SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR II

UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR II

SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR II

¹_Y @_Y Dengan menguraikan ›_2 0,72 ›_' 0,96

Sementara untuk ›_ didapatkan ›2  0

›'  10tß _T

Sehingga arah dan besar medan magnet di titik (4,0,0) ›DE  ›DE2Ĥ  ›DE'

›DE  0,72 u 2. Diketahui : :  0,1 kg/m ;

Berosilasi pada titik a. Ditanyakan : Laju rambat gelombang

Jawab :
 l^‘_f l^_

b. Ditanyakan : Fungsi gelombang tersebut jika merambat ke Jawab :

Bentuk umum fungsi gelombang yang merambat ke sumbu M,    cos

Karena
 / maka

Fungsi gelombang pada tali tersebut adalah M,   5 cos

SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR II

TAHUN 2002/2003

¶_ 3 A

Besar dan arah medan magnet pada titik (4,0,0)

Gambar pada bidang M   (dengan sumbu-z keluar bidang kertas)

Jarak dari kawat 1 ke titik (4,0,0) adalah ;_ 4 m

Jarak dari kawat 2 ke titik (4,0,0) adalah ; √3 4 5 m Kuat medan magnet di (4,0,0) oleh kawat 1 adalah › ^fO

‚ ¹_ˆ

@_ˆ 10tß

Kuat medan magnet di (4,0,0) oleh kawat 2 adalah  1,2 u 10tß _T

Dengan menguraikan › dalam arah sumbu-x dan sumbu-y akan diperoleh 72 u 10tß _T

96 u 10tß _T

didapatkan T

Sehingga arah dan besar medan magnet di titik (4,0,0)

E_{'F̂  0,72 u 10}tß5  1  0,96 u 10tß0 u 10tß5  0,04 u 10tß0

kg/m ;   2,5 N

Berosilasi pada titik M  0 #   5 cos10m  m/4 Laju rambat gelombang

l^,_, 5 m/s

Fungsi gelombang tersebut jika merambat ke sumbu-x positif Bentuk umum fungsi gelombang yang merambat ke sumbu-x positif adalah

cos  M   maka   /
 2m Fungsi gelombang pada tali tersebut adalah

cos10m  2mM  m/4

z keluar bidang kertas)

T y akan diperoleh   x positif x positif adalah

c. Ditanyakan : Kecepatan getar tali pada saat Jawab :

_(Z ^&'_&(  50 sin

 50

 50

Jadi kecepatan getar tali pada saat 3. Diketahui : B  0,03 mm ;

a. Ditanyakan : Beda fasa Jawab :

Misalkan persamaan gelombang untuk sinar masing-masing adalah

4_: _  cos 4:   cos 4/: /  cos

Karena ketiga celah tersebut identik, maka kita dapat menuliskan

  cos    cos /   cos Diagram fasor pada saat

Secara geometris, susunan fasor yang akan menghasilkan

Susunan ini diperoleh bila

(Catatan : / adalah beda fase antara dua fasor berurutan) Susunan fasor yang akan menghasilkan

Kecepatan getar tali pada saat   0,25 s dan M  0,125 10m  2mM  m/4

50 sin10m0,2  2m0,125  m/4 50 sin2m  0

Jadi kecepatan getar tali pada saat   0,24 dan M  0,125 m adalah nol mm ;  6000 A ; È  5 m ; Ñ  0,01 mm

Beda fasa / yang menghasilkan intensitas maksimum dan minimum

Misalkan persamaan gelombang untuk sinar 4, 4, 4/ cos  M_

cos  M cos  M/

Karena ketiga celah tersebut identik, maka kita dapat   M

  M  /   M  2/

Diagram fasor pada saat   0 dan M  0 adalah

Secara geometris, susunan fasor yang akan menghasilkan e terbesar adalah

Susunan ini diperoleh bila /  0, …2m, …4m, …6m, … adalah beda fase antara dua fasor berurutan)

Susunan fasor yang akan menghasilkan e terkecil (minimum) adalah 125 m

m adalah nol

yang menghasilkan intensitas maksimum dan minimum

terbesar adalah e 3

_e minimum diperoleh dari dua konfigurasi yang masing b. Ditanyakan : Distribusi intensitas terhadap

Jawab :

