengan keterangan:
Q/t = laju rambatan kalor
k = koefisien konduksi termal
A = luas penampang
ΔT = perbedaan suhu
L = panjang benda

(Q/t)1 = (Q/t)2
k1.A1 (ΔT/L1) = k2.A2 (ΔT/L2) ---->karena beda suhu dan koefisien konduksi termal sama maka dicoret.
A1. 1/L1 = A2. 1/L2
4 . 1/1 = 3. 1/2
4 = 3/2 ----> 2 dipindah keruas kanan
4.2 = 3
8 = 3

Berarti perbandingan laju rambatan kalor pada X dan Y adalah 8:3 (Jawaban: E)

18). Logam tembaga bersuhu 100°C dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30°C. Kalor jenis air 1 kal/g°C dan kalor jenis tembaga 0,1 kal/g°C. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36°C, maka massa logam tersebut adalah...
a. 140 gram
b. 120 gram
c. 100 gram
d. 80 gram
e. 75 gram

Diketahui:
T1 = 100°C
m2 = 128 gr
T2 = 30°C
c2 = 1 kal/g°C
c1 = 0,1 kal/g°C
TC = 36°C

Ditanya: m1 (massa logam)?

Jawab:
Menggunakan persamaan Azas Black.
Q lepas = Q terima
m1 . c1 . ΔT1 = m2 . c2 . ΔT2
m1 . c1 . (T1-TC) = m2 . c2 . (TC-T2)
m1 . 0,1 . (100-36) = 128 . 1 . (36-30)
m1 . 0,1 . 64 = 128 . 1 . 6
m1 . 6,4 = 768
m1 = 768 / 6,4
m1 = 120 gram (Jawaban: B)

19). Dua batang logam P dan Q memiliki luas penampang dan panjang sama, disambung dengan cara dilas. Koefisien konduksi termal logam P adalah 3 kali koefisien konduksi termal logam Q. Jika ujung bebas logam P bersuhu 180°C dan ujung bebas logam Q bersuhu 60°C, suhu sambungan kedua logam tersebut adalah...
a. 80°C
b. 90°C
c. 100°C
d. 120°C
e. 150°C

Diketahui:
TP = 180°C
TQ = 60°C
kP = 3 kQ
AP = AQ
LP = LQ

Ditanya: Suhu sambungan kedua logam (T) ?

Jawab:
Perlu diketahui pada perpindahan kalor secara konduksi, laju kalor yang dilepas logam panas akan sama dengan laju kalor yang diterima logam suhu rendah.
berarti HP = HQ

HP = HQ
kP.AP .[ΔT/LP] = kQ.AQ .[ΔT/LQ] ----> karena luas dan panjang sama, maka A dan L dihapus.
kP.ΔT = kQ.ΔT
3kQ.(180-T) = kQ.(T-60) -----> coret kQ
540 - 3T = T - 60
540 + 60 = 3T + T
600 = 4T
T = 600/4
T = 150°C (Jawaban: E)

20). Diketahui perbandingan jumlah energi radiasi kalor setiap satuan luas permukaan dan satuan waktu antara dua benda hitam adalah 1:16. Jika salah satunya bersuhu 47°C, suhu benda hitam yang lain adalah...
a. 63°C
b. 94°C
c. 180°C
d. 367°C
e. 752°C

Diketahui:
karena keduanya adalah hitam sempurna maka e1 = e2
P1:P2 = 1:16
T1 = 47°C

Ditanya: T2 (suhu benda yang lain)?

Jawab:
(T2/T1)4 = P2/P1
T2/47 = 4√16/1
T2/47 = 2
T2 = 2 x 47
T2 = 94°C (Jawaban:B)

Jawaban Soal UK BAB 5 Fisika Kelas XI (Suhu, Kalor, dan Perpindahan Kalor)


Dalam bab ke 4 ini yaitu Fluida Dinamik. Kita akan mempelajari tentang persamaan kontinuitas, hukum Bernoulli, tabung pitot, venturimeter, dan lain-lain. Berikut adalah jawaban Soal UK BAB 4 Fisika Kelas XI tentang Fluida Dinamik.

1).
Pada gambar, air dipompa dengan kompresor bertekanan 120 k Pa memasuki pipa bagian bawah (I) dan mengalir ke atas dengan kecepatan 1 m/s (g = 10 m/s² dan massa jenis air 1.000 kg/m³). Tekanan air pada pipa bagian atas (II) adalah...
a. 52,5 k Pa
b. 67,5 k Pa
c. 80,0 k Pa
d. 92,5 k Pa
e. 107,5 k Pa

Diketahui:
P1 = 120 k Pa => 120.000 Pa
v1 = 1 m/s
g = 10 m/s²
ρ = 1000 kg/m³
h1 = 0 m
h2 = 2 m
r1 = 12 cm
r2 = 6 cm

Ditanya: P2 (tekanan air pada pipa 2)?

Jawab:
Cari v2 dulu dengan persamaan kontinuitas.
A1.v1 = A2.v2
(π.r1²).v1 = (π.r2²). v2 => Coret masing-masing π disetiap persamaan
r1² . v1 = r2² . v2
12² . 1 = 6² . v2
144 = 36 . v2
v2 = 144 / 36
v2 = 4 m/s

Lalu cari P2 dengan persamaan Bernoulli.
P1 + ½ ρ.v1² + ρ.g.h1 = P2 + ½ ρ.v2² + ρ.g.h2
120.000 + ½ . 1000 . 1² + 1000.10.0 = P2 + ½.1000 . 4²  + 1000.10.2
120.000 + 500 + 0 = P2 + 500 . 16 + 20000
120.500 = P2 + 8000 + 20000
120.500 = P2 + 28000
P2 = 120.500 - 28.000
P2 = 92.500 Pa
P2 = 92,5 k Pa (Jawaban: D)

2). Dari gambar berikut P1 dan V1 adalah tekanan dan kecepatan udara di atas sayap, P2 dan V2 adalah tekanan dan kecepatan udara di bawah sayap. Pesawat akan lepas landas.
Agar sayap pesawat dapat mengangka 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

Jawab:
Menurut persamaan Bernoulli, pada daerah bawah sayap yang memiliki kecepatan lebih rendah, tekanannya lebih besar sehingga gaya angkat pesawat besar. Berarti,
P1 < P2 dan V1 > V2 (B)

3). Kecepatan air pada pipa berdiameter 6 cm adalah 4 m/s. Maka kecepatan air pada pipa yang berhubungan diameter 4 cm adalah...
a. 4 m/s
b. 6 m/s
c. 8 m/s
d. 9 m/s
e. 10 m/s

Diketahui:
d1 = 6 cm (diameter pipa 1)
v1 = 4 m/s (kecepatan air di pipa 1)
d2 = 4 cm (diameter pipa 2)

Ditanya: v2 (kecepatan air di pipa 2) ?

Jawab:
Memakai persamaan kontinuitas untuk mengetahui laju aliran atau kecepatan air.
A1.v1 = A2.v2
1/4.π.d1² . v1 = 1/4.π.d2² . v2 (Coret 1/4 dan π masing-masing persamaan)
d1² . v1 = d2² . v2
6² . 4 = 4² . v2
36 . 4 = 16 . v2
v2 = 144/16
v2 = 9 m/s (D)

4). Perhatikan gambar berikut.
Jika VA, VB, VC adalah kecepatan mengalir zat cair di dalam pipa yang berpenampang AA, AB, AC, maka hubungan kecepatan zat cair dalam ketiga penampang pipa tersebut dapat dinyatakan...
a. VA = VB = VC
b. VA > VB > VC
c. VA ≤ VB ≥ VC
d. VA > VB > VC
e. VA < VB < VC

Jawab:
Jika semakin kecil luas penampang suatu pipa, maka kecepatan aliran yang mengalir di dalam pipa semakin cepat. Maka hubungan kecepatan zat cair dalam ketiga penampang pipa tersebut dapat dinyatakan dengan: VA < VB < VC (Jawaban: E)

5). Pipa silindrik yang lurus mempunyai dua macam penampang, masing-masing dengan luas 200 mm² dan 100 mm². Pipa tersebut diletakkan secara horizontal, sedangkan air di dalamnya mengalir dari arah penampang besar ke penampang kecil. Apabila kecepatan arus penampang besar adalah 2 m/s, maka kecepatan arus di penampang kecil...
a. 1/2 m/s
b. 1 m/s
c. 2 m/s
d. 4 m/s
e. 8 m/s

Diketahui:
A1 = 200 mm² => 200 x 10-6m²
A2 = 100 mm² => 100 x 10-6m²
v1 = 2 m/s

Ditanya: v2 (kecepatan arus di penampang kecil)?

