KUMPULAN SOAL FISIKA KELAS XII
Nada-Nada Pipa Organa dan Dawai
Soal No. 1
Sebuah pipa organa yang terbuka kedua ujungnya memiliki nada dasar dengan frekuensi sebesar 300 Hz. Tentukan besar frekuensi dari :
a) Nada atas pertama b) Nada atas kedua c) Nada atas ketiga
Pembahasan
Perbandingan nada-nada pada pipa organa terbuka (POB) memenuhi:
fo : f1 : f2 : f3 : ... = 1 : 2 : 3 : 4 : ...
dengan:
fo adalah frekuensi nada dasar
f1 adalah frekuensi nada atas pertama
f2 adalah frtekuensi nada atas kedua
dan seterusnya.
Caution!!!
(Sesuaikan lambang-lambang jika terdapat perbedaan, sebagian literature melambangkan
nada dasar sebagai f1)
a) Nada atas pertama (f1)
f1 / fo = 2/1
f1 = 2 × fo = 2× 300 Hz = 600 Hz
b) Nada atas kedua ( f2)
f2/ fo = 3 / 1
c) Nada atas ketiga f3/ fo = 4 / 1
f3 = 4 × fo = 4 × 300 = 1200 Hz
Soal No. 2
Sebuah pipa organa yang tertutup salah satu ujungnya memiliki nada dasar dengan frekuensi sebesar 300 Hz. Tentukan besar frekuensi dari :
a) Nada atas pertama b) Nada atas kedua c) Nada atas ketiga
Pembahasan
Perbandingan nada-nada pada pipa organa tertutup (POT) memenuhi:
fo : f1 : f2 : f3 : ... = 1 : 3 : 5 : 7 : ...
dengan:
fo adalah frekuensi nada dasar
f1 adalah frekuensi nada atas pertama
f2 adalah frtekuensi nada atas kedua
a) Nada atas pertama (f1)
f1 / fo = 3/1
f1 = 3 × fo = 3 × 300 Hz = 900 Hz
b) Nada atas kedua ( f2)
f2/ fo = 5 / 1
f2 = 5 × fo = 5 × 300 = 1500 Hz
c) Nada atas ketiga f3/ fo = 7 / 1
Soal No. 3
Seutas dawai memiliki nada atas ketiga dengan frekuensi sebesar 600 Hz. Tentukan : a) frekuensi nada atas kedua dawai
b) frekuensi nada dasar dawai
Pembahasan
Perbandingan nada-nada pada dawai, sama dengan perbandingan nada-nada pada pipa organa terbuka yaitu memenuhi:
fo : f1 : f2 : f3 : ... = 1 : 2 : 3 : 4 : ...
Sehingga:
a) frekuensi nada atas kedua dawai f2
f2 / f3 = 3 / 4
f2 = ( 3 / 4 )× f3 = (3/4) x 600 = 450 Hz
b) frekuensi nada dasar dawai fo
fo / f3 = 1 / 4
fo = ( 1 / 4 ) × f3 = (1/4) x 600 = 150 Hz
Soal No. 4
Sebuah pipa organa tertutup memiliki panjang 50 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, tentukan frekuensi pipa organa saat:
a) terjadi nada dasar b) terjadi nada atas kedua
Pembahasan
Data:
Pipa Organa Tertutup L = 50 cm = 0,5 m ν = 340 m/s a) fo = ...Hz
b) f2 = ...Hz
Agar tidak terlalu banyak rumus yang harus dihafal, perhatikan ilustrasi berikut:
Keterangan gambar:
Diawali dari SEPEREMPAT λ kemudian naik setengah-setengah untuk seterusnya;
L = 1/4 λ → saat Nada Dasar
L = 3/4 λ → saat Nada Atas Pertama L = 5/4 λ → saat Nada Atas Kedua L = 7/4 λ → saat Nada Atas Ketiga L = 9/4 λ → saat Nada Atas Keempat dan terusannya.