Maksimum Utama Minimum

Maksimum Sekunder

Gambar distribusi intensitas terhadap

c. Ditanyakan : Distribusi intensitas terhadap jika Jawab :

4. Diketahui : Sumber yang terukur Frekuensi sumber

Fase awal 

c  30 Ω ; È

a. Ditanyakan : Tegangan sumber sebagai fungsi cosinus Jawab :

Tegangan maksimum sumber Frekuensi sudut   2m8 Jadi tegangan sumber adalah
9 
cos 

b. Ditanyakan : Persamaan arus total

minimum diperoleh dari dua konfigurasi yang masing-masing / ^‚_/ Distribusi intensitas terhadap /

/ ¶/¶_

u 2m 9 u 2m …^2m₃ ⁰ u 2m … m 1 Gambar distribusi intensitas terhadap / adalah

Distribusi intensitas terhadap jika / Ñ  0,01 mm

Sumber yang terukur
9 k 60V Frekuensi sumber 8  50Hz

 m/6

È  100/m mH ; œ  200/m mF Tegangan sumber sebagai fungsi cosinus Tegangan maksimum sumber

k√2  60√2

m8  100m rad/s tegangan sumber adalah

  60√2 cos100m  m/6 V Persamaan arus total

‚

Jawab :

Impedansi rangkaian -  vc Îà Î¥ lc È _|¥^   50 Ω Arus maksimum ¶ ^ÔÏ

2 ^0√_ ^0√_ A Diagram fasor

Dari diagram fasor di atas dapat dilihat bahwa arus mendahului tegangan dengan beda fase

tan  ⁽%t(_¤

e  ^_/ #  53] 0,3m rad Jadi persamaan arus pada rangkaian adalah

5  5cos    ⁰_√2 cos +100m ^‚₀ 0,3m- ⁰_√2 cos100m  ,47m A c. Ditanyakan : Beda potensial pada titik ac

Jawab :

Impedansi pada titik ac, -@†  lc Îà^ √30 10 10√10 Ω

Tegangan maksimum pada titik ac, Ë_{@† @9} ¶_-_@†⁰_√2 u 10√10  24√5 V Diagram fasor

Dari diagram fasor di atas dapat dilihat bahwa tegangan mendahului arus dengan beda fase sebesar @†

tan _@† ⁽%

e ^_/^_/

@† ;6t+^_/-  0,32] 0,1m rad

Jadi persamaan beda potensial antara titik a dan c adalah
_@† 
@† @9cos  _  _@†

 24√5 cos100m  0,57m 5. Diketahui : Dua solenoida ideal sepusat

a. Ditanyakan : Fluks magnetik pada solenoida besar Jawab : Tinjau solenoid berjejari c_

3_W  L ›DE · BE  › L B  ›mc^

b. Ditanyakan : Induktansi bersama Jawab : _ ™^&¹_&( dan _  V_^&4[

&(

Dari keduanya kita dapatkan hubungan antara induktansi bersama dengan fluks magnetik yaitu

™  V_^&4[

&( &¹ &(^⁄

Karena arus yang mengalir berubah terhadap waktu, maka fluks magnetiknya pun berubah terhadap waktu

™  V_mc_ &¹

&(&¹ &(^⁄  V_mc_

Jawab :

Arus yang mengalir pada hambatan C adalah arus yang berasal dari solenoid c. Maka dengan mengetahui besar tegangan yang dihasilkan oleh induktor, kita dapat mengetahui arus yang mengalir pada hambatan menggunakan hukum Ohm

 V^&4_&(^[  Vmc_ &¹

&( 3Vmc_

Dengan menggunakan hukum Ohm kita dapat mengetahui besarnya arus yang mengalir pada hambatan C