Jawab:
Memakai persamaan kontinuitas.
A1.v1 = A2.v2
200 x 10-6 . 2 = 100 x 10-6 . v2 (Coret masing masing 10-6 setiap persamaan)
200 . 2 = 100. v2
400 = 100 . v2
v2 = 400/100
v2 = 4 m/s (Jawaban: D)

6). Suatu fluida ideal mengalir melalui pipa AB seperti gambar tersebut. Jika luas penampang A dua kali penampang B dan kecepatan aliran di A adalah v, maka kecepatan aliran fluida di B adalah...
a. 1 v
b. 2 v
c. 3 v
d. 4 v
e. 5 v

Diketahui:
Luas penampang (A) di A = 2 kali penampang B (2B)
Kecepatan aliran di A = v

Ditanya: Kecepatan aliran di B?

Jawab:
Luas penampang di A sama dengan 2 kali luas penampang B. Berarti perbandingan luas penampang A dan B adalah 2:1.
Memakai persamaan kontinuitas.
A1.v1 = A2.v2
2 . v = 1 . v2
v2 = 2v /1
v2 = 2v (Jawaban: B)

7). Dari sebuah tangki air terbuka berisi air dari kran berada pada ketinggian air seperti pada gambar (g = 10 m/s²). Kecepatan air keluar jika kran dibuka adalah.... (h1 = 7m, dan h2 = 2m)
a. 6,3 m/s
b. 10,0 m/s
c. 11,8 m/s
d. 12,0 m/s
e. 15,5 m/s

Diketahui:
h1 = 7 m
h2 = 2 m
g = 10 m/s²

Ditanya: Kecepatan air yang keluar (v)?

Jawab:
v = √2 g (h1-h2)
v = √2. 10 (7-2)
v = √ 20. 5
v = √100
v = 10 m/s (Jawaban: B)

8). Luas penampang pipa air = 0,5 cm². Jika kecepatan aliran air = 1 m/s, volume air yang keluar selama 5 menit adalah...
a. 0,015 m³
b. 0,15 m³
c. 1,5 m³
d. 15 m³
e. 150 m³

Diketahui:
A = 0,5 cm²
v = 1 m/s => 100 cm/s

Ditanya: volume air yang keluar selama 5 menit?

Jawab:
Mencari Q (debit aliran) terlebih dahulu.
Q = A. v
Q = 0,5 . 100
Q = 50 cm³/s

Lalu cari volume air yang keluar selama 5 menit.
v = Q . t
v = 50 . (5 x 60s)
v = 50 . 300
v = 15.000 cm³
v = 15 liter
v = 0,015 m³ (Jawaban: A)

9). Pipa masing-masing ujungnya berjari-jari 2 cm dan 4 cm. Jika kecepatan air pada penampang kecil 2,0 m/s, kecepatan air pada penampang besar adalah...
a. 0,5 m/s
b. 1,0 m/s
c. 2,0 m/s
d. 4,0 m/s
e. 8,0 m/s

Diketahui:
r1 = 2 cm
r2 = 4 cm
v1 = 2 m/s

Ditanya: v2 (kecepatan air pada penampang besar)?

Jawab:
Memakai persamaan kontinuitas.
A1.v1 = A2.v2
(π.r1²).v1 = (π.r2²). v2 => Coret masing-masing π disetiap persamaan
r1² . v1 = r2² . v2
2² . 2 = 4² . v2
4 . 2 = 16 . v2
8 = 16 . v2
v2 = 8 / 16
v2 = 0,5 m/s (Jawaban: A)

10). Air mengalir ke dalam bak dengan debit 10-4 m/s³. Akan tetapi, bak tersebut bocor di bagian bawah melalui lubang yang luasnya 1 cm². Ketinggian maksimum air dalam bak adalah...
a. 5 cm
b. 4 cm
c. 3 cm
d. 2 cm
e. 1/2 cm

Diketahui:
Q = 10-4 m/s³
A = 1 cm² => 1 x 10-4 m²

Ditanya: ketinggian maksimum air dalam bak (h) ?

Jawab:
Cari kecepatan keluarnya air dari lubang.
Q = A . v
v = Q / A
v = 10-4 /1 x 10-4 
v = 1 m/s

Lalu cari ketinggiannya.
v = √2.g.h
1 = √2.10.h
1 = √20.h (kuadratkan masing-masing persamaan agar akar dihilangkan)
1² = 20.h
h = 1/20
h = 0,05 m
h = 5 cm (Jawaban: A)

11). Pada bagian bawah sebuah tangki air terdapat lubang sehingga air memencar keluar membentuk sudut 60° seperti terlihat pada gambar.
Jika jarak pancar air x = 80√3 cm, untuk g = 10 m/s², tinggi air (h) dalam tangki adalah...
a. 20 cm
b. 40 cm
c. 60 cm
d. 80 cm
e. 100 cm

Diketahui:
x = 80√3 cm = 0,8√3 m
θ = 60°
g = 10 m/s²

Ditanya: tinggi air dalam tangki (h) ?

Jawab:
Rumus jarak pancar horizontal:
x = v² . sin 2θ/g
0,8√3 = v² . sin 120°/10
0,8√3 = v² . ½√3 / 10 (angka 10 yang diruas kanan dipindah ke ruas kiri)
0,8√3 . 10 = v² . ½√3
8√3 = v² . ½√3
v² = 8√3 / ½√3
v² = 16

Rumus kecepatan pancaran:
v = √2.g.h
v² = 2.g.h
16 = 2.10.h
16 = 20.h
h = 16/20
h = 0,8 m
h = 80 cm (Jawaban: D)

12). Gaya angkat pada pesawat terbang timbul karena:
1. Tekanan udara di depan sayap lebih besar daripada di belakang sayap.
2. Kecepatan udara di atas sayap lebih besar daripada di bawah sayap.
3. Kecepatan udara di belakang sayap lebih besar daripada di depan sayap.
4. Tekanan udara di atas sayap lebih kecil daripada di bawah sayap.
Pernyataan yang benar adalah...
a. 1 dan 2
b. 1 dan 3
c. 1, 3, dan 4
d. 2, 3, dan 4
e. 2 dan 4

Jawab:
Menurut persamaan Bernoulli, pada daerah bawah sayap yang memiliki kecepatan lebih rendah, tekanan lebih besar sehingga gaya angkat pesawat besar. Berarti pernyataan yang tepat sesuai persamaan tersebut adalah 2 dan 4 (Jawaban: E)

13). Anggap udara mengalir horizontal melalui sebuah sayap pesawat terbang. Kecepatan aliran udara di bagian atas sayap adalah 40 m/s, sedangkan di bagian bawah adalah 30 m/s. Jika luas total kedua sayap adalah 10 m² dan diketahui massa jenis udara luar 1,2 kg/m³, besar gaya angkat pada sayap pesawat adalah...
a. 2.100 N
b. 3.150 N
c. 4.200 N
d. 5.000 N
e. 6.250 N

Diketahui:
Vatas = 40 m/s
Vbawah = 30 m/s
A = 10 m²
ρ = 1,2 kg/m³

Ditanya: Besar gaya angkat (F angkat)?

Jawab:
F angkat = ½ .ρ . (Vatas² - Vbawah²) . A
F angkat = ½ . 1,2 (40² - 30²) . 10
F angkat = ½ . 1,2 . 700 . 10
F angkat = 4200 N (Jawaban: C)

14). Air mengalir dalam venturimeter seperti tampak pada gambar tersebut. Jika kecepatan aliran air pada penampang I sebesar 2 m/s dan g = 10 m/s², besar kecepatan aliran air pada penampang II adalah...
a. 2 m/s
b. √5 m/s
c. √6 m/s
d. 3 m/s
e. 5 m/s

Diketahui:
v1 = 2 m/s
g = 10 m/s²
h = 10 cm = 0,1 m

Ditanya: kecepatan aliran pada penampang II (v2)?

Jawab:
½ . ρ (v2² - v1²) = ρ . g . h (Coret masing-masing ρ dari setiap persamaan)
½ (v2² - v1²) = g . h (angka 1/2 dipindah ke ruas kanan)
v2² - v1² = g . h . 2
v2² - 2² = 10 . 0,1 . 2
v2² -4 = 2
v2² = 6
v2 = √6 m/s (Jawaban: C)

15). Air terjun setinggi 10 m digunakan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) berdaya listrik 1.000 W. Jika efisiensi generator 80% dan g = 10 m/s², debit air yang sampai ke kincir adalah...
a. 12,5 L/s
b. 251 L/s
c. 27,5 L/s
d. 125 L/s
e. 250 L/s

Diketahui:
h = 10 m
P = 1000 Watt
η = 80% = 80/100 = 0,8
g = 10 m/s²
ρ = 1000 kg/m³

Ditanya: Q (debit air)?

