Fisika KA Paket 1 2018

Pembahasan fisika KA-1 SIMAK UI 2018
Pembahasan fisika KA-1 SIMAK UI 2018.

Sebelumnya mau disclaimer dulu, ini bukan kunci jawabannya resminya ya. Yang tau jawaban aslinya hanya panitia dan yang maha kuasa.

Daftar Isi

Soal 1

Benda ditarik melalui katrol

Sebuah sistem terdiri dari balok bermassa m_1 yang dihubungkan seutas tali ke balok bermassa m_2 sebuah katrol bermassa m (lihat gambar). Koefisien gesek antara permukaan balok m_1 dan permukaan meja adalah k. Sistem bergerak dari keadaan diam. Tali bergerak tanpa slip pada katrol. Massa tali dapat diabaikan. Katrol berbentuk cincin homogen. Energi katrol m setelah sistem bergerak selama t adalah .... (percepatan gravitasi = g)

A. \frac{1}{2}mg^2t^2\left(\frac{m_2-km_1}{m_2+m_1+m/2}\right)^2
B. \frac{1}{2}mg^2t^2\left(\frac{m_2+km_1}{m_2+m_1+m}\right)^2
C. \frac{1}{4}mg^2t^2\left(\frac{m_2-km_1}{m_2+m_1+m}\right)^2
D. \frac{1}{4}mg^2t^2\left(\frac{m_2+km_1}{m_2+m_1+m}\right)^2
E. \frac{1}{4}mg^2t^2\left(\frac{m_2-km_1}{m_2+m_1+m/2}\right)^2

Pembahasan 1

Analisis dinamika masing-masing benda

Karena katrol hanya bergerak berputar, artinya energi yang dimaksud merupakan energi kinetik rotasinya. Untuk mengetahuinya, kita perhatikan dinamika dari masing-masing benda terlebih dahulu, kita mulai dari benda 1.

\Sigma F_{m1} = m_1 a
F_1 - km_1g = m_1 a

Jika tali tidak elastis, maka percepatan semua benda akan sama. Lalu selanjutnya untuk benda 2:

\Sigma F_{m2} = m_2 a
m_2g - F_2 = m_2 a

Dan satu lagi untuk dinamika rotasi katrol.

\Sigma \tau = I\alpha
(F_2 - F_1)R = \frac{1}{2}mR^2\frac{a}{R}
F_2 - F_1 = \frac{1}{2}ma

Kita jumlahkan dua persamaan dinamika benda 1 dengan benda dua, didapat:

F_1 - F_2 = m_1a+m_2a-m_2g+km_1g

Substitusi dari persamaan dinamika rotasi untuk mendapatkan informasi percepatan dari sistem ini.

-\frac{1}{2}ma = m_1a+m_2a-m_2g+km_1g
a = \frac{(m_2-km_1)g}{m_1+m_2+m/2}

Setelah waktu t, katrol akan mempunyai kecepatan sudut:

\omega = \alpha t = \frac{at}{R}
 = \frac{(m_2-km_1)gt}{(m_1+m_2+m/2)R}

Dengan demikian energi kinetik rotasinya yaitu:

E_K = \frac{1}{2}I\omega^2
E_K = \frac{1}{2}\cdot\frac{1}{2}mR^2\left(\frac{(m_2-km_1)gt}{(m_1+m_2+m/2)R}\right)^2
= \frac{1}{4}mg^2t^2\left(\frac{m_2-km_1}{m_1+m_2+m/2}\right)^2

Oleh karena itu maka jawabannya adalah yang E.

Soal 2

Rangkaian listrik berisi hambatan

Sistem hambatan yang terdiri dari dua buah hambatan masing-masing 4 ohm, dua buah hambatan masing-masing 6 ohm, hambatan 2 ohm, 7 ohm, dan 8 ohm seperti pada gambar. Hambatan pengganti sistem tersebut adalah ....
A. 2 ohm
B. 4 ohm
C. 6 ohm
D. 8 ohm
E. 9 ohm

Pembahasan 2

Hambatan ekuivalen pertama R_{eq1} = 4 + 4 = 8\,\Omega, kemudian yang kedua R_{eq2} = \frac{(8)(8)}{8+8} = 4\,\Omega. Hambatan ekuivalen ketiga R_{eq3} = 4 + 2 = 6\,\Omega.