¶ ^_Z  ^/“ˆ‚e_YY

SOAL UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR II

TAHUN 2003/2004

1. Dua buah kawat lurus panjang tak berhingga dialiri arus ¶ yang arahnya berlawanan menembus bidang M   seperti terlihat pada gambar di samping

a. Tentukan besar dan arah medan magnet di titik O (0,0) b. Tentukan besar dan arah medan magnet di titik P (d/2,d/2) 2. Pada gambar di samping dapat dilihat sebuah rangka kawat

berbentuk U terbalik pada bidang vertikal di medan gravitasi dan medan magnet homogen. Besar medan magnet tersebut 2T yang arahnya ditunjukkan pada gambar (masuk bidang kertas). Batang konduktor ; memiliki hambatan c sebesar 1Ω panjangnya 50 cm, dan massanya 10 gram yang dapat meluncur tanpa gesekan pada kawat berbentuk U terbalik

a. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada batang ;

b. Pada saat batang ; bergerak dengan laju tetap, tentukan

besar dan arah arus induksi yang mengalir pada batang ; (ke kiri atau ke kanan) c. Tentukan besar ggl imbas pada batang ;

d. Tentukan laju tetap dari batang ; tersebut

3. Sebuah transformator diperlukan oleh sebuah perusahaan untuk mengubah sumber tegangan bolak-balik dari 20kV menjadi 200V dengan kuat arus sekunder sebesar 50 A

a. Tentukan jumlah lilitan pada kumparan primer jika jumlah lilitan pada kumparan sekunder adalah 100

b. Tentukan kuat arus primer maksimum

c. Jika digunakan sumber tegangan searah, tentukan tegangan dan kuat arus pada sekundernya 4. Sumber tegangan bolak-balik dengan frekuensi 50 Hz dihubungkan pada lampu tabung (TL=tube

lamp) diasumsikan sebagai hambatan murni. Jika tegangan efektif sumber yang digunakan 228,5 V dan sumber hambatan dalam C  166,3, kuat arus efektif yang mengalir adalah 0,6A dan tegangan listrik efektif pada lampu adalah 84V

a. Hitung induksi È

b. Tentukan beda fasa antar tegangan dan kuat arus c. Hitung daya rata-rata pada tabung

d. Jika pada rangkaian di atas dipasang kapasitor secara seri 4,7 µF, berapakah kuat arus efektif yang mengalir

5. Gelombang sinusoida merambat dalam tali. Ujung tali (M  0) berosilasi menurut persamaan   cos , dengan   cos  m/4,  dalam detik

a. Hitung besar frekuensi gelombang

b. Jika gelombang merambat ke arah sumbu-x positif, berapa panjang gelombang dan laju rambatnya

SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER II

1. Diketahui : Dua kawat panjang lurus tak berhingga dialiri arus a. Ditanyakan : Medan magnet di titik O

Jawab : Perhatikan gambar

masing-masing kawat, yaitu ›DE] ›DE] ›DE]

 ^fO¹

‚&Ĥ  ^fO¹ ‚&F̂ _^f

Besar medan magnet di titik O adalah › v›] ›]

Dengan arah membentuk sudut dimana

7  ;6t+^W_W

b. Ditanyakan : Medan magnet di titik P Jawab :

Perhatikan gambar berikut

Jarak dari kawat 1 ke titik P sama dengan jarak dari kawat 2 ke titik P yaitu sebesar 1Â B√2. Sehingga besar medan magnet yang dihasilkan oleh masing₂

›¼ ›¼

Besar medan magnet di titik P adalah ›¼ ›¼ ›

SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR II

TAHUN 2003/2004

Dua kawat panjang lurus tak berhingga dialiri arus ¶ dengan arah berlawanan Medan magnet di titik O

Perhatikan gambar

Karena besar arus yang mengalir pada kawat 1 dan 2 adalah sama dan jarak dari kawat 1 ke titik O sama dengan jarak dari kawat 2 ke titik O maka besar

yang dihasilkan oleh kedua kawat tersebut pada titik O adalah sama, yaitu sebesar

›]  ›] ^fO¹ ‚&

Arah kedua vektor medan magnet tersebut dapat digambarkan sebagai

Vektor medan magnet di titik O adalah resultan dari vector medan-medan magnet yang dihasilkan oleh masing kawat, yaitu

f_O¹

‚&Ĥ  F̂ Besar medan magnet di titik O adalah

  ^fO¹ ‚&√2

Dengan arah membentuk sudut 7 terhadap sumbu-x positif, +^W¿ˆ

W_¿Y-  ;6t1  45]

Medan magnet di titik P (B/2, B/2)

Perhatikan gambar berikut

Jarak dari kawat 1 ke titik P sama dengan jarak dari kawat 2 ke titik P yaitu sebesar besar medan magnet yang dihasilkan oleh masing-masing kawat adalah