========================
Untuk selanjutnya rumus yang akan digunakan adalah rumus yang sudah kita kenal sebelumnya, yaitu:
f = ν / λ
a) Dari ilustrasi diatas terlihat, saat terjadi nada dasar, pada pipa sepanjang L terjadi 1/4 gelombang.
L = 1/4 λ atau λ = 4L = 4(0,5) = 2 m
Sehingga:
f = ν / λ = 340 / 2 = 170 Hz
Frekuensi yang kita temukan ini adalah frekuensi nada dasar atau fo
a) Dari ilustrasi diatas terlihat, saat terjadi nada atas kedua, pada pipa sepanjang L terjadi 5/4 gelombang.
Sehingga:
f = ν / λ = 340 / 0,4 = 850 Hz
Frekuensi yang kita temukan ini adalah frekuensi nada atas kedua atau f2
Soal No. 5
Sebuah pipa organa terbuka memiliki panjang 60 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, tentukan frekuensi pipa organa saat terjadi nada atas kedua
Pembahasan
Sketsa nada-nada pada pipa organa terbuka:
Keterangan gambar:
Diawali dari SETENGAH λ kemudian naik setengah-setengah untuk seterusnya.
L = 1/2 λ → saat Nada Dasar
L = 2/2 λ → saat Nada Atas Pertama L = 3/2 λ → saat Nada Atas kedua L = 4/2 λ → saat Nada Atas Ketiga L = 5/2 λ → saat Nada Atas
Keempat
L = 6/2 λ → saat Nada Atas Kelima dan terusannya.
Saat terjadi nada atas kedua, terlihat pada pipa organa sepanjang L terbentuk satu setengah atau 3/2 gelombang,
L = 3/2 λ atau λ = 2/3 L = 2/3 × 0,6 = 0,4 m
Sehingga:
f = ν / λ = 340 / 0,4 = 850 Hz
Soal No. 6
Diberikan dua buah pipa organa yang pertama tertutup salah satu ujungnya, satu lagi terbuka kedua ujung dengan panjang 30 cm. Jika nada atas kedua pipa organa tertutup sama dengan nada atas ketiga pipa terbuka, tentukan panjang pipa organa yang tertutup!
Pembahasan
Pipa organa tertutup:
Nada atas kedua → L = 5/4 λ → λ = 4/5 L f = ν / λ
f = ν / (4/5 L)
Pipa organa terbuka:
Nada atas ketiga → L = 2 λ → λ = 1/2 L = 1/2 (30) = 15 cm f = ν / λ
f = ν / 15
Frekuensi kedua pipa adalah sama, disamakan saja:
Soal No. 7
Pipa organa terbuka A dan pipa organa tertutup-sebelah B mempunyai panjang yang sama. Perbandingan frekuensi nada atas pertama antara pipa organa A dan pipa organa B adalah.... A. 1 : 1
B. 2 : 1 C. 2 : 3
D. 3 : 2 E. 4 : 3
Pembahasan
Pipa organa A terbuka: Nada atas 1 → L = λ → λ = L f = ν / L
Pipa organa B tertutup:
Nada atas 1 → L = 3/4 λ → λ = 4/3 L f = ν / (4/3 L)
Efek Foto Listrik
Soal No. 8Cermati gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut. Jika fungsi kerja logam adalah 2,2 eV dan cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang λ dan frekuensi f tentukan:
a) energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam b) frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam
c) panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam Gunakan data berikut :
Cepat rambat cahaya c = 3 x 108 m/s Tetapan Planck h = 6,6 x 10−34 Js 1 eV = 1,6 x 10−19 joule
Pembahasan
a) energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam
energi cahaya minimal tidak lain adalah energi ambang atau fungsi kerja logam. Sehingga Wo = 2,2 eV
Wo = 2,2 x (1,6 x 10 −19
) joule = 3,52 x 10−19 joule
b) frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam
Ingat energi foton atau cahaya adalah E = hf, E disini dilambangkan sebagai Wo sehingga
Wo = h fo
3,52 x 10−19 = 6,6 x 10−34 x fo
c) panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam Hubungkan dengan kecepatan cahaya
λmax = c / fo
