Pembahasan soal UN fisika SMA/MA 2014 – Gaya listrik

1. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.26
Tiga buah muatan listrik berada pada posisi di titik sudut segitiga ABC panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2µC) seperti pada gambar di samping (k = 9.10⁹ N.m².C^-2, 1 µ = 10^-6). Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B adalah….

1. 0,9√3 N
2. 0,9√2 N
3. 0,9 N
4. 0,81 N
5. 0,4 N

Pembahasan

Diketahui :
Muatan pada titik A (q_A) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb
Muatan pada titik B (q_B) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb
Muatan pada titik C (q_C) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb
Jarak B ke C (r_BC) = 20 cm = 0,2 meter = 2 x 10^-1 meter
Jarak B ke A (r_BA) = 20 cm = 0,2 meter = 2 x 10^-1 meter
k = 9.10⁹ N.m².C^-2
Ditanya : Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B
Jawab :
Gaya listrik antara muatan pada titik B dan C :
F_BC = k (q_B)(q_C) / r_BC²
F_BC = (9 x 10⁹)(2 x 10^-6)(2 x 10^-6) / (2 x 10^-1)²
F_BC = (9 x 10⁹)(4 x 10^-12) / (4 x 10^-2)
F_BC = (36 x 10^-3) / (4 x 10^-2)
F_BC = 9 x 10^-1
F_BC = 0,9 Newton
Muatan listrik pada titik B dan C positif karenanya arah gaya listrik F_BC ke kiri, menjauhi titik C.
Gaya listrik antara muatan pada titik B dan A :
F_BA = k (q_B)(q_A) / r_BA²
F_BA = (9 x 10⁹)(2 x 10^-6)(2 x 10^-6) / (2 x 10^-1)²
F_BA = (9 x 10⁹)(4 x 10^-12) / (4 x 10^-2)
F_BA = (36 x 10^-3) / (4 x 10^-2)
F_BA = 9 x 10^-1
F_BA = 0,9 Newton
Muatan listrik pada titik B dan A positif karenanya arah gaya listrik F_BA ke bawah, menjauhi titik A.
Kedua gaya listrik membentuk sudut siku-siku karenanya resultan gaya listrik yang bekerja pada titik B dihitung menggunakan rumus Pythagoras.
Jawaban yang benar adalah B.
2. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.26
Perhatikan gambar berikut ini!
Tiga muatan Q₁, Q₂, dan Q₃ berada pada posisi di ujung segitiga siku-siku ABC. Panjang AB = BC = 30 cm. Diketahui k = 9.10⁹ N.m².C^-2 dan 1 µ = 10^-6 maka resultan gaya Coulomb pada muatan Q₁ adalah….

1. 1 N
2. 5 N
3. 7 N
4. 10 N
5. 12 N

Pembahasan
Diketahui :
Muatan pada titik A (q_A) = 3 µC = 3 x 10^-6 Coulomb
Muatan pada titik B (q_B) = -10 µC = -10 x 10^-6 Coulomb
Muatan pada titik C (q_C) = 4 µC = 4 x 10^-6 Coulomb
Jarak B ke C (r_BC) = 30 cm = 0,3 meter = 3 x 10^-1 meter
Jarak B ke A (r_BA) = 30 cm = 0,3 meter = 3 x 10^-1 meter
k = 9.10⁹ N.m².C^-2
Ditanya : Resultan gaya Coulomb pada titik B
Jawab :
Gaya listrik antara muatan pada titik B dan C :
F_BC = k (q_B)(q_C) / r_BC²
F_BC = (9 x 10⁹)(10 x 10^-6)(4 x 10^-6) / (3 x 10^-1)²
F_BC = (9 x 10⁹)(40 x 10^-12) / (9 x 10^-2)
F_BC = (360 x 10^-3) / (9 x 10^-2)
F_BC = 40 x 10^-1
F_BC = 4 Newton
Muatan listrik pada titik B bertanda negatif dan muatan listrik pada titik C bertanda positif, karenanya arah gaya listrik F_BC ke kanan menuju titik C.

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan A :
F_BA = k (q_B)(q_A) / r_BA²
F_BA = (9 x 10⁹)(10 x 10^-6)(3 x 10^-6) / (3 x 10^-1)²
F_BA = (9 x 10⁹)(30 x 10^-12) / (9 x 10^-2)
F_BA = (270 x 10^-3) / (9 x 10^-2)
F_BA = 30 x 10^-1
F_BA = 3 Newton
Muatan listrik pada titik B bertanda negatif dan muatan listrik pada titik A bertanda positif, karenanya arah gaya listrik F_BA ke atas menuju titik A.
 