 ^fO¹

‚^ˆ_Y&√ ^fO¹ ‚&√ ^fO¹

‚&√2 Besar medan magnet di titik P adalah

›¼^fO¹ ‚&√2

dengan arah berlawanan

Karena besar arus yang mengalir pada kawat 1 dan 2 adalah sama dan jarak dari kawat 1 ke titik O sama dengan jarak dari kawat 2 ke titik O maka besar medan magnet yang dihasilkan oleh kedua kawat tersebut pada titik O

Arah kedua vektor medan magnet tersebut dapat

Vektor medan magnet di titik O adalah resultan dari medan magnet yang dihasilkan oleh

Jarak dari kawat 1 ke titik P sama dengan jarak dari kawat 2 ke titik P yaitu sebesar masing kawat adalah

Dengan arah membentuk sudut 45] _{terhadap sumbu-x positif}

2. Diketahui : ›  2 T ; c  1 Ω ; È  0,5 m ;  10g  0,01kg ;   10 m/s2 a. Ditanyakan : Gaya-gaya yang bekerja pada batang ;

Jawab :

Gaya-gaya yang bekerja pada batang ; adalah gaya gravitasi dan gaya Lorentz. Gaya-gaya pada batang ; diperlihatkan pada gambar di samping. Total gaya yang bekerja pada batang ; adalah nol

b. Ditanyakan : Besar dan arah arus induksi yang mengalir pada batang ; Jawab :

Ketika batang ; bergerak dengan laju tetap maka berlaku ∑   0 # à   0

›¶È    0 # ¶ ^_Wà

Sehingga arus yang mengalir pada kawat ; adalah ¶ ^_Wà ^,_,  0,1A

Dengan menggunakan aturan tangan kanan dapat disimpulkan bahwa arah yang mengalir pada kawat ; adalah ke kanan

c. Ditanyakan : Besar ggl imbas pada batang ; Jawab :

  ¶c  0,11  0,1 V d. Ditanyakan : Laju batang ;

Jawab :

Untuk menghitung laju batang ; kita dapat menggunakan hukum Faraday. Perhatikan gambar berikut

 ^&4_&( _&(^&› ·   ^&W_&(  ›^&__&(

Karena medan magnet konstan maka &W &(  0 sehingga   ›^&__&(

Dari gambar dapat disimpulkan bahwa B  È BM sehingga   ›^&__&(  ›È^&2_&(  ›È

_Wà^ _,^,  0,1 m/s

3. Diketahui : Ë? 20Ë ; Ë9 200Ë ; ¶9  50 A ; V9  100 a. Ditanyakan : Jumlah lilitan pada kumparan primer

Jawab :

Ô_J

Ô_§^“J

“_§ # V_?^ÔJ

Ô_§V₉

b. Ditanyakan : Kuat arus primer maksimum Jawab :

Dengan menganggap transformator ideal maka daya pada kumparan primer sama dengan kumparan sekunder j_? j₉ Ë?¶? Ë9¶9 ¶? ^Ô§ Ô_J¶9_^ 50  0,5 A c. Ditanyakan : Tegangan dan kuat arus sekunder

Jawab :

Transformator bekerja berdasarkan hukum Faraday yaitu ggl induksi yang muncul karena adanya perubahan fluks. Jika tegangan yang digunakan adalah tegangan searah yang tidak berubah terhadap waktu maka tidak akan terjadi perubahan fluks dan tidak akan dihasilkan ggl induksi pada kumparan sekunder. Jadi jika digunakan tegangan searah maka tegangan dan kuat arus pada kumparan sekunder adalah nol

4. Diketahui : 8  50 Hz ; Ë9 k  228,5 V ; C  166,3 Ω ; ¶k  0,6 A ; Ëe k 84 V a. Ditanyakan : Induksi È Jawab : Ë9 k ¶9 k- # Ë9 k ¶9 kvC  c È Ë9 k ¶9 k5ïC ^Ôé áÓÓ ¹_{§ áÓÓ}ð^ 2m8È ï^Ô§ áÓÓ ¹_{§ áÓÓ}ð^ ïC ^Ôé áÓÓ ¹_{§ áÓÓ}ð^ 2m8È 2m8È  ï^Ô§ áÓÓ ¹_{§ áÓÓ}ð^ ïC ^Ôé áÓÓ ¹_{§ áÓÓ}ð^ È _‚^ 5ï^Ô§ áÓÓ ¹_{§ áÓÓ}ð^ ïC ^Ôé áÓÓ ¹_{§ áÓÓ}ð^ È _‚^ l+^s,_,0 -^ +166,3 _,0^s-^ 0,72 H b. Ditanyakan : Beda fase antara tegangan dan arus