Yang keempat R_{eq4} = \frac{(6)(6)}{6+6} = 3\,\Omega, dan yang kelima R_{eq2} = \frac{(6)(3)}{6+3} = 2\,\Omega.

Dengan demikian hambatan ekuivalen dari sistem tersebut yaitu R_{eq} = 7 + 2 = 9\,\Omega, jawabannya E.

Soal 3

Batang konduktor bergerak penyebab listrik

Sebuah sistem terdiri dari sebuah batang konduktor AB bermassa m yang dapat meluncur tanpa gesekan di atas rel konduktor paralel yang dipisahkan dengan jarak L. Ujung-ujung kiri rel dihubungkan oleh sebuah hambatan R sehingga memberntuk sebuah loop (lihat gambar). Loop berada di dalam medan magnet seragam B dengan arah tegak lurus bidang loop (masuk bidang gambar). Mulai t=0, batang AB ditarik ke kanan dengan gaya konstan F_0. Kelajuan akhir batang AB adalah ....
A. \frac{4F_0R}{B^2L^2}
B. \frac{2F_0R}{B^2L^2}
C. \frac{F_0R}{B^2L^2}
D. \frac{F_0R}{2B^2L^2}
E. \frac{F_0R}{4B^2L^2}

Pembahasan 3

Bergesernya batang konduktor AB akan memberikan arus pada loop tersebut, kemudian di sisi lain, arus yang berada pada medan magnet juga akan memberikan medan magnet.

Mungkin kita gak bakal nurunin rumusnya, kita langsung aja (karena sudah dijelaskan di materi), jadi hubungan dari gaya F_0 dengan besaran lainnya yaitu

F_0 = \frac{B^2L^2v}{R}
v = \frac{F_0R}{B^2L^2} .

Pilihannya yaitu yang C.

Soal 4

Kamu sedang berdiri di pinggir danau melihat seekor ikan berenang mendekati. JIka kamu ingin menembak ikan dengan senapan laser berdaya tinggi, senapan harus diarahkan ....
A. lebih ke atas dari posisi ikan
B. lebih ke bawah dari posisi ikan
C. sama dengan posisi ikan
D. tidak bisa ditentukan
E. tergantung kecepatan ikan berenang

Pembahasan 4

Jika dianggap ikannya gak jauh-jauh amat, maka dengan kecepatan cahaya yang begitu cepat dibandingkan dengan kecepatan berenang ikan kita bisa mengarahkannya langsung tepat dengan posisi ikan itu berada.

Karena gak dijelaskan juga apakah ikannya mengalami percepatan/perlambatan, maka jawaban yang mungkin yaitu C.

Catatan: Asumsi bahwa ikan sedang berenang di daerah permukaan air.

Update: Mungkin juga maksudnya, ikannya berenang di dalam air. Kalau gitu ada fenomena pembiasan karena perbedaan indeks bias.

Sehingga kita harus mengarahkannya ke bawah, karena ketika memasukki air kecepatan gelombang turun dan arah lintasan gelombang seolah membentuk sudut tumpul. Artinya bisa jadi jawabannya yang B.

Soal 5

Seorang pekerja menggunakan pita pengukur yang terbuat dari baja dengan koefisien muai panjang \alpha = 1.2\times10^{-5}\,\text{K}^{-1}. Pita tersebut memiliki panjang 50 m pada temperatur 20^{\circ}\text{C}. Pada siang hari dengan temperatur 35.7^{\circ}\text{C} pekerja membaca pengukuran sebesar 35.795 m. Panjang yan terukur sesungguhnya adalah ....
A. 35.9\,\text{mm}
B. 35.8\,\text{mm}
C. 35.7\,\text{mm}
D. 35.6\,\text{mm}
E. 35.5\,\text{mm}

Pembahasan 5

Masalah ini bisa dikerjakan langsung dengan menggunakan persamaan pemuaian pada benda yakni seperti berikut

\Delta L = L_0\alpha\Delta T
L - L_0 = L_0\alpha\Delta T
L = L_0 + L_0\alpha\Delta T
L_0 = \frac{L}{1 + \alpha\Delta T}

Panjang aslinya yaitu

L_0 = \frac{35.795}{1 + (1.2\times10^{-5})(35.6 + 273 - (20 - 273))}
L_0 = 35.78 \approx 35.8\,\text{m}

Di opsi ditulis satuannya milimeter, mungkin yang dimaksud di soal adalah meter satuannya, bisa jadi jawabannya yang B.