Jawab:
P = η . Q . ρ . g . h
1000 = 0,8 . Q . 1000. 10. 10
1000 = 80.000 Q
Q = 1000/80.000
Q = 0,0125 m³/s

Karena 1m³ = 1000 liter
Q = 0,0125 x 1000 liter
Q = 12,5 L/s (Jawaban: A)

Jawaban Soal UK BAB 4 Fisika Kelas XI (Fluida Dinamik)


1). Titik dekat mata seseorang 200 cm di muka mata. Agar orang itu dapat melihat pada jarak 25 cm, maka perlu kacamata berkekuatan ... dioptri.
a. 3,5
b. 0,2
c. -0,2
d. -0,4
e. -0,5

Diketahui:
PP = 200 cm
Sn = 25 cm

Ditanya: P (kekuatan lensa)?

Jawab:
Karena titik dekat mata lebih dari 25 cm, maka mata menderita hipermetropi (rabun dekat). Berarti menggunakan rumus:
P = 100/Sn - 100/PP
P = 100/25 - 100/200
P = 4 - 0,5
P = 3,5 dioptri (Jawaban: A)

2). Titik jauh penglihatan seseorang 100 cm di muka mata. Orang ini memerlukan kacamata dengan lensa yang dayanya ...  dioptri.
a. 0,5
b. 0,3
c. 3
d. -3
e. -1

Diketahui:
PR = 100 cm

Ditanya: P (kekuatan lensa)?

Jawab:
Karena titik jauh mata kurang dari ~ (tak terhingga), maka mata menderita miopi (rabun jauh). Berarti menggunakan rumus:
P = -100/PR
P = -100/100
P = -1 dioptri (Jawaban: E)

3). Seorang penderita presbiopi dengan titik dekat 75 cm. Agar dapat membaca pada jarak baca normal (25 cm), orang itu harus memakai kacamata dengan ukuran...
a. 2 2/3 dioptri
b. 1 dioptri
c. 2 1/3 dioptri
d. 3 dioptri
e. 3 2/3 dioptri

Diketahui:
PP = 75 cm
PPn = 25 cm

Ditanya: P (kekuatan lensa)?

Jawab:
Karena mata presbiopi, menggunakan rumus:
P = 100/PPn - 100/PP
P = 100/25 - 100/75
P = 4 - 4/3
P = 12/3 - 4/3
P = 8/3
P = 2 2/3 dioptri (Jawaban: A)

4). Seseorang yang miopi titik dekatnya 20 cm sedang titik jauhnya 50 cm. Agar ia dapat melihat jelas benda yang jauh, ia harus memakai kacamata yang kekuatannya...
a. -0,5 dioptri
b. -0,2 dioptri
c. -2,0 dioptri
d. -5,0 dioptri
e. +2,0 dioptri

Diketahui:
PP = 20 cm
PR = 50 cm

Ditanya: P (kekuatan lensa)?

Jawab:
Yang ditanya adalah kekuatan lensa agar ia dapat melihat jelas benda yang jauh (berarti miopi / rabun jauh). Menggunakan rumus:
P = -100/PR
P = -100/50
P = -2,0 dioptri (Jawaban: C)

5). Seseorang yang memiliki punctum proximum 50 cm dan punctum remotum tak terhingga. Agar dapat membaca pada jarak normal, orang tersebut haruslah memakai kacamata yang berlensa...
a. positif dengan jarak fokus 0,5 m
b. positif dengan jarak fokus 0,25 m
c. negatif dengan jarak fokus 0,5 m
d. negatif dengan jarak fokus 0,25 m
e. positif dengan jarak fokus 0,2 m

Diketahui:
PP = 50 cm
PR = ~ (tak terhingga)
s = 25 cm (karena jika ia ingin membaca pada jarak normal, berarti titik dekat mata normal rata-rata yaitu 25 cm)

Ditanya: f (jarak fokus lensa)?

Jawab:
Karena PP > 25 cm, maka orang tersebut menderita hipermetropi (rabun dekat).
*Untuk mencari tahu apakah lensanya positif atau negatif, menggunakan rumus:
P = 100/s - 100/PP
P = 100/25 - 100/50
P = 4 - 2
P = +2 dioptri (berarti positif)

*cari s':
s' = -PP
s' = -50 cm

*Untuk mencari jarak fokus nya menggunakan rumus:
1/f = 1/s + 1/s'
1/f = 1/25 + (-1/50)
1/f = 1/25 - 1/50
1/f = 2/50 - 1/50
1/f = 1/50
f = 50 cm
f = 0,5 m

Berarti si penderita haruslah memakai kacamata yang berlensa positif dengan jarak fokus 0,5 m (Jawaban: A)

6). Titik jauh penglihatan seseorang 250 cm di muka mata. Orang ini memerlukan kacamata dengan lensa yang dayanya ... dioptri.
a. 0,3
b. 0,4
c. 5
d. -0,4
e. -1

Diketahui:
PR = 250 cm

Ditanya: P (kekuatan lensa)?

Jawab:
Karena titik jauh mata kurang dari ~ (tak terhingga), maka mata menderita miopi (rabun jauh). Berarti menggunakan rumus:
P = -100/PR
P = -100/250
P = -0,4 dioptri (Jawaban: D)

7). Titik dekat seorang kakek terletak pada jarak 120 cm di depan mata. Untuk melihat dengan jelas suatu benda yang terletak 30 cm di depan mata, kekuatan lensa kacamata yang harus dipakai berdaya ... dioptri.
a. -5
b. -4,16
c. -2,5
d. 2,5
e. 4,16

Diketahui:
PP = 120 cm
s = 30 cm

Ditanya: P (kekuatan lensa)?

Jawab:
Karena titik dekat mata lebih dari 25 cm, maka kakek menderita hipermetropi (rabun dekat). Berarti menggunakan rumus:
P = 100/s - 100/PP
P = 100/30 - 100/120
P = 400/120 - 100/120
P = 300/120
P = 2,5 dioptri (Jawaban: D)

8). Sebuah lensa berjarak fokus 5 cm digunakan sebagai lup. Jika mata normal menggunakan lup tersebut dengan berakomodasi maksimum, maka perbesaran anguler lup adalah...
a. 3 kali
b. 4 kali
c. 5 kali
d. 6 kali
e. 7 kali

Diketahui:
f = 5 cm
PP = 25 cm (mata normal)

Ditanya: Mα (pembesaran anguler lup)?

Jawab:
Berdasarkan persamaan untuk mata berakomodasi maksimum:
Mα = PP/f + 1
Mα = 25/5 + 1
Mα = 5 + 1
Mα = 6 kali (Jawaban: D)

9). Seorang siswa (sn = 25 cm) melakukan percobaan dengan data seperti diagram berikut: (gambar ada di buku). Perbesaran mikroskop adalah...
a. 30 kali
b. 36 kali
c. 40 kali
d. 46 kali
e. 50 kali

Diketahui:
dari gambar diketahui:
PP = 25 cm (titik dekat mata normal rata-rata)
f ob (fokus lensa objektif) = 1 cm
f ok (fokus lensa okuler) = 5 cm
s ob (jarak benda dari lensa objektif) = 1,2 cm
d (panjang mikroskop) = 10 cm
Karena bayangan benda yang dibentuk oleh lensa objektif jatuh di depan lensa okuler di antara titik pusat optik dan titik fokus okuler, maka mata berakomodasi maksimum.

Ditanya: Mα (perbesaran mikroskop)

Jawab:
*Cari jarak bayangan dari lensa objektif:
1/f ob = 1/s ob + 1/s' ob
1/s' ob = 1/f ob - 1/s ob
1/s' ob = 1/1 - 1/1,2
1/s' ob = 12/12 - 10/12
1/s' ob = 2/12
s' ob = 12/2
s' ob = 6 cm

*Karena mata berakomodasi maksimum, perbesaran sudut adalah:
Mα = s' ob/s ob (PP/f ok + 1)
Mα = 6/1,2 (25/5 + 1)
Mα = 5 (5+1)
Mα = 5 (6)
Mα = 30 kali (Jawaban: A)



10). Sebuah mikroskop mempunyai lensa objektif dan okuler yang fokusnya masing-masing berjarak 0,9 cm dan 5 cm. Seseorang memasang preparat 10 mm di depan objektif untuk diamati melalui okuler tanpa akomodasi. Bila objek preparat mempunyai panjang 0,5 mm dan jarak baca normal orang tersebut 25 cm, maka panjang objek tersebut menjadi...
a. 7,5 mm
b. 10 mm
c. 12,5 mm
d. 15 mm
e. 17,5 mm

Diketahui:
f ob = 0,9 cm
f ok = 5 cm
s ob = 10 mm = 1 cm
h = 0,5 mm
Sn = 25 cm
Mata tidak berakomodasi

Ditanya: h' (panjang objek yang dilihat menggunakan mikroskop)?