Jawab :

tan _e‡Z^|à ^{‚,ß}_/0,/  0,74  arctan0,74  0,636 C;B  50,4]

c. Ditanyakan : Daya rata-rata pada lampu tabung Jawab :

j  Ë_{e k}¶_{9 k} 840,6  50,4 W d. Ditanyakan : Kuat arus

Jawab :

Jika kapasitor œ  4,7: dipasang seri, maka impedansi total

-  lc  C +È _|¥^-^ l306,3 +2m5072 _‚^ _æ¡-^ -  545,7 Ω

Arus efektif yang mengalir ¶_{9 k}^Ô§ áÓÓ

5. Diketahui : pada M  0 ;   cos 

pada M  0,05 m ;   cos  m/4   0,1 m ;   20m rad/s

a. Ditanyakan : Frekuensi gelombang Jawab :

Dari hubungan   2m8 akan diperoleh 8 _‚^| ^‚_‚  10 Hz b. Ditanyakan : Panjang gelombang dan laju rambat

Jawab :

Bentuk umum persamaan gelombang yang merambat ke arah sumbu-x positif adalah   cos  M. Dengan membandingkan persamaan gelombang pada titik M  0,05 m akan diperoleh

0,05  cos  0,05  cos  m/4

Maka dapat disimpulkan bahwa 0,05  m/4 sehingga  _,^‚  5m m-1 c. Ditanyakan : Fungsi gelombang

Jawab :

Dengan mensubstitusikan nilai-nilai yang telah didapatkan ke bentuk umum, persamaan gelombang akan diperoleh

  cos  M   0,1 cos20m  5mM

1. Suatu kawat dilekukkan membentuk Setengah lingkaran pertama memiliki jari

pada bidang   6 sedangkan setengah lingkaran kedua berjari C_ 5 cm dan terletak pada bidang

tersebut berada pada pusat koordinat. Jika kawat diairi arus dalam arah seperti ditunjukkan pada gambar

a. Tentukan besar dan arah medan magnet di pusat koordinat yang dihasilkan oleh

masing-b. Tentukan besar dan arah medan magnet resultan di pusat koordinat 2. Dua rel logam berbentuk U yang bukaannya menghadap ke atas

ditempatkan dalam ruang yang memiliki

dengan arah masuk tegak lurus bidang gambar. Batang logam panjangnya 2 m dan massanya 0,03 kg mula

dilepaskan tanpa kecepatan awal. Ketika tercapai keadaan seimbang, tentukan

a. Gaya-gaya yang bekerja pada batang

b. Besar dan arah induksi yang mengalir pada logam

3. Ujung tali digetarkan dengan periode 0,4s. Simpangan maksimum yang dibentuk adalah 10 cm pada saat   0,24, ujung tali (yaitu

merambat ke arah x positif dengan laju 4 m/s. Jika dianggap belum ada gelombang terpantulkan tentukan

a. Panjang gelombang dan frekuensi sudut b. Persamaan gelombang dalam fungsi cosinus c. Simpangan pada posisi

5. Cahaya sejajar dari sumbu kromatik dijatuhkan secara tegak lurus pada celah interferensi atau difraksi

a. Jika dijatuhkan pada celah interferensi 4 celah, gambarkan pola in (sampai pada orde dua). Diketahui jarak antar celah adalah b. Jika dijatuhkan pada suatu celah difraksi dengan lebar

sebagai fungsi sin 7 (sampai orde 3) c. Jika dijatuhkan pada em

gambarkan pola interferensi /difraksi sebagai fungsi Diketahui B  4Ñ

d. Pada pertanyaan (c), maksimum ke berapa dari pola interferensi yang hil difraksi?