Soal 6

Unsur radioaktif ^{64}_{29}\text{Cu} dengan waktu paruh 13 jam. Bilangan Avogadro N_A = 6.0 \times 10^{23}\,\text{mol}^{-1}. Radio isotop ^{64}_{29}\text{Cu} sebanyak 8 gram memiliki aktivitas .... (gunakan \lambda = \frac{0.64}{T}, dengan T = waktu paruh)
A. 11.1\times 10^{22}\,\text{Bq}
B. 21.2\times 10^{22}\,\text{Bq}
C. 30.1\times 10^{22}\,\text{Bq}
D. 35.4\times 10^{22}\,\text{Bq}
E. 42.5\times 10^{22}\,\text{Bq}

Pembahasan 6

Aktifitas yang dimaksud di sini yaitu pesat peluruhan radioaktif, dan direpresentasikan secara matematis seperti berikut

A = \lambda N

, dengan N merupakan jumlah atom. Jika dalam 64 gram atom tembaga sebanyak bilangan Avogadro, artinya dalam 8 gramnya sebanyak

N = \frac{6.0 \times 10^{23}}{64}\cdot8 =7.5\times10^{22}

Maka dari itu pesat peluruhan atau aktifitasnya yaitu

A = \lambda N
 = \frac{0.64}{13\times60\times60}\cdot7.5\times10^{22}
 \approx 1.02\times10^{18} .

Soal 7

Sebuah benda diikatkan pada suatu pegas dan melakukan gerak harmonis sederhana dengan amplitudo A dan frekuensi f. Pada saat simpangannya sama dengan sepertempat simpangan maksimumnya, kecepatannya adalah ....
A. \frac{1}{2}\sqrt{3}\pi f A
B. \frac{1}{2}\sqrt{7}\pi f A
C. \frac{1}{2}\sqrt{15}\pi f A
D. \pi f A
E. \sqrt{15}\pi f A

Pembahasan 7

Benda yang bergerak harmonis mempunyai gerakkan berupa sinusoid pada simpangannya, yakni berdasarkan rumus berikut

x(t) = A \sin(2\pi f t) .

Ketika simpangannya seperempat maksimumnya, pada itu nilai sinusnya memberikan nilai

\frac{1}{4}A = A \sin(2\pi f t)
\sin(2\pi f t) = \frac{1}{4}

Dan nilai cosinusnya pada waktu tersebut yaitu

\cos(2\pi f t) = \frac{\sqrt{3}}{4} .

Untuk mengetahui kecepatannya, kita hanya perlu melakukann turunan sekali pada rumus simpangan sebelumnya, sehingg menjadi

v(t) = 2\pi f A \cos(2\pi f t) .

Dan nilai kecepatan pada seperempat simpangannya yaitu

v(t) = 2\pi f A \frac{\sqrt{3}}{4}
= \frac{1}{2}\sqrt{3}\pi f A .

Solusinya adalah yang A.

Soal 8

Suatu alat musik dibuat dengan memanfaatkan dawai yang terbuat dari kayu rami yang ditegangkan dengan mengikat tali rami tersebut pada kedua ujungnya. Ketika dawai dipetik terjadi beberapa kali resonansi. Dalam pengamatan, tercatat bahwa terjadi resonansi yang berurutan pada frekuensi 375 Hz dan frekuensi 450 Hz. Resonansi pada frekuensi 375 Hz adalah frekuensi yang ke-....
A. 2
B. 3
C. 4
D. 5
E. 6

Pembahasan 8

Ketika dua ujungnya tidak bebas, maka keduanya ujung tersebut akan selalu membentuk simpul, dan dapat direpresentasikan hubungan panjang gelombang dengan panjang dawainya seperti berikut

\lambda_n = \frac{2}{n+1}L .