Jawab:
*Cari jarak bayangan benda dari lensa objektif:
1/f ob = 1/s ob + 1/s' ob
1/s' ob = 1/f ob - 1/s ob
1/s' ob = 1/0,9 - 1/1
1/s' ob = 10/9 - 9/9
1/s' ob = 1/9
s' ob = 9 cm

*cari pembesarannya (tanpa akomodasi):
M  = s' ob /s ob (Sn/f ok)
M = 9/1 (25/5)
M = 9 . 5
M = 45 kali

*Lalu cari panjang objek yang dilihat:
h' = M . h
h' = 45 . 0,5 mm
h' = 22,5 mm

11). Sebuah teropong digunakan untuk melihat bintang yang menghasikan perbesaran anguler 6 kali. Jarak lensa objektif terhadap okuler 35 cm. Teropong digunakan dengan mata tak berakomodasi. Jarak fokus okulernya adalah...
a. 3,5 cm
b. 5 cm
c. 7 cm
d. 10 cm
e. 12 cm

Diketahui:
Mα = 6 kali
d = 35 cm
digunakan dengan mata tak berakomodasi

Ditanya: f ok (jarak fokus okuler)?

Jawab:
*Persamaan panjang teropong:
d= f ob + f ok
35 = f ob + f ok ....... (1)

*persamaan pembesaran sudut untuk teropong bintang yang digunakan oleh mata tanpa berakomodasi:
Mα = f ob / f ok
6 = f ob / f ok
f ob = 6 f ok ....... (2)

*Lalu substitusikan persamaan 2 ke persamaan 1:
35 = f ob + f ok
35 = 6 f ok +  f ok
35 = 7 f ok
f ok = 35/7
f ok = 5 cm (Jawaban: B)

12). Titik jauh mata Sri = 200 cm. Untuk dapat melihat benda jauh dengan jelas, daya lensa kacamata Sri yang diperlukan adalah..
a. -0,5 D
b. +0,5 D
c. -1,0 D
d. +2,0 D
e. -2,0 D

Diketahui:
PR = 200 cm

Ditanya: P (kekuatan lensa)?

Jawab:
Karena titik jauh mata kurang dari ~ (tak terhingga), maka Sri menderita miopi (rabun jauh). Berarti menggunakan rumus:
P = -100/PR
P = -100/200
P = -0,5 dioptri (Jawaban: A)

13). Pak Umar menggunakan lensa kacamata dengan kekuatan +2 dioptri, supaya dia dapat membaca koran seperti orang normal, 25 cm di depan mata. Jika Pak Umar melepaskan kacamatanya maka jarak terdekat yang masih dapat dilihat dengan jelas adalah...
a. 30 cm
b. 40 cm
c. 50 cm
d. 80 cm
e. 100 cm

Diketahui:
P = +2 dioptri
Sn = 25 cm

Ditanya: PP (Jarak terdekat yang masih dilihat dengan jelas jika Pak Umar melepaskan kacamatanya)?

Jawab:
P = 100/sn - 100/PP
2 = 100/25 - 100/PP
2 = 4 - 100/PP
2 - 4 = -100/PP
-100/PP = 2 - 4
-100/PP = -2
100/PP = 2
PP = 100/2
PP = 50 cm (Jawaban: C)

14). Sebuah lup memiliki jarak fokus 5 cm. Lup tersebut digunakan oleh orang yang bermata normal. Perbesaran maksimum yang dapat dihasilkan oleh lup tersebut adalah...
a. 4 kali
b. 5 kali
c. 6 kali
d. 8 kali
e. 10 kali

Diketahui:
f = 5 cm
PP = 25 cm (untuk mata normal, titik dekat rata-rata mata normal adalah 25 cm)
agar perbesaran maksimum, maka pengamat harus berkomodasi maksimum

Ditanya: Mα (Perbesaran maksimum)?

Jawab:
*Berdasarkan persamaan untuk mata berakomodasi maksimum:
Mα = PP/f + 1
Mα = 25/5 + 1
Mα = 5 + 1
Mα = 6 kali (Jawaban: C)

15). Sebuah mikroskop mempunyai jarak fokus lensa objektif 2 mm dan jarak fokus lensa okuler 4 cm. Sebuah benda berada 2,2 mm di depan lensa objektif. Untuk mendapatkan perkisaran minimal dengan mata tidak berakomodasi, jarak lensa objektif ke lensa okuler adalah...
a. 4,2 cm
b. 4,4 cm
c. 5,2 cm
d. 6,2 cm
e. 6,4 cm

Diketahui:
f ob = 2 mm
f ok = 4 cm = 40 mm
s ob = 2,2 mm
mata tidak berakomodasi

Ditanya: d (jarak lensa objektif ke lensa okuler)?

Jawab:
*Cari jarak bayangan oleh lensa objektif:
1/f ob = 1/s ob + 1/s' ob
1/s' ob = 1/f ob - 1/s ob
1/s' ob = 1/2 - 1/2,2
1/s' ob = 11/22 - 10/22
1/s' ob = 1/22
s' ob = 22 mm

*lau cari jarak antara lensa objektif dan lensa okuler:
d = s' ob + f ok
d = 22 + 40
d = 64 mm
d = 6,4 cm (Jawaban: E)

16). Panjang fokus lensa objektif dan okuler sebuah mikroskop berturut-turut adalah 10 cm dan 5 cm. Jika untuk mata tak berakomodasi jarak antara lensa objektif dan okuler adalah 35 cm, maka perbesaran total mikroskop adalah...
a. 10 kali
b. 12 kali
c. 15 kali
d. 18 kali
e. 20 kali

Diketahui:
f ob = 10 cm
f ok = 5 cm
d = 35 cm
PP = 25 cm (titik dekat rata-rata mata normal)
mata tak berakomodasi

Ditanya: Mtot (perbesaran total mikroskop)?

Jawab:
*cari dulu s ob dan s' ob:
d = s' ob + f ok
s' ob = d - f ok
s' ob = 35 - 5
s' ob = 30 cm

*karena s' ob sudah dicari, lalu tinggal s ob:
1/f ob = 1/s ob + 1/s' ob
1/s ob = 1/f ob - 1/s' ob
1/s ob = 1/10 - 1/30
1/s ob = 3/30 - 1/30
1/s ob = 2/30
s ob = 30/2
s ob = 15 cm

*untuk pengamatan tanpa akomodasi, perbesaran total adalah:
Mtot = s' ob/s ob (PP/f ok)
Mtot = 30/15 (25/5)
Mtot = 2 (5)
Mtot = 10 kali (Jawaban: A)

17). Sebuah mikroskop mempunyai jarak fokus objektif 4 mm dan jarak fokus okuler 5 cm. Sebuah benda ditempatkan 5 mm di depan lensa objektif. Untuk mendapatkan perbesaran dengan mata normal yang tidak berakomodasi maka jarak lensa objektif ke lensa okuler adalah...
a. 7 cm
b. 8 cm
c. 12 cm
d. 20 cm
e. 25 cm

Diketahui:
f ob = 4 m
f ok = 5 cm = 50 mm
s ob = 5 mm
PP = 25 cm (titik dekat rata-rata mata normal)
mata normal tidak berakomodasi

Ditanya: d (jarak lensa objektif ke lensa okuler)?

Jawab:
*Cari jarak bayangan oleh lensa objektif:
1/f ob = 1/s ob + 1/s' ob
1/s' ob = 1/f ob - 1/s ob
1/s' ob = 1/4 - 1/5
1/s' ob = 5/20 - 4/20
1/s' ob = 1/20
s' ob = 20 mm

*lau cari jarak antara lensa objektif dan lensa okuler:
d = s' ob + f ok
d = 20 + 50
d = 70 mm
d = 7,0 cm (Jawaban: A)

18). Jarak titik fokus lensa objektif dan lensa okuler dari teropong bintang berturut-turut adalah 150 cm dan 30 cm. Jika teropong tersebut dipakai oleh mata normal yang tidak berakomodasi, panjang teropong tersebut adalah...
a. 90 cm
b. 120 cm
c. 150 cm
d. 180 cm
e. 210 cm

Diketahui:
f ob = 150 cm
f ok = 30 cm
mata normal tidak berakomodasi

Ditanya: d (panjang teropong)?