6. Jawablah pertanyaan berikut ini

a. Gambarkan model atom Rutherford, dan berikan penjelasan kualitatif tentang model atom ini tidak stabil

b. Mengapa model atom tidak stabil?

c. Apa usul Bohr untuk menstabilkan model atom

d. Turunkan persamaan kuantisasi energi elektron model Bohr untuk atom hidrogen jika diketahui, massa elektron k  9

`  6,6 u 10t/ _Js

SOAL UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR II

TAHUN 2004/2005

Suatu kawat dilekukkan membentuk dua buah setengah lingkaran seperti terlihat pada gambar. Setengah lingkaran pertama memiliki jari-jari C 10 cm dan terletak

sedangkan setengah lingkaran kedua berjari-jari cm dan terletak pada bidang M  . Titik pusat lengkungan tersebut berada pada pusat koordinat. Jika kawat diairi arus ¶  0,1A dalam arah seperti ditunjukkan pada gambar

arah medan magnet di pusat koordinat yang -masing lengkungan kawat

Tentukan besar dan arah medan magnet resultan di pusat koordinat Dua rel logam berbentuk U yang bukaannya menghadap ke atas ditempatkan dalam ruang yang memiliki medan magnet ›  0,6 T dengan arah masuk tegak lurus bidang gambar. Batang logam ; yang panjangnya 2 m dan massanya 0,03 kg mula-mula diam, kemudian an tanpa kecepatan awal. Ketika tercapai keadaan seimbang,

gaya yang bekerja pada batang ;

Besar dan arah induksi yang mengalir pada logam

Ujung tali digetarkan dengan periode 0,4s. Simpangan maksimum yang dibentuk adalah 10 cm , ujung tali (yaitu M  0) mengalami simpangan dan gelombang yang terbentuk merambat ke arah x positif dengan laju 4 m/s. Jika dianggap belum ada gelombang terpantulkan

Panjang gelombang dan frekuensi sudut mbang dalam fungsi cosinus Simpangan pada posisi M  0,4 pada saat   0,34

Cahaya sejajar dari sumbu kromatik dijatuhkan secara tegak lurus pada celah interferensi atau Jika dijatuhkan pada celah interferensi 4 celah, gambarkan pola interferensi sebagai fungsi (sampai pada orde dua). Diketahui jarak antar celah adalah B

Jika dijatuhkan pada suatu celah difraksi dengan lebar Ñ, gambarkan pola intensitas difraksi (sampai orde 3)

pada empat buah celah difraksi dengan lebar celah Ñ, dan jarak antar celah gambarkan pola interferensi /difraksi sebagai fungsi sin 7 (dari orde ke 0 sampai orde 5). Pada pertanyaan (c), maksimum ke berapa dari pola interferensi yang hil

Jawablah pertanyaan berikut ini

Gambarkan model atom Rutherford, dan berikan penjelasan kualitatif tentang model atom ini Mengapa model atom tidak stabil?

Apa usul Bohr untuk menstabilkan model atom ini?

Turunkan persamaan kuantisasi energi elektron model Bohr untuk atom hidrogen jika diketahui, 9,1 u 10t/ _{kg dan muatannya} À  1,6 u 10t« _{C serta konstanta Planck}

dua buah setengah lingkaran seperti terlihat pada gambar.

Ujung tali digetarkan dengan periode 0,4s. Simpangan maksimum yang dibentuk adalah 10 cm ) mengalami simpangan dan gelombang yang terbentuk merambat ke arah x positif dengan laju 4 m/s. Jika dianggap belum ada gelombang terpantulkan

Cahaya sejajar dari sumbu kromatik dijatuhkan secara tegak lurus pada celah interferensi atau terferensi sebagai fungsi sin 7 , gambarkan pola intensitas difraksi , dan jarak antar celah B, (dari orde ke 0 sampai orde 5). Pada pertanyaan (c), maksimum ke berapa dari pola interferensi yang hilang akibat adanya

Gambarkan model atom Rutherford, dan berikan penjelasan kualitatif tentang model atom ini

Turunkan persamaan kuantisasi energi elektron model Bohr untuk atom hidrogen jika diketahui, C serta konstanta Planck

SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER II

1. Diketahui : C 10 cm ;

a. Ditanyakan : Besar dan arah medan magnet di titik pusat koordinat Jawab :