λmax = 3 x 108 / 0,53 x 1015
λmax = 5,67 x 10−7 m
Soal No. 9
Cermati gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut:
Jika fungsi kerja logam adalah 2,1 eV dan cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang 2500 Å dengan konstanta Planck 6,6 x 10−34 Js dan 1 eV = 1,6 x 10−19 joule, tentukan
a) energi ambang logam dalam satuan joule b) frekuensi ambang
c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam d) panjang gelombang dari cahaya yang disinarkan dalam meter
e) frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz f) energi foton cahaya yang disinarkan
Pembahasan
Skemanya seperti ini
Logam yang di dalamnya terdapat elektron-elektron disinari oleh cahaya yang memiliki energi E. Jika energi cahaya ini cukup besar, maka energi ini akan dapat melepaskan elektron dari logam, dengan syarat, energi cahayanya lebih besar dari energi ambang bahan. Elektron yang lepas dari logam atau istilahnya fotoelektron akan bergerak dan memiliki energi kinetik sebesar Ek
Hubungan energi cahaya yang disinarkan E, energi ambang bahan Wo dan energi kinetik
fotoelektron Ek adalah E = Wo + Ek
atau
hf = hfo + Ek
a) energi ambang logam dalam satuan joule
Wo = 2,1 x (1,6 x 10−19 ) joule = 3,36 x 10−19 joule
b) frekuensi ambang Wo = h fo
3,36 x 10−19 = 6,6 x 10−34 x fo
fo = 0,51 x 1015
c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam λmax = c / fo
λmax = 3 x 108 / 0,51 x 1015
λmax = 5,88 x 10−7 m d) panjang gelombang dari cahaya yang disinarkan dalam meter
e) frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz f = c/λ
f = 3 x 10 8/2,5 x 10 −7
f = 1,2 x 10 15 Hz
f) energi cahaya yang disinarkan E = hf
E = (6,6 x 10−34) x 1,2 x 10 15 = 7,92 x 10 −19 joule
g) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam E = Wo + Ek 7,92 x 10 −19 = 3,36 x 10−19 + Ek
Ek = 7,92 x 10 −19 − 3,36 x 10−19 = 4,56 x 10−19 joule
Soal No. 10
Sebuah keping logam yang mempunyai energi ambang 2 ev disinari dengan cahaya
monokromatis dengan panjang gelombang 6000 Å hingga elektron meninggalkan permukaan logam. Jika h = 6,6 × 10−34 Js dan kecepatan cahaya 3 × 108 m/detik, maka energi kinetik elektron yang lepas....
A. 0,1 × 10–19 joule B. 0,16 × 10–19 joule C. 1,6 × 10–19 joule D. 3,2 × 10–19 joule E. 19,8 × 10–19 joule Pembahasan
Data dari soal:
Energi ambang Wo = 2 eV = 2 x (1,6 x 10−19 ) = 3,2 x 10−19joule Panjang gelombang λ = 6000 Å = 6000 x 10−10 = 6 x 10−7 m
Menentukan energi kinetik foto elektron:
Soal No. 11
Permukaan katode disinari cahaya sampai pada frekuensi tertentu, ternyata tidak terjadi foto elektron. Agar permukaan katode memancarkan foto elektron, usaha yang dapat dilaksanakan adalah …
A. mengurangi tebal katode dan memperbesar intensitas cahaya B. memperbesar panjang gelombang dan memperbesar intensitasnya C. mengurangi tebal katode dan memperbesar panjang gelombang
D. memperbesar frekuensi cahaya sampai frekuensi batas dan memperbesar intensitasnya E. memperbesar frekuensi cahaya sampai di atas frekuensi batas dan memperbesar intensitasnya
Pembahasan
Foto elektron tidak terjadi berarti energi cahaya yang disinarkan masih dibawah energi ambang, untuk itu frekuensi cahaya harus diperbesar hingga menghasilkan energi yang melebihi energi ambang. Untuk memperbanyak jumlah foto elektron yang terjadi, maka intensitas cahaya harus dinaikkan.