Jawab:
*untuk mata tidak berakomodasi, mendapatkan panjang teropong dengan persamaan:
d = f ob + f ok
d = 150 + 30
d = 180 cm (Jawaban: D)

19). Teropong bintang memiliki jarak fokus lensa objektif 5 m dan jarak fokus lensa okuler 2,5 cm. Perbesaran sudut yang dihasilkan untuk mata tak berakomodasi adalah...
a. 50 kali
b. 80 kali
c. 100 kali
d. 125 kali
e. 200 kali

Diketahui:
f ob = 5 m = 500 cm
f ok = 2,5 cm
mata tak berakomodasi

Ditanya: Mα (perbesaran sudut)?

Jawab:
*untuk mata tak berakomodasi, mendapatkan perbesaran sudut dengan persamaan:
Mα = f ob / f ok
Mα = 500 / 2,5
Mα = 200 kali (Jawaban: E)

20). Sebuah teropong panggung memiliki lensa objektif dengan jarak fokus 20 cm. Jika perbesaran teropong untuk mata tidak berakomodasi adalah 5 kali maka panjang teropong adalah...
a. 10 cm
b. 12 cm
c. 16 cm
d. 24 cm
e. 25 cm

Diketahui:
f ob = 20 cm
Mα = 5 kali
mata tak berakomodasi

Ditanya: d (panjang teropong)?

Jawab:
*cari f ok | perbesaran sudut pada teropong panggung tanpa akomodasi adalah:
Mα = f ob / (-f ok)
5 = 20 / (-f ok)
-f ok = 20 / 5
-f ok = 4
f ok = -4 cm

*panjang teropong apabila pengamatan tanpa akomodasi:
d = f ob + f ok
d = 20 + (-4)
d = 16 cm (Jawaban: C)

Jawaban Soal UK BAB 12 Fisika Kelas XI (Alat-Alat Optik)


1). Bayangan yang dihasilkan oleh sebuah kaca spion mobil berjarak 50 cm di belakang kaca spion. Jika bendanya berada 3 meter di depan kaca spion, jarak fokus kaca spion tersebut adalah...
a. 43 cm
b. 50 cm
c. 60 cm
d. 63 cm
e. 75 cm

Diketahui:
Perlu diketahui kaca spion menggunakan cermin cembung.
s' = -50 cm (s' bertanda negatif karena berada dibelakang cermin)
s = 3 m = 300 cm (s bertanda positif karena berada di depan cermin)

Ditanya: f (jarak fokus kaca spion)?

Jawab:
pada cermin cembung f bertanda negatif (-)
1/f = -1/s' + 1/s
1/f = -1/50 + 1/300
-1/f = -6/300 + 1/300
-1/f = -5/300 -----> (coret tanda negatif masing-masing)
1/f = 5/300
f = 300/5
f = 60 cm (Jawaban: C)

2). Diketahui kecepatan cahaya di dalam air adalah 2,25 x 10^8 m/s dan di dalam kaca 2 x 10^8 m/s. Indeks bias kaca relatif terhadap air adalah...
a. 2/3
b. 3/2
c. 5/4
d. 8/9
e. 9/8

Diketahui:
va = 2,25 x 10^8 m/s
vk = 2 x 10^8 m/s

Ditanya: nka (indeks bias kaca relatif terhadap air)?

Jawab:
Hubungan antara kecepatan dan indeks bias berbanding terbalik

yang kita cari adalah nka (indeks bias kaca relatif terhadap air), berarti:
"nka = nk / na"

*nk / na = va / vk
nka = 2,25 x 10^8 / 2 x 10^8 -----> coret 10^8
nka = 2,25 / 2 (dikalikan 4/4)
nka = 9/8 (Jawaban: E)

3). Jika sudut kritis suatu zat cair terhadap udara 53°, maka dapat ditentukan indeks bias zat cair tersebut relatif terhadap indeks udara adalah...
a. 2/3
b. 3/2
c. 3/4
d. 4/3
e. 5/3

Diketahui:
*sin ik = sin 53°
sin ik = 4/5
*nu = 1 (indeks bias udara selalu bernilai 1)

Ditanya: nau (indeks bias zat cair terhadap indeks udara)?

Jawab:
*cari indeks bias zat cair
sin ik = nu/na
4/5 = 1/na
na = 5/4

*indeks bias zat cair terhadap indeks udara (nau):
nau = na/nu
nau = 5/4 / 1
nau = 5/4

4). Seekor ikan berada di kedalaman 60 cm dari permukaan air, diketahui indeks bias air 4/3. Jika dilihat dari udara, ikan seolah-olah berada di kedalaman...
a. 40 cm
b. 45 cm
c. 50 cm
d. 65 cm
e. 80 cm

Diketahui:
h = 60 cm
na (indeks bias air) = 4/3
nu (indeks bias udara) = 1

Ditanya: h' (kedalaman ikan seolah-olah jika dilihat dari udara)?

Jawab:
h' / h = nu / na
h' / 60 = 1 / (4/3) ----> kali silang
4/3 h' = 60
h' = 60 x 3/4
h' = 45 cm (Jawaban: B)

5). Sebuah lensa bikonveks dibuat dari kaca (n=1,5). Jari-jari permukaan lensa pertama sama dengan dua kali jari-jari permukaan lensa yang kedua. Jarak titik api lensa tersebut = 6 cm. Jari-jari lensa yang panjang adalah...
a. 4,5 cm
b. 6 cm
c. 9 cm
d. 10 cm
e. 12 cm

Diketahui:
n = 1,5
R1 = 2R
R2 = R
f = 6 cm

Ditanya: R1 (jari-jari lensa yang panjang)?

Jawab:
Menggunakan rumus:
1/f = (n-1)*(1/R1 + 1/R2)
1/6 = (1,5 - 1)*(1/2R + 1/R)
1/6 = (1/2)*(3/ 2R)
1/6 = 3/ 4R ----> (kali silang)
4R = 6 x 3
4R = 18
R = 4,5 cm

Jari-jari yang panjang (R1) = 2R
R1 = 2 (4,5)
R1 = 9 cm (Jawaban: C)

6). Sebuah lensa bikonkaf dengan jari-jari kelengkungan 20 cm dan 30 cm, memiliki indeks bias 1,5. Jarak fokus lensa tersebut di udara adalah...
a. -24 cm
b. +24 cm
c. -60 cm
d. +120 cm
e. -120 cm

Diketahui:
R1 = 20 cm
R2 = 30 cm
nL (indeks bias lensa) = 1,5
nm (indeks bias udara) = 1

Ditanya: f (jarak fokus lensa di udara)?

Jawab: 
1/f = (nL/nm - 1)*(1/R1 + 1/R2)
1/f = (1,5/1 - 1)*(1/20 + 1/30)
1/f = (1/2)*(5/60)
1/f = 5/120
1/f = 1/24
f = +24 cm (Jawaban: B)



7). Sebuah lensa bikonvek mempunyai indeks bias 1,5 dan jarak fokusnya di udara 12 cm. Apabila lensa tersebut dimasukkan ke dalam air yang mempunyai indeks bias 4/3, maka jarak fokus lensa di dalam air adalah...
a. 3 cm
b. 4 cm
c. 6 cm
d. 24 cm
e. 48 cm

Diketahui:
f di udara (jarak fokus lensa) = 12 cm
nL (indeks bias lensa) = 1,5
nm (indeks bias medium air) = 4/3
nm (indeks bias udara) = 1

Ditanya: f di air (jarak fokus lensa di dalam air)?