Kemudian untuk frekuensinya dapat dituliskan sebagai

f_n = \frac{v}{\lambda_n}
 = (n+1)\frac{v}{2L}

Karena frekuensi 375 dan 450 Hz merupakan resonansi yang berurutan, kita asumsikan frekuensi 375 Hz adalah di n, sehingga

\frac{375}{450} = \frac{(n+1)v/(2L)}{((n+1)+1)v/(2L)}
\frac{5}{6} = \frac{n+1}{n+2}
5n+10= 6n+6
n=4 .

Jawabannya yang C.

Soal 9

Venturimeter soal fisika KA-1 2018

Sebuah venturimeter terdiri dari dua penampang yang berbeda. Penampang 1 memiliki luas A_1 = 5\,\text{cm}^2 dan penampang 2 memiliki luas A_2 = 4\,\text{cm}^2. Perbedaan ketinggian permukaan air di kedua penampang pipa adalah 45\,\text{cm}. Massa jenis air = 1000\,\text{kg/m}^2. Kelajuan air ketika memasuki penampang A_1 adalah ....
A. 60 cm
B. 58 cm
C. 56 cm
D. 54 cm
E. 52 cm

Pembahasan 9

Kali ini kita coba gunakan persamaan Bernoulli dalam, kita anggap titik 1 dan 2 nya adalah lokasi pada A_1 dan lokasi tepat setelah masuk A_2.

p_1 + \frac{1}{2}\rho v_1^2 + \rho g h_1 = p_2 + \frac{1}{2}\rho v_2^2 + \rho g h_2

, karena kedua titik selevel maka h_1 = h_2, sehingga

\frac{1}{2}\rho (v_1^2 - v_2^2) = -(p_1 - p_2).

Selisih tekanan tersebut bisa direpresentasikan dengan rumus p = \rho g h, sehingga menjadi

\frac{1}{2}\rho (v_2^2 - v_1^2) = \rho g h.

Kemudian relasi antara v_1 dan v_2 berdasarkan persamaan kontinuitas yaitu

A_1 v_1 = A_2 v_2 .

Kita substitusikan v_1, dan kita anggap h = h_2 - h_1 pada persamaan yang pertama, dan didapat

v_2 = \sqrt{\frac{2gh}{1-(A_2 / A_1)^2}}
 = \sqrt{\frac{2(10)(0.45)}{1-((4\times10^{-4}) / 5\times10^{-4})^2}}
 = 5\,\text{cm/s} .

Soal 10

Gaya normal yang bekerja pada benda yang diam di atas bidang datar besarnya tidak sama dengan gaya.
SEBAB
Gaya normal merupakan gaya yang dikerjakan permukaan bidang terhadap benda yang menyentuhnya.

Pembahasan 10

Pernyataan benar, karena besar gaya normal yang bekerja akan bergantung pada besar sudut kemiringannya (karena berat benda tidak selalu tegak lurus dengan bidang).

Alasannya benar, namun tidak menjelaskan bagaimana perbedaannya itu muncul. Pilihan yang mungkin yaitu B.

Soal 11

Tegangan listrik dan arus listrik yang dihasilkan generator AC berbentuk sinusoidal.
SEBAB
Besar nilai tegangan dan kuat arus listrik rata-ratanya nol.

Pembahasan 11

Benar, isyarat pada listrik AC akan berbentuk fungsi sinus. Alasan benar, namun bukan faktor itu yang menyebabkannya, bentuk sinus pada listrik AC muncul karena susunan sikat pada generator tersebut, sehingga jawabannya B

Soal 12

Gelas atau mangkok dari kaca dapat retak atau pecah ketika diisi air panas secara tiba-tiba.
SEBAB
Bagian dalam gelas yang diisi air panas secara mendadak memuai lebih cepat dibandingkan dengan bagian luarnya.