Kedua gaya listrik membentuk sudut siku-siku karenanya resultan gaya listrik yang bekerja pada titik B dihitung menggunakan rumus Pythagoras.
Jawaban yang benar adalah B.

Pembahasan soal UN fisika SMA/MA 2014 – Taraf intensitas gelombang bunyi

1. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.25
Taraf intensitas bunyi seribu peluit identik yang dibunyikan bersama-sama adalah 60 dB. Jika 10 peluit identik dibunyikan bersama-sama taraf intensitasnya menjadi….

1. 40 dB
2. 50 dB
3. 60 dB
4. 70 dB
5. 90 dB

Pembahasan

Diketahui :
TI 1000 peluit = 60 dB
Ditanya : Taraf intensitas 10 peluit
Jawab :
Taraf intensitas 1 peluit :
TI 1000 peluit = TI satu peluit + 10 log x
60 = TI + 10 log 1000
60 = TI + 10 log 10³
60 = TI + (3)(10)(log 10)
60 = TI + (3)(10)(1)
60 = TI + 30
TI = 60 – 30
TI = 30 dB
Taraf intensitas satu peluit adalah 30 dB.

Taraf intensitas 10 peluit :
TI 10 peluit = TI satu peluit + 10 log x
TI 10 peluit = 30 + 10 log 10
TI 10 peluit = 30 + 10 log 10¹
TI 10 peluit = 30 + (1)(10)(log 10)
TI 10 peluit = 30 + (1)(10)(1)
TI 10 peluit = 30 + 10
TI 10 peluit = 40 dB
Taraf intensitas 10 peluit adalah 40 dB.
Jawaban yang benar adalah A.
Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.25
Taraf intensitas bunyi seratus mesin identik di pabrik tekstil yang dioperasikan serentak adalah 80 dB. Bila taraf intensitas bunyi sejumlah mesin lain yang identik adalah 90 dB, maka jumlah mesin yang digunakan pada saat itu adalah….

1. 1.000 buah
2. 500 buah
3. 100 buah
4. 50 buah
5. 10 buah

Pembahasan
Diketahui :
TI 100 mesin = 80 dB
Ditanya : jumlah mesin yang bertaraf intensitas 90 dB
Jawab :
Taraf intensitas 1 mesin :
TI 100 mesin = TI satu mesin + 10 log x
80 = TI + 10 log 100
80 = TI + 10 log 10²
80 = TI + (2)(10)(log 10)
80 = TI + (2)(10)(1)
80 = TI + 20
TI = 80 – 20
TI = 60 dB
Taraf intensitas satu mesin adalah 60 dB.

Jumlah mesin yang bertaraf intensitas 90 dB :
TI x mesin = TI satu mesin + 10 log x
90 = 60 + 10 log x
90 – 60 = 10 log x
30 = 10 log x
30 / 10 = log x
3 = log x
3 = log 1000
log 1000 = log 10³ = (3)(log 10) = (3)(1) = 3.
Jumlah mesin yang bertaraf intensitas 90 dB adalah 1000.
Jawaban yang benar adalah A.

1. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.24
Dua buah mobil A dan B bergerak saling mendekati masing-masing berkecepatan 20 m.s^-1 dan 40 m.s^-1. Mobil B kemudian membunyikan klakson dengan frekuensi 580 Hz, cepat rambat bunyi di udara 330 m.s^-1, maka frekuensi yang didengar oleh sopir mobil A sebelum berpapasan adalah….

1. 670 Hz
2. 700 Hz
3. 720 Hz
4. 760 Hz
5. 800 Hz

Pembahasan
Aturan tanda :
v selalu positif
v_p positif jika pendengar mendekati sumber bunyi
v_p negatif jika pendengar menjauhi sumber bunyi
v_s positif jika sumber bunyi menjauhi pendengar
v_s negatif jika sumber bunyi mendekati pendengar
v_p = 0 jika pendengar diam
v_s = 0 jika sumber bunyi diam
Diketahui :
Frekuensi sumber bunyi (f) = 580 Hz
Kecepatan pendengar (v_p) = 20 m.s^-1
Kecepatan sumber bunyi (v_s) = -40 m.s^-1
Cepat rambat bunyi (v) = 330 m.s^-1
Ditanya : Frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar (f’)
Jawab :
Rumus efek Doppler :
Jawaban yang benar adalah B.

2. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.24
Mobil A dan mobil B bergerak saling menjauh, mobil A bergerak dengan kecepatan 36 km.jam^-1 sambil membunyikan klakson panjang dengan frekuensi 700 Hz, cepat rambat bunyi di udara 340 m.s^-1. Bila frekuensi klakson yang didengar pengemudi mobil B = 600 Hz, maka kecepatan mobil B adalah….

1. 30 m.s^-1
2. 35 m.s^-1
3. 40 m.s^-1
4. 50 m.s^-1
5. 65 m.s^-1

Pembahasan
Diketahui :
Frekuensi sumber bunyi (f) = 700 Hz
Frekuensi bunyi yang didengar pendengar (f’) = 600 Hz
Kecepatan sumber bunyi (v_s) = 36 km/jam = 36.000 meter / 3600 sekon = 10 m/s
Cepat rambat bunyi (v) = 340 m.s^-1
Ditanya : Kecepatan pendengar (v_p)
Jawab :
v_p negatif karena pendengar menjauhi sumber bunyi.
v_s positif karena sumber bunyi menjauhi pendengar.
Jawaban yang benar adalah C.

Pembahasan soal UN fisika SMA/MA 2014 – Gelombang cahaya

1. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.23
Seberkas sinar monokromatik dengan panjang gelombang 5.10^-7 m diarahkan tegak lurus pada kisi. Jika jarak layar ke kisi 2 m dan pada layar terjadi terang orde ke-3 dengan jarak 150 cm dari terang pusat, maka jarak antara celah adalah….

1. 4.10^-6 m
2. 3.10^-6 m
3. 2.10^-6 m
4. 3.10^-7 m
5. 2.10^-7 m

Pembahasan
Diketahui :
Panjang gelombang (λ) = 5 x 10^-7 meter
l = 2 meter
n = 3
y = 150 cm = 1,5 meter
Ditanya : konstanta kisi
Jawab :
sin θ ≈ tan θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 x 10^-2

Jarak antara celah :
d sin θ = n λ
d (75.10^-2) = (3)(5.10^-7)
d (75.10^-2) = 15.10^-7
d = (15.10^-7) / (75.10^-2)
d = (15/75).10^-5
d = (1/5)(10^-5) meter
d = (0,2)(10^-5) meter
d = 2.10^-6 meter
Jawaban yang benar adalah C.

Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.23
Seberkas sinar monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm (1 nano = 10^-9) datang tegak lurus pada kisi. Jika terang keempat membentuk sudut deviasi 30^o, jumlah garis per cm kisi adalah….

1. 3000
2. 2500
3. 1250
4. 1000
5. 250

Pembahasan
Diketahui :
Panjang gelombang (λ) = 500.10^-9 meter = 5.10^-7 meter
θ = 30^o
n = 4
Ditanya : jumlah garis per cm kisi
Jawab :
Jarak antara celah :
d sin θ = n λ
d (sin 30^o) = (4)(5.10^-7)
d (0,5) = 20.10^-7
d = (20.10^-7) / 0,5
d = 40.10^-7
d = 4.10^-6  meter

Jumlah garis per cm kisi :
x = 1 / 4.10^-6  meter
x = 0,25.10⁶ garis / meter
x = 0,25.10⁶ garis / 10² cm
x = 0,25.10⁴ garis / cm
x = 25.10² garis / cm
x = 2500 garis / cm
Jawaban yang benar adalah B.

1. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.19
Sebuah mesin Carnot menerima kalor dari reservoir suhu tinggi 800 K dan mempunyai efisiensi 50%. Agar efisiensi menjadi 80% dengan mempertahankan suhu reservoir rendah tetap, maka suhu tinggi harus diubah menjadi….
A. 1.600 K
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K
Pembahasan
Diketahui :
Jika suhu tinggi (TH) = 800 K , efisiensi (e) = 50% = 0,5
Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80% = 0,8
Jawab :
Suhu rendah = 400 Kelvin

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80 % ?
Suhu tinggi = 2.000 Kelvin
Jawaban yang benar adalah B.
2. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.19
Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….
A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K
Pembahasan
Diketahui :
Jika suhu tinggi (TH) = 600 K , efisiensi (e) = 40% = 0,4
Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75% = 0,75
Jawab :
Suhu rendah = 360 Kelvin
Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75 % ?
Suhu tinggi = 1440 Kelvin
Jawaban yang benar adalah E.