Jawab:
*lensa di udara:
1/f = (nl/nm - 1)*(1/R1 + 1/R2)
1/12 = (1,5/1 - 1)* (1/R1 + 1/R2)
1/12 = 1/2 * (1/R1 + 1/R2) ---> pindah 1/2 ke ruas kiri
1/6 = (1/R1 + 1/R2)

*lensa di dalam air:
1/f = (nl/nm - 1)*(1/R1+1/R2)
1/f = (1,5/(4/3) - 1)* (1/6)
1/f = (4,5/4 - 1)* (1/6)
1/f = (9/8 - 8/8)* (1/6)
1/f = (1/8)*(1/6)
1/f = 1/48
f = 48 cm (Jawaban: E)

8). Suatu berkas cahaya monokromatis setelah melalui sepasang celah sempit yang jaraknya 0,3 mm membentuk pola interferensi pada layar yang jaraknya 0,9 m dari celah tersebut. Jika jarak antara garis gelap kedua pusat pola 3 mm, panjang gelombang cahaya tersebut adalah...
a. 1,3 x 10^-7 m
b. 2,2 x 10^-7 m
c. 3,3 x 10^-7 m
d. 6,7 x 10^-7 m
e. 10,0 x 10^-7 m

Diketahui:
d = 0,3 mm
L = 0,9 m = 900 mm
p = 3 mm
m = 2 (karena garis gelap kedua)

Ditanya: λ (panjang gelombang cahaya)?

Jawab:
Karena diketahui celah ganda (sepasang), maka menggunakan rumus:
(d.p)/L = (m-1/2) λ
(0,3.3) / 900 = (2- 1/2) λ
0,9 / 900 = 3/2 λ
3/2 λ = 0,001
λ = 0,001 / 3/2
λ = 0,00067 mm
λ = 6,7 x 10^-4 mm
λ = 6,7 x 10^-7 m (Jawaban: D)

9). Dua celah dengan jarak 0,2 mm disinari tegak lurus. Garis terang ketiga terletak 7,5 mm dari garis terang pusat pada layar yang berjarak satu meter dari celah. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah...
a. 2,5 x 10^-4 mm
b. 5,0 x 10^-4 mm
c. 1,5 x 10^-3 mm
d. 2,5 x 10^-3 mm
e. 5,0 x 10^-3 mm

Diketahui:
d = 0,2 mm
p = 7,5 mm
L = 1 m = 1000 mm
m = 3 (karena garis terang ketiga)

Ditanya: λ (panjang gelombang cahaya yang digunakan)?

Jawab:
Menggunakan rumus:
(d.p)/L = m . λ
(0,2. 7,5)/1000 = 3 . λ
1,5 / 1000 = 3λ
3λ = 0,0015
λ = 0,0015 / 3
λ = 0,0005 mm
λ = 5 x 10^-4 mm (Jawaban: B)

10). Pada percobaan Young, yaitu interferensi celah ganda, jika jarak antara dua celahnya dijadikan dua kali semula, maka jarak antara dua garis gelap yang berurutan menjadi...
a. 1/4 kali semula
b. 1/2 kali semula
c. 2 kali semula
d. 4 kali semula
e. tidak berubah

Diketahui:
d1 = 1d
p1 = 1p
d2 = 2d

Ditanya: p2 (jarak antara dua garis gelap yang berurutan jika jarak antara dua celahnya dijadikan dua kali semula)?

Jawab:
Dari rumus:
d.p / L = m . λ

bisa dilakukan perbandingan
(d1.p1) / L = m . λ : (d2.p2) / L = m . λ -----> karena nilai L, m, dan λ sama maka bisa dicoret
d1 . p1 = d2 . p2
1d . 1p = 2d . p2 (d dan p yang sudah diketahui bisa dicoret agar mudah dipahami)
1 . 1 = 2p2
p2 = 1/2

Berarti p2 akan menjadi 1/2 kali dari semula (Jawaban: B)

11). Dua gelombang cahaya koheren berinterferensi. Di tempat-tempat terjadinya sinar terang, beda fase kedua gelombang tadi sama dengan.... (n = 0,1,2,3,...)
a. (n+1) π
b. (2n+1) π
c. 2 (n+1) π
d. 1/2 (2n+1) π
e. 1/2 (n+1) π

Jawab:
Interferensi yang saling menguatkan memiliki syarat:
 Δφ = n x 2π (n = 0,1,2,3,...)
Δφ = (2π,4π,6π,8π...)

maka dari jawaban diatas, bisa dibuat dengan rumus:
2 (n+1)π -(dengan n=0,1,2,3...)------> (Jawaban: C)

12). Pada percobaan Young, dua celah yang berjarak 1 mm diletakkan pada jarak 1 meter dari sebuah layar. Jarak terdekat antara pola interferensi garis terang pertama dan garis terang kesebelas 4 mm. Panjang gelombang yang dipakai pada penyinaran ini adalah...
a. 2.000 Å
b. 4.000 Å
c. 5.000 Å
d. 6.000 Å
e. 7.000 Å

Diketahui:
d = 1 mm = 0,001 m
L = 1 m
p = 4 mm = 0,004 m
m = 10 (karena dari garis terang pertama ke garis terang kesebelas)

Ditanya: λ (panjang gelombang yang dipakai pada penyinaran)?

Jawab:
Menggunakan rumus:
(d.p)/L = m . λ
(0,001. 0,004)/1 = 10 . λ
0,000004 = 10 . λ
λ = 0,000004 / 10
λ = 0,0000004 m
λ = 4000 Å (Jawaban: B)


13). Cahaya dengan panjang gelombang 6.000 Å mengenai celah kembar Young dengan jarak antarcelahnya 0,1 mm. Pola yang terjadi ditangkap pada layar berjarak 2 m dari celah, dan jarak garis terang pusat ke garis terang yang paling pinggir pada layar 6 cm. Banyaknya garis terang yang terdapat pada layar adalah...
a. 5 garis
b. 6 garis
c. 8 garis
d. 10 garis
e. 11 garis

Diketahui:
λ = 6.000 Å = 6 x 10^-7 m
d = 0,1 mm = 0,0001 m
L = 2 m
p = 6 cm = 0,06 m

Ditanya: m (banyaknya garis terang yang terdapat pada layar)?

Jawab:
Karena yang ditanya garis terang, maka memakai rumus:
(d.p)/L = m.λ
(0,0001. 0,06)/2 = m . 6 x 10^-7
0,000006/2 = m . 6 x 10^-7
0,000003 = m. 6 x 10^-7
m = 0,000003 / 6 x 10^-7
m = 5 garis (Jawaban: A)

14). Cahaya putih jatuh tegak lurus pada sebuah celah yang lebarnya d, menghasilkan pola difraksi pada layar berupa spektrum cahaya. Nilai d minimum untuk cahaya biru yang memiliki panjang gelombang 500 nm dan sudut deviasinya 30° adalah...
a. 250 nm
b. 500 nm
c. 750 nm
d. 1.000 nm
e. 1.500 nm

Diketahui:
λ  = 500 nm
θ = 30°
m = 1 (agar minimum)

Ditanya: d (nilai d minimum)?

Jawab:
d. sin θ = m. λ
d . sin 30° = 1. 500
d . 1/2 = 500
d = 500 x 2
d = 1000 nm (jawaban: D)

15). Seberkas cahaya mengenai suatu celah yang lebarnya 0,4 mm secara tegak lurus. Di belakang celah terdapat sebuah lensa positif dengan jarak fokus 40 cm. Garis terang pusat dan garis gelap pertama pada layar di bidang fokus lensa berjarak sebesar 0,56 mm. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah...
a. 1,60 x 10^-7 m
b. 2,60 x 10^-7 m
c. 3,60 x 10^-7 m
d. 4,60 x 10^-7 m
e. 5,60 x 10^-7 m

Diketahui:
d = 0,4 mm
L = 40 cm = 400 mm
p = 0,56 mm
m = 1 (karena garis gelap pertama)

Ditanya: λ (panjang gelombang cahaya)?

Jawab:
Menggunakan rumus:
(d.p)/L = m.λ
(0,4. 0,56)/400 = 1.λ
0,224 / 400 = λ
λ = 0,00056 mm
λ = 5,6 x 10^-4 mm
λ = 5,6 x 10^-7 m (Jawaban: E)

Jawaban Soal UK BAB 11 Fisika Kelas XI (Gelombang Cahaya)


1). Dengan menggunakan garpu tala berfrekuensi 1.368 Hz dan tabung resonator, bunyi keras pertama terjadi jika panjang kolom udara di atas permukaan air 6,25 cm. Kecepatan bunyi udara pada saat itu adalah...
a. 324 m/s
b. 330 m/s
c. 336 m/s
d. 340 m/s
e. 342 m/s

Diketahui:
f = 1.368 Hz
l = 6,25 cm => 0,0625 m
n = 1 (karena diketahui bunyi keras (resonansi) pertama, kalau kedua berarti n=2)

Ditanya: v (kecepatan bunyi udara)?