Soal No. 12
Hubungan energi kinetik elektron dan frekuensi penyinaran pada gejala foto listrik terlihat pada grafik di bawah ini.
Apabila konstanta Planck h, besarnya fungsi kerja logam adalah … A. 1 h B. 2 h C. 3 h D. 4 h E. 8 h Pembahasan
Dari gambar terlihat frekuensi ambang adalah 4 HZ, sehingga nilai fungsi kerja logam Wo = hfo = h(4) = 4h
Soal No. 13
Cahaya dengan panjang gelombang 500 nm meradiasi permukaan logam yang fungsi kerjanya 1,86 × 10–19 joule. Energi kinetik maksimum foto elektron adalah …
A. 2 × 10–19 joule B. 4 × 10–19 joule C. 5 × 10–19 joule D. 6 × 10–19 joule E. 9 × 10–19 joule Pembahasan
Data dari soal sebagai berikut:
λ = 500 nm = 500 x 10–9 m = 5 x 10–7 m Wo = 1,86 x 10–19
Soal No. 14
Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8 × 1014 Hz, dan logam tersebut disinari dengan cahaya yang mempunyai frekuensi 1015 Hz. Jika tetapan Planck = 6,6 × 10–34 J s, maka energi kinetik foto elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut adalah …
A. 1,32 × 10–19 joule B. 1,32 × 10–19 joule C. 1,32 × 10–19 joule D. 1,32 × 10–19joule E. 1,32 × 10–19 joule Pembahasan
Data yang diberikan oleh soal: frekuensi ambang fo = 8 × 1014 Hz frekuensi cahaya f = 1015 = 10 × 1014 Hz Ek = ...?
Soal No. 15
Frekuensi ambang natrium adalah 4,4 x 1014 Hz. Besar potensial penghenti dalam volt bagi natrium saat disinari dengan cahaya yang frekuensinya 6,0 x 1014 Hz adalah...
A. 0,34 B. 0,40 C. 0,44 D. 0,66 E. 0,99 Pembahasan
Data dari soal: f = 6,0 x 1014 Hz fo = 6,0 x 1014 Hz
Potensial penghenti = ...? Ek = h(f−fo)
Ep = qV
Gaya Lorentz Muatan
Soal No. 16Sebuah elektron yang bermuatan 1,6 x 10−19 C bergerak dengan kecepatan 5 x 105 m/s melalui medan magnet sebesar 0,8 T seperti gambar berikut. Tentukan :
a) besar gaya magnetik saat elektron berada dalam medan magnet b) arah gaya magnetik yang bekerja pada elektron
Pembahasan
a) besar gaya magnetik saat elektron berada dalam medan magnet Gunakan persamaan
F = BQV sin θ
dimana B adalah besarnya medan magnetik (Tesla), Q adalah besarnya muatan (Coulomb), V adalah kecepatan gerak muatan (m/s) dan θ adalah sudut yang dibentuk antara arah gerak muatan dengan arah medan magnet. Pada soal diatas 90° sehingga nilai sinusnya adalah 1. F = (0,8)(1,6 x 10−19)(5 x 105)(1) = 6,4 x 10−14 Newton
b) arah gaya magnetik yang bekerja pada elektron
Untuk menentukan arah gaya magnetik gunakan kaidah tangan kanan sebagai berikut:
4 jari = arah medan magnet ibu jari = arah gerak muatan
telapak tangan = arah gaya magnetik → jika muatan berjenis positif punggung tangan = arah gaya magnetik → jika muatan berjenis negatif
Jika diketahui dua kutub magnet maka arah medan magnet adalah dari kutub utara (U) menuju kutub selatan (S) dan karena elektron adalah muatan negatif, maka arah gaya yang bekerja sesuai arah punggung tangan yaitu keluar bidang baca.