Perhatikan gambar berikut

Besar B, ›  v›^ ›

b. Ditanyakan : Besar dan arah medan magnet resultan Jawab :

Besar ›  v›_ ›_

Arah : bidang M   dengan membentuk sudut terhadap sumbu 7  arctan +^W_W

2. Diketahui : É  2

a. Ditanyakan : Gaya yang bekerja pada batang Jawab :

Gaya yang bekerja pada kawat adalah gaya Lorentz ke atas bawah d  

b. Ditanyakan : Besar dan arah Induksi yang mengalir Jawab :

Dalam keadaan setimbang, kedua gayanya sama besar, sehingga arus induksi adalah ¶ ^_^W ^,/_

Arah arus :

Penjelasan 1 : Karena gerak turun kawat memperkecil luas daerah yang dilingkupi batang

; dan rel maka terjadi penguranga

menghasilkan medan magnet yang melawan perubahan fluks. Karena itu arah medan magnet di dalam loop yang dihasilkan arus induksi harus dari depan ke belakang tegak lurus bidang juga. Untuk menghasilkan meda

dari ; ke  kemudian turun ke sisi kanan rel

SOLUSI UJIAN TENGAH SEMESTER II FISIKA DASAR II

TAHUN 2004/2005

C_ 5 cm ; ¶  0,1 A

Besar dan arah medan magnet di titik pusat koordinat

Perhatikan gambar berikut

i. Medan magnet yang dihasilkan oleh berada pada bidang   6

Besar : ›^fO¹

Z_ˆ^‚u_,^æ, 3,14 Arah : Sumbu-x negatif

ii. Medan magnet total

Lekukan kawat pada bidang M   › ^fO¹

Z_ˆ^‚u_,^æ, 6,28 u Arah : Sumbu-z negatif

›_ v3,14 u 10tß 6,28 u 10tß 7,02 sar dan arah medan magnet resultan

 v3,14 u 10tß 6,28 u 10tß 7,02 u dengan membentuk sudut terhadap sumbu-z negatif

+^Wˆ

W_Y-  arctan +^/,u_0,su^æ_æ-  arctan +^_-  26,6] 2 m ;  0,03 kg ; ›  0,6 T

Gaya yang bekerja pada batang ;

bekerja pada kawat adalah gaya Lorentz ke atas W  Besar dan arah Induksi yang mengalir

Dalam keadaan setimbang, kedua gayanya sama besar, sehingga arus induksi adalah

 /

,0  0,25 A

: Karena gerak turun kawat memperkecil luas daerah yang dilingkupi batang dan rel maka terjadi pengurangan fluks. Menurut hukum Lorentz, arus induksi harus menghasilkan medan magnet yang melawan perubahan fluks. Karena itu arah medan magnet di yang dihasilkan arus induksi harus dari depan ke belakang tegak lurus bidang juga. Untuk menghasilkan medan magnet arah tegak lurus ke belakang, maka

kemudian turun ke sisi kanan rel

dan magnet yang dihasilkan oleh lekukan kawat yang

14 u 10tß _T

u 10tß _T 02 u 10tß _T

10tß _T

z negatif

 ¶È› dan gaya berat ke

Dalam keadaan setimbang, kedua gayanya sama besar, sehingga arus induksi adalah

: Karena gerak turun kawat memperkecil luas daerah yang dilingkupi batang n fluks. Menurut hukum Lorentz, arus induksi harus menghasilkan medan magnet yang melawan perubahan fluks. Karena itu arah medan magnet di yang dihasilkan arus induksi harus dari depan ke belakang tegak lurus bidang juga. n magnet arah tegak lurus ke belakang, maka arah arus induksi adalah

Penjelasan 2 : Karena gerak turun batang ;, maka muatan dalam batang ; memiliki kecepatan ke bawah. Karena ada medan magnet ke arah belakang, maka muatan tersebut mengalami gaya Lorentz yang arahnya ke ujung  untuk muatan positif dan ujung ; untuk muatan negatif. Karena arah arus sesuai dengan arah aliran muatan positif, maka arah arus adalah dari ; ke  kemudian turun di sisi kanan rel

3. Diketahui : 3  0,4 s ;
 4 m/s ;   0,1 m

a. Ditanyakan : Panjang gelombang dan frekuensi sudut Jawab :