Jawab:
Karena menggunakan garpu tala, maka bunyinya akan beresonansi, berarti menggunakan rumus:
v = f.4l / (2n-1)
v = 1368 . 4(0,0625) / (2.1 - 1)
v = 1368 . 0,25 / (2-1)
v = 342 / 1
v = 342 m/s (Jawabannya E)

2). Dari tabung resonator diperoleh bahwa bunyi keras berurutan terjadi jika panjang kolom udaranya berturut-turut adalah 28 cm dan 36 cm. Panjang gelombang bunyi yang terbentuk di dalam kolom udara adalah...
a. 8 cm
b. 12 cm
c. 16 cm
d. 24 cm
e. 28 cm

Diketahui:
l1 = 28 cm (panjang kolom udara pada resonansi pertama)
l2 = 36 cm (panjang kolom udara pada resonansi kedua)

Ditanya: λ (panjang gelombang bunyi)?

Jawab:

Δl = l2 - l1
Δl = 36 - 28
Δl = 8 cm

v = f  x (4l / (2n-1))
v/f = 4l / (2n-1)
λ = 4l / (2n-1)
λ = 4.8 / (2.1-1)
λ = 32 / 2
λ = 16 cm (Jawaban: C)

3). Pada suhu tertentu, modulus Bulk air adalah 1,96 x 10^9 Nm^-2 dan massa jenisnya 10^3 kg/m^3. Kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air adalah...
a. 1200 m/s
b. 1400 m/s
c. 1500 m/s
d. 1600 m/s
e. 1960 m/s

Diketahui:
B = 1,96 x 10^9 Nm^-2
ρ = 10^3 kg/m^3

Ditanya: v (kecepatan rambat gelombang bunyi)?

Jawab:
Rumus kecepatan gelombang bunyi di dalam zat cair:
v = √B/ρ
v = √1,96 x 10^9 / 10^3
v = √1,96 x 10^6
v = 1,4 x 10^3
v = 1400 m/s (Jawaban: B)

4). Suatu gas dalam tabung memiliki tekanan P0, massa jenisnya ρ0, dan bunyi dapat merambat dengan kecepatan v. Gas tersebut dipanaskan sehingga terjadi kenaikan suhu, dan tekanan gas menjadi 4P0, sedangkan massa jenisnya tetap. Kecepatan perambatan gelombang bunyi sekarang adalah...
a. 1/4 v
b. 1/2 v
c. v
d. 2 v
e. 4 v

Diketahui:
P1 = P0
ρ1 = ρ0
v1 = v
P2 = 4P0
ρ2 = ρ0

Ditanya: v2 (kecepatan perambatan gelombang bunyi setelah dipanaskan)?

Jawab:
Rumus cepat rambat bunyi dalam gas:
v = √γP/ρ -----> kita coret γ dan ρ untuk melakukan perbandingan

Jadi dari rumus diatas bisa didapat:
v1/v2 = √P1/√P2
v/v2 = √P0/√4P0
v/v2 = P0/2P0 -----> coret P0
v/v2 = 1/2
2v = v2

Berarti kecepatan perambatan gelombang bunyi setelah dipanaskan adalah 2v (yaitu 2 kali dari kecepatan semula)--> Jawaban: D

5). Seutas dawai panjangnya 40 cm, kedua ujungnya terikat dan digetarkan sehingga pada seluruh panjang dawai terbentuk empat perut gelombang. Dawai tersebut ditarik dengan gaya 100 N. Jika massa dawai 1 gram, frekuensi getaran dawai adalah...
a. 200 Hz
b. 400 Hz
c. 800 Hz
d. 1000 Hz
e. 1600 Hz

Diketahui:
Karena kedua ujungnya terikat dan terbentuk 4 perut gelombang, maka:
n = 3 (nada atas ketiga)
l = 40 cm = 0,4 m
F = 100 N
m = 1 gr = 0,001 kg

Ditanya: f (frekuensi getaran)?

Jawab:
Frekuensi nada atas ketiga:
f = (n +1/ 2L) √(F/μ)
f = (n + 1/ 2L) √(F.L/m)
f = (3 + 1/ 2 .0,4) √(100. 0,4 / 0,001)
f = 4 / 0,8 √40/0,001
f = 5 . √40000
f = 5 . 200
f = 1000 Hz (Jawaban: D)

6). Seutas dawai menghasilkan nada dasar f. Jika dawai tersebut dipendekkan 8 cm tanpa mengubah tegangan dawai, akan dihasilkan frekuensi sebesar 1,25 f. Jika dawai dipendekkan 2 cm lagi, frekuensi yang dihasilkan adalah...
a. f
b. 1,25 f
c. 1,33 f
d. 1,5 f
e. 2,0 f

Diketahui:
f0 = f
misalkan panjang dawai L0 = L
L1 = (L -8) ---> dipendekkan 8 cm
L2 = (L-10) ----> dipendekkan lagi 2 cm

Ditanya: f2 (frekuensi yang dihasilkan jika dawai dipendekkan 2 cm lagi)?

Jawab:
menghasilkan nada dasar f, maka:
f = v/2L -----> terlihat dari rumus bahwa nilai frekuensi berbanding terbalik dengan panjang dawai.

maka:
*f0/f1 = L1/L0
f / 1,25 f = (L -8)/L ------> coret nilai f
1/ 1,25 = (L-8)/ L ---> kali silang
1,25 L - 10 = L
1,25 L - L = 10
0,25 L = 10
L = 40 cm

*f0/f2 = L2/L0
f/f2 = (L-10)/L
masukkan nilai L = 40 cm
f/f2 = (40-10)/40
f/f2 = 30/40
f2 = 40/30 f
f2 = 1,33 f (Jawaban: C)

7). Jika sebuah pipa organa terbuka ditiup sampai timbul nada atas kedua, akan terjadi...
a. 3 perut dan 3 simpul
b. 3 perut dan 4 simpul
c. 4 perut dan 3 simpul
d. 4 perut dan 4 simpul
e. 4 perut dan 5 simpul

Jawab:
Sumber: http://alifasyabhirra.blogspot.com/2016/07/pipa-organa-sebuah-pipa-yang-jika.html

Pada pipa organa terbuka, kedua ujungnya itu adalah perut.
Maka disimpulkan dari gambar diatas:
Nada dasar terdiri dari 2 perut dan 1 simpul.
Nada atas pertama terdiri dari 3 perut dan 2 simpul.
Nada atas kedua terdiri dari 4 perut dan 3 simpul (Jawaban: C)

8). Resonansi pertama pada tabung resonator terjadi ketika panjang kolom udaranya 4 cm. Resonansi berikutnya terjadi jika panjang kolom udaranya...
a. 6 cm
b. 8 cm
c. 12 cm
d. 16 cm
e. 20 cm

Diketahui:
l1 = 4 cm (terjadinya resonansi pertama)

Ditanya: l2 (panjang kolom udara pada resonansi kedua)?

Jawab:
*Kita cari dulu panjang gelombang
Resonansi pertama -> L = 1/4 x λ
4 = 1/4 x λ
λ = 4 x 4
λ = 16 cm

*Cari panjang kolom udara pada resonansi kedua
Resonansi kedua -> L = 3/4 x λ
L = 3/4 x 16
L = 12 cm (Jawaban: C)


9). Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal, maka gelombang bunyi dapat mengalami peristiwa...
a. Interferensi
b. Difraksi
c. refraksi
d. refleksi
e. semua benar

Jawaban: E (Semua Benar)

10). Percobaan Quincke dapat digunakan untuk menentukan terjadinya peristiwa...
a. Interferensi oleh gelombang bunyi udara
b. pemantulan gelombang bunyi di udara
c. Resonansi gelombang bunyi di dalam tabung
d. Pembiasan oleh gelombang bunyi di udara
e. polarisasi gelombang bunyi di udara

Jawaban: A (Interferensi oleh gelombang bunyi di udara)

11). Dari hasil percobaan Quincke didapatkan, interferensi minimum untuk kali pertamanya terjadi pada saat beda lintasan gelombang bunyi untuk sampai ke membran 20 cm. Jika sumber bunyi memiliki frekuensi 870 Hz, kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam tabung percobaan adalah...
a. 174 m/s
b. 326 m/s
c. 348 m/s
d. 384 m/s
e. 396 m/s

Diketahui:
ΔS = 20 cm
f = 870 Hz

Ditanya: v (kecepatan perambatan gelombang bunyi)?