Soal No. 17
Sebuah positron yang bermuatan 1,6 x 10−19 C bergerak dengan kecepatan 5 x 105 m/s melalui medan magnet sebesar 0,8 T seperti gambar berikut.
Tentukan :
a) besar gaya magnetik saat positron berada dalam medan magnet b) arah gaya magnetik yang bekerja pada positron
Pembahasan
a) F = (0,8)(1,6 x 10−19)(5 x 105)(1) = 6,4 x 10−14 Newton
b) Positron termasuk muatan positif, sehingga arah gaya magnetik diwakili oleh telapak tangan seperti ilustrasi gambar berikut adalah masuk bidang baca (menjauhi pembaca)
Soal No. 18
Seutas kawat lurus dialiri arus sebesar 15 A dengan arah ke kanan. 8 mm dari kawat bergerak sebuah muatan positif sebesar 0,4 C dengan arah sejajar kawat dengan kelajuan 5 x 103 m/s.
Tentukan besar gaya magnetik yang bekerja pada muatan dan arahnya!
Pembahasan
Lebih dahulu cari besar medan magnet yang dihasilkan oleh kawat lurus pada jarak 8 mm:
B = μoI/2πa
B = (4π x 10−7)(15)/(2π)(8 x 10−3)
B = (15/4) x 10−4 Tesla F = BQV sin 90°
F = ((15/4) x 10−4 )(0,4)(5 x 103)(1) = 0,75 Newton
Arah gaya sesuai kaidah tangan kanan adalah ke atas (mendekati kawat).
Soal No. 19
Dua buah muatan masing-masing Q1 = 2Q dan Q2 = Q dengan massa masing-masing m1 = m
dan m2 = 2 m bergerak dengan kelajuan yang sama memasuki suatu medan magnet homogen
B. Tentukan perbandingan jari-jari lintasan yang dibentuk muatan Q dan 2Q!
Pembahasan
Gaya sentripetal dari gerak kedua muatan berasal dari gaya magnetik
Soal No. 20
Sebuah muatan Q bergerak dengan kelajuan 2 x 104 m/s memasuki suatu daerah yang mengandung medan magnet B dan medan listrik E. Jika muatan tersebut tidak terpengaruh
baik oleh gaya magnet maupun gaya listrik tentukan nilai perbandingan kuat medan magnet dan kuat medan listrik di tempat tersebut!
Pembahasan
Muatan tidak terpengaruh gaya listrik maupun magnet berarti kedua gaya tersebut adalah sama besar dan berlawanan arah.
Fmagnet = Flistrik
BQV = QE
B/E = 1 / (2 x 104) B/E = 0,5 x 10− 4 TC/N
Soal No. 21
Sebuah partikel alpha (m = 6,4×10–27 kg, q = 3,2×10–19 C) bergerak tegak lurus terhadap medan magnet B yang arahnya masuk bidang gambar. Jika B = 0,2 T dan kecepatan partikel 3×105 m/s, maka jari-jari lintasannya adalah...
A. 1,33 m B. 0,75 m C. 0,30 m D. 0,13 m E. 0,03 m Pembahasan
Partikel alpha bergerak melingkar dalam medan magnet B dengan jari-jari
Masukan datanya
Soal No. 22
Suatu muatan positif dari 0,2 C bergerak dengan kecepatan 2 m/s dalam medan magnetik yang besarnya 5 Wb/m2. Arah kecepatan muatan itu sejajar dengan arah medan magnetik.