Frekuensi sudut   2m/3  5m rad/s

Panjang gelombang 
  40,4  1,6 m Bilangan gelombang   2m/  2m/1,6  5m/4 b. Ditanyakan : Persamaan gelombang

Jawab :

M,    cos  M    0,1 cos +5m ^‚_ M  -

Pada saat   0,2 s, simpangan titik M  0 adalah maksimum. Jadi   0,1 m. Sehingga 0,1  0,1 cos +5m0,2 ^‚_ 0  - # m   0 #  m

Sehingga bentuk lengkap persamaan gelombang M,   0,1 cos +5m ^‚_ M  m- m

c. Ditanyakan : Simpangan di titik M  0,4 m saat   0,3 s Jawab :

0,4 ; 0,3  0,1 cos +5m0,3 ^‚_ 0,4  m-  0,1 m 4. a. Hambatan total : c  c c 30  50  80 Ω

Reaktansi induktif : Îà  È  104 u 10t/  40 Ω Reaktansi kapasitif : Î¥  1/œ  1/1010t0  100 Ω Impedansi total : -@&  vc Îà Î¥

Fase : 3  arctan +^t_s -  arctan +^/_-  0,64 rad atau 37]

Potensial maksimum antara titik ; dan  Ë  ¶-@Ž 0,02100  2 V

Karena Î¥‰ Îà maka rangkaian bersifat kapasitif. Oleh karena itu arus mendahului tegangan. Kebergantungan tegangan antara ; dan  terhadap waktu adalah

Ë@Ž  2 cos  m/6  0,64  2 cos  0,12 V c. j@†^_¶c ^_0,0280  0,016 W

5. Diketahui : Cahaya sejajar monokromatik dijatuhkan tegak lurus pada celah interferensi atau difraksi

a.

b.

c.

d. Maksimum keempat pola interferensi hilang karena tepat berhimpit dengan minimum pertama pola difraksi

6. Jawab :

a. Gambaran model atom

i. Atom terdiri dari inti dimana hampir elektron mengitari inti dalam orbit lingkaran

ii. Jari-jari orbit elektron jauh lebih besar dari ukuran inti sehingga hampir semua volume atom merupakan ruang kosong

iii. Elektron tetap berada pada orbitnya karena adanya gaya Coulomb antara elektron dengan inti

b. Masalah kestabilan atom yang dihadapi model atom Rutherford. Berdasarkan teori elektrodinamika klasik :

i. Muatan yang bergerak dengan perc ii. Elektron adalah partikel bermuatan

iii. Karena bergerak melingkar maka elektron memiliki percepatan sentripetal, karena itu elektron selalu memancarkan gelombang EM

iv. Akibat energi yang dimiliki elektron semakin kecil hingga v. Pada akhirnya elektron jatuh ke inti, yang berarti atom tidak stabil

Maksimum keempat pola interferensi hilang karena tepat berhimpit dengan minimum pertama

Gambaran model atom Rutherford

Atom terdiri dari inti dimana hampir seluruh massa atom terkonsentrasi dan elektron elektron mengitari inti dalam orbit lingkaran

jari orbit elektron jauh lebih besar dari ukuran inti sehingga hampir semua volume atom uang kosong

Elektron tetap berada pada orbitnya karena adanya gaya Coulomb antara elektron dengan

Masalah kestabilan atom yang dihadapi model atom Rutherford. Berdasarkan teori elektrodinamika klasik :

Muatan yang bergerak dengan percepatan memancarkan gelombang EM Elektron adalah partikel bermuatan

Karena bergerak melingkar maka elektron memiliki percepatan sentripetal, karena itu elektron selalu memancarkan gelombang EM

Akibat energi yang dimiliki elektron semakin kecil hingga jarak elektron ke inti makin kecil Pada akhirnya elektron jatuh ke inti, yang berarti atom tidak stabil

Maksimum keempat pola interferensi hilang karena tepat berhimpit dengan minimum pertama

seluruh massa atom terkonsentrasi dan elektron-jari orbit elektron jauh lebih besar dari ukuran inti sehingga hampir semua volume atom Elektron tetap berada pada orbitnya karena adanya gaya Coulomb antara elektron dengan