Jawab:
ΔS = ½ λ
20 = ½ λ
λ = 20 x 2
λ = 40 cm = 0,4 m

*cepat rambat:
v = λ . f
v = 0,4 . 870
v = 348 m/s (Jawaban: C)


12). Dua sumber bunyi berjarak 10 m memiliki frekuensi sama. Pada jarak 4,8 m dari sumber bunyi pertama, seorang pendengar mendengarkan interferensi minimum yang pertama kali. Jika diketahui kecepatan bunyi di udara 340 m/s, frekuensi yang dipancarkan oleh kedua sumber bunyi tersebut adalah...
a. 140 Hz
b. 340 Hz
c. 425 Hz
d. 850 Hz
e. 170 Hz

Diketahui:
x = 10 m
x1 = 4,8 m
v = 340 m/s

Ditanya: f (frekuensi yang dipancarkan oleh kedua sumber bunyi tersebut)?

Jawab:
x2 = x - x1
x2 = 10 - 4,8
x2 = 5,2 m

Interferensi minimum pertama:
x2 - x1 = ½ λ
5,2 - 4,8  = ½ λ
½ λ  = 0,4
λ = 0,8 m

*frekuensi:
v = λ . f
f = v / λ
f = 340 / 0,8
f = 425 Hz (Jawaban: C)

13). Sebuah ambulan bergerak mendekati seorang pengamat dengan kecepatan 34 m/s dan frekuensi 1024 Hz. Jika pengamat bergerak menjauhi mobil ambulan dengan kecepatan 17 m/s dan cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, frekuensi bunyi yang didengar oleh pengamat adalah...
a. 920 Hz
b. 1080 Hz
c. 1120 Hz
d. 1220 Hz
e. 1320 Hz

Diketahui:
fs = 1024 Hz
vs = 34 m/s (jika s bergerak mendekati p maka -vs)
v = 340 m/s
vp = 17 m/s (jika p bergerak menjauhi s maka -vp)

Ditanya: fp (frekuensi bunyi yang didengar)?

Jawab:
fp = ((v-vp)/(v-vs)) x fs
fp = ((340 - 17)/(340-34)) x 1024
fp = (323/306) x 1024
fp = 1,0555 x 1024
fp = 1080,88 Hz ----> dibulatkan menjadi 1080 Hz (Jawaban: B)

14). Jika dua buah sumber bunyi dengan frekuensi 2000 Hz dan 2008 Hz berbunyi secara serentak, akan timbul pelayangan bunyi dengan frekuensi...
a. 2 Hz
b. 4 Hz
c. 8 Hz
d. 204 Hz
e. 2008 Hz

Diketahui:
f1 = 2000 Hz
f2 = 2008 Hz

Ditanya: fp (frekuensi pelayangan)?

Jawab:
fp = f2 - f1
fp = 2008 - 2000
fp = 8 Hz (Jawaban: C)

15). Dua buah dawai baja identik memberikan nada dasar dengan frekuensi 400 Hz. Jika tegangan dalam salah satu dawai ditambah 2%, besar frekuensi pelayangan yang terjadi adalah...
a. 0 Hz
b. 2 Hz
c. 4 Hz
d. 6 Hz
e. 8 Hz

Diketahui:
f1 = 400 Hz (frekuensi dawai 1)
f2 = 400 Hz (frekuensi dawai 2)

Bila tegangan salah satu dawai ditambah 2%, kita misalkan dawai 2 yang ditambah.
2% ----> 2/100 ---> 0,02

Ditanya: fp (frekuensi pelayangan)?

Jawab:
f1 = f2 = 1 /2L √F/µ
400 = 1/ 2L √F/µ

f ' = 1/ 2L √(F+0,02F)/µ -------> tegangan ditambah 2% pada salah satu dawai
f ' = 1 /2L √1,02F/µ
f ' = √1,02 . 1/2L √F/µ
f ' = √1,02 . 400
f ' = 403,9 Hz

fp = f ' - f1
fp = 403,9 - 400
fp = 3,9 Hz ---> dibulatkan menjadi 4 Hz (Jawaban: C)

16). Taraf intensitas percakapan antara 2 orang siswa di dalam kelas adalah 30 dB. Jika ada 20 orang siswa sedang bercakap-cakap, taraf intensitas yang dihasilkan menjadi...
a. 40 dB
b. 50 dB
c. 60 dB
d. 80 dB
e. 90 dB

Diketahui:
Ti1 = 30 dB
n1 = 2
n2 = 20

Ditanya: Ti2 (taraf intensitas yang dihasilkan)?

Jawab:
Ti2 = Ti1 + 10 log n2/n1
Ti2 = 30 + 10 log 20/2
Ti2 = 30 + 10 log 10
Ti2 = 30 + 10
Ti2 = 40 dB (Jawaban: A)

17). Taraf intensitas suatu ledakan petasan dari jarak 10 m adalah 60 dB. Jika diketahui intensitas ambang pendengaran 10^-12 Wm^-2, daya bunyi ledakan petasan tersebut adalah...
a. 4π x 10^-8 watt
b. 4π x 10^-7 watt
c. 4π x 10^-6 watt
d. 4π x 10^-5 watt
e. 4π x 10^-4 watt

Diketahui:
r = 10 m
TiL = 60 dB (taraf intensitas ledakan)
I0 = 10^-12 Wm^-2

Ditanya: P (daya bunyi ledakan)?

Jawaban:
*Cari dulu intensitas ledakan
TiL = 10 log IL/I0
60 = 10 log IL/10^-12
log IL/10^-12 = 60/10
log IL/10^-12 = 6
IL/10^-12 = arc^-1 log (6)
IL/10^-12 = 10^6
IL = 10^6 x 10^-12
IL = 10^-6 Wm^-2

I = P/A
P = I . A
P = 10^-6 . 4πR^2
P = 10^-6 . 4π(10)^2
P = 4π x10^-4 watt (Jawaban: E)

18). Taraf intensitas percakapan adalah 60 dB, dan taraf intensitas halilintar adaah 110 dB. Besar kelipatan intensitas bunyi halilintar terhadap suara percakapan adalah
a. 50 kali
b. 100 kali
c. 500 kali
d. 10.000 kali
e. 100.000 kali

Diketahui:
TiP = 60 dB (taraf intensitas percakapan)
TiH = 110dB (taraf intensitas halilintar)

Ditanyakan: Besar kelipatan intensitas bunyi halilintar (IH) terhadap suara percakapan (IP)?

Jawab:
*Cari dulu intensitas percakapan
TiP = 10 log IP/I0
60 = 10 log IP/I0
log IP/I0 = 60/10
log IP/I0 = 6
IP/I0 = arc^-1 log (6)
IP/I0 = 10^6
IP = 10^6 I0 W/m^2

*Lalu cari intensitas halilintar
TiH = 10 log IH/I0
110 = 10 log IH/I0
log IH/I0 = 110/10
log IH/I0 = 11
IH/I0 = arc^-1 log (11)
IH/I0 = 10^11
IH = 10^11 I0 W/m^2

Lalu bandingkan intensitas percakapan dengan intensitas halilintar:
IH : IP = 10^11 I0 / 10^6 I0
IH : IP = 10^5 W/m^2
IH: IP = 100.000 kali lipat (Jawaban: E)

19). Dari pengukuran kedalaman laut didapatkan bahwa untuk laut yang memiliki kedalaman 1 km, gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke laut akan terdeteksi 1,25 sekon kemudian. Jika gelombang ultrasonik terdeteksi kembali setelah dipancarkan dari kapal 2 sekon kemudian, kedalaman laut adalah...
a. 1200 m
b. 1500 m
c. 1600 m
d. 1800 m
e. 2000 m

Diketahui:
S1 = 1 km = 1000 m
t1 = 1,25 s
t2 = 2

Ditanya: S2 (Kedalaman laut jika gelombang ultrasonik kembali setelah dipancarkan dari kapal 2 sekon kemudian)?

Jawab:
Rumus mengukur kedalaman laut:
S = (v.t)/2

S1 = v. t1/2
1000 = v . 1,25 / 2
2000 = v. 1,25
v = 2000 / 1,25
v = 1600 m/s

S2 = v . t2/2
S2 = 1600 . 2 / 2
S2 = 3200 / 2
S2 = 1600 m (Jawaban: C)

20). Sifat dari gelombang ultrasonik yang digunakan dalam pemeriksaan organ tubuh dengan alat ultrasonografi adalah sifat...
a. Interferensi
b. refleksi
c. refraksi
d. difraksi
e. polarisasi

Jawaban:
Ultrasonografi (USG) memanfaatkan sifat gelombang yaitu dapat dipantulkan, berarti jawabannya adalah (B. Refleksi)

Jawaban Soal UK BAB 10 Fisika Kelas XI (Gelombang Bunyi)

Langganan: Postingan (Atom)