Gaya yang dialami muatan tersebut adalah... A. nol B. 0,08 N C. 0,5 N D. 2 N E. 50 N (Soal Skalu 1997) Pembahasan
Arah kecepatan muatan itu sejajar dengan arah medan magnetik sudutnya adalah θ = 0, sehingga sin θ = 0 dan F = BQv sin θ juga nol
Soal No. 23
Partikel bermuatan q bergerak dengan kelajuan tetap memasuki medan magnetik dan medan listrik secara tegak lurus (medan listrik tegak lurus medan magnetik). Apabila besar induksi magnetik 0,2 T dan kuat medan listrik 6 x 104 V/m, maka kelajuan gerak partikel adalah.... A. 2 x 105 B. 3 x 105 C. 1,2 x 106 D. 2 x 106 E. 3,2 x 106 (Soal UMPTN 1997) Pembahasan
Partikel bermuatan bergerak dalam medan magnet dan medan listrik hingga mendapatkan gaya magnet sekaligus gaya listrik.
Sehingga
Induksi Elektromagnetik
Soal No. 24Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar.
Tentukan :
a) besar ggl induksi
b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ c) arah kuat arus pada kawat PQ
d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q e) besar gaya Lorentz pada PQ
f) arah gaya Lorentz pada PQ
g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω
(Sumber gambar dan angka : Soal UN Fisika 2008)
Pembahasan
a) besar ggl induksi
b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ
c) arah kuat arus pada kawat PQ
Kaidah tangan kanan untuk arah arus induksi : - 4 jari = arah medan magnetik (B)
- ibu jari = arah gerak kawat (v) - telapak tangan = arah arus induksi (i)
Arah arus dari P ke Q ( atau dari Q ke P melalui hambatan R)
d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
Potensial P lebih tinggi dari Q karena arus listrik mengalir dari potensial lebih tinggi ke rendah.
e) besar gaya Lorentz pada PQ
f) arah gaya Lorentz pada PQ
Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz (gaya magnetik) : - 4 jari = arah kuat medan maganet (B)
- ibu jari = arah arus listrik (i) - telapak tangan = arah gaya (F)
Arah gaya F ke kiri (berlawanan dengan arah gerak v)
g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω
Soal No. 25
Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x 10−5 Wb menjadi 5 x 10− 5 Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul!
Pembahasan
Data dari soal :
Jumlah lilitan N = 1000
Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10−3 sekon
Selisih fluks Δ φ = 5 x 10− 5− 3 x 10− 5 = 2 x 10− 5 Wb
Soal No. 26
Kumparan dengan 10 lilitan mengalami perubahan fluks magnetik dengan persamaan: φ = 0,02 t3
+ 0, 4 t2 + 5
dengan φ dalam satuan Weber dan t dalam satuan sekon. Tentukan besar ggl induksi saat t = 1 sekon!
Pembahasan
Soal No. 27
Sebuah generator listrik AC menghasilkan tegangan sesuai persamaan berikut:
Tentukan:
a) Frekuensi sumber listrik
b) Tegangan maksimum yang dihasilkan c) Nilai tegangan efektif sumber
Pembahasan
b) Tegangan maksimum yang dihasilkan
c) Nilai tegangan efektif sumber
Soal No. 28
Sebuah kumparan dengan induktansi 5 mH mengalami perubahan kuat arus yang mengalir dari 0,2 A menjadi 1,0 A dalam waktu 0,01 sekon. Tentukan besarnya tegangan yang timbul akibat peristiwa tersebut!
Pembahasan
Data dari soal :
Induktansi kumparan L = 5 mH = 5 x 10−3 H Perubahan arus Δ i = 1,0 − 0,2 = 0,8 A Selang waktu Δ t = 0,01 sekon
Soal No. 29
Perhatikan gambar dibawah.
Kawat PQ panjang 20 cm digerakkan ke kanan dengan kecepatan 6 m/s. Jika induksi magnet B = 0,5 Wb m−2 maka kuat arus yang melalui hambatan R adalah....