Pembahasan 12

Kalau di sini saya melihat lebih ke tekanan yang diberikan bukan mana yang lebih cepat memuai. Air yang panas akan menaikkan temperatur pada kaca sehingga memberikan tekanan yang cukup kuat, pilihannya yang C.

Soal 13

Sebuah mesin pendorong digunakan untuk mendorong benda bermassa 10^3\,\text{kg}. Benda ini bergerak sehingga kecepatannya berubah dari 10\,\text{m/s} menjadi 40\,\text{m/s}. Waktu yang dibutuhkan untuk terjadinya perubahan kecepatan tersebut adalah 20 detik. Pernyataan manakan yang benar?
(1) Perubahan energi kinetik benda adalah 7.5\times10^{5}\,\text{J}.
(2) Usaha yang dilakukan mesin pendorong adalah 0.75\,\text{MJ}
(3) Daya mesin pendorong adalah 37.5\,\text{kW}
(4) Percepatan benda adalah 1.5\,\text{m/s}^2

Pembahasan 13

Karena di sini benda hanya mempunyai energi kinetik artinya perubahan energi tersebut sama seperti usaha yang dilakukan oleh mesin, yakni besarnya:

W = \Delta E_K = \frac{1}{2}m{v_2}^2 - \frac{1}{2}m{v_1}^2
 = \frac{1}{2}10^3{40}^2 - \frac{1}{2}10^3{10}^2
 = 7.5\times10^5\,\text{J} = 0.75\,\text{MJ}

Sehingga 1 dan 2 benar.

Dengan perubahan energi sebesar itu dalam waktu 20 detik, daya yang dihasilkan mesin sebesar:

P = \frac{E}{t} = \frac{7.5\times10^{5}}{20} = 37.5\,\text{kW}

Nomor 3 artinya benar. Yang terakhir benar, karena percepatan benda yaitu \frac{40-10}{20} = 1.5\,\text{m/s}

Soal 14

Susunan kapasitor

Perhatikan rangkaian kapasitor di atas. Pernyataan manakahh yang benar?
(1) C_1 dirangkai seri dengan kapasitor C_3.
(2) C_2 dirangkai paralel dengan sumber tegangan V_0.
(3) C_2 dirangkai seri dengan kapasitor C_3.
(4) C_3 dirangkai paralel dengan kapasitor C_1

Pembahasan 14

Sederhananya gini, kalau paralel dua komponen saling terhubung kedua terminalnya saling terhubung, kalau seri salah satunya saja. Artinya, pernyataan pertama salah, C_1 dengan C_3 disusun paralel.

Yang kedua salah, jika C_2 paralel dengan V_0 seharusnya tegangan jatuhnya di kapasitor tersebut sebesar sumbernya, tapi nyatanya masih ada kapasitor ekuivalen di sebelahnya. Ketiga juga salah, arus pada C_3 akan berbeda dengan C_2. Keempatlah yang benar, sehingga jawabannya D.

Soal 15

Pernyataan manakah yang benar terkait dengan bayangan sebuah benda akibat sumber cahaya besar?
(1) Bayang-bayang yang sama gelapnya terbentuk jika sebuah benda menghalangi cahaya.
(2) Apabila sumber cahaya tersebut terhalang seluruhnya, terbentuklah penumbra.
(3) Daerah di luar umbra menerima sebagian cahaya, terbentuklah penumbra, yaitu bagian kedua bayang-bayang terletak di luar umbra dan lebih gelap.
(4) Daerah di luar umbra tampak lebih terang daripada di dalam umbra.

Pembahasan 15

Sebagai tips, soal ini mirip dengan fenomena gerhana.

Bayangan yang muncul akan mempunyai gelap yang berbeda-beda, karena akan terbentuk umbra dan penumbra, nomor satu salah. Lalu, penumbra sendiri muncul akibat terhalanginya sebagian cahaya, sehingga nomor dua juga salah.

Yang nomor tiga hampir benar, namun saat dijelaskan lagi dan dikatakan lebih terang, maka itu salah. Dan yang benar hanyalah nomor empat, jadi jawabannya D.

Label
< Materi SebelumnyaFisika KA 2019

Komentar

Search icon