A. 0,1 A B. 0,2 A C. 0,3 A D. 0,5 A E. 0,6 A Pembahasan ε = B l ν = 0,5 x 0,2 x 6 = 0,6 volt I = ε / R = 0,6 / 2 = 0,3 A Soal No. 30
Sebuah solenoida yang mempunyai 500 lilitan, dialiri arus searah sehingga timbul fluks magnet sebesar 2 . 10–3 weber. Jika induktansi solenoida 0,4 henry maka arus yang mengalir besarnya... A. 0,25 ampere B. 1,5 ampere C. 2 ampere D. 2,5 ampere E. 25 ampere (Soal Ebtanas 1991)
Pembahasan Data Solenoida N = 500 Δ φ = 2 . 10–3 weber L = 0,4 H I =.... Soal No. 31
Seseorang bekerja mereparasi sebuah generator listrik. Kumparan diganti dengan yang baru yang memiliki luas penampang 2 kali lipat dari semula dan jumlah lilitan 1,5 kali dari jumlah semula. Jika kecepatan putar generator diturunkan menjadi 3/4 kali semula, tentukan
perbandingan GGL maksimum yang dihasilkan generator dibandingkan sebelum direparasi!
Pembahasan
GGL maksimum yang dihasilkan generator
Gaya Magnetik pada Kawat
Soal No. 32Perhatikan gambar berikut ! Seutas kawat berada diantara dua magnet yang memiliki besar induksi magnetik 0,02 Tesla. Jika besar kuat arus yang mengalir pada kawat adalah 5 A,
Tentukan :
a) Besar gaya magnetik yang bekerja pada kawat sepanjang 10 cm b) Arah gaya magnetik dengan acuan arah mata angin pada gambar
Pembahasan
a) Besar gaya magnetik pada kawat sepanjang l meter yang berada pada medan magnet B
Tesla dan dialiri kuat arus listrik sebesar i Ampere dengan sudut antara arah B dan i sebesar θ adalah :
b) Arah gaya ditentukan dengan kaidah tangan kanan 4 jari → arah B
Jempol → arah i
Telapak tangan → arah F
Jika terdapat dua buah kutub magnet maka arah B adalah dari kutub Utara ke kutub Selatan, sehingga arah F adalah masuk bidang baca atau jika mengikuti petunjuk mata angin arahnya adalah ke bawah.
Soal No. 33
Perhatikan gambar berikut!
Kemanakah arah gaya magnetik pada kawat ?
Pembahasan
Seperti soal nomor satu didapat arah gaya adalah keluar bidang baca atau keluar bidang gambar atau mendekati pembaca.
Soal No. 34
Dua buah kawat dengan konfigurasi seperti gambar di bawah!
Tentukan besar dan arah gaya magnetik yang bekerja pada kawat II untuk panjang kawat 0,5 meter!
Pembahasan
Besar gaya magnetik jika dua buah kawat berarus didekatkan adalah :
Arah gaya:
Jika kedua arus memiliki arah yang sama maka kedua kawat akan tarik menarik Jika kedua arus memiliki arah yang berlawanan maka kedua kawat akan saling tolak
Dengan demikian arah gaya pada kawat II adalah ke kiri (ditarik mendekat ke kawat I)
Soal No. 35
Tiga buah kawat tersusun seperti gambar !
Tentukan besar dan arah gaya magnetik pada kawat II untuk panjang kawat 1 meter
Pembahasan
a) Kawat II dipengaruhi oleh dua kawat yang lain kawat I dan III
Gaya yang timbul pada kawat II akibat pengaruh kawat I namakan F21 sebesar :
Arah ke kiri
Gaya yang timbul pada kawat II akibat pengaruh kawat III namakan F23 sebesar :
Resultan kedua gaya namakan F2:
Arah ke kiri
Soal No. 36
Kawat A dan kawat B terpisah sejauh 2 meter dengan kuat arus masing-masing 1 A dan 2 A.
Tentukan dimana kawat C harus diletakkan agar resultan gaya pada C sebesar nol !
Pembahasan
Agar resultan gaya magnetik pada C nol, maka kedua gaya akibat pengaruh kawat A dan B harus berlawanan arah. Posisi yang memungkinkan adalah jika kawat C diletakkan di sebelah kiri A atau disebelah kanan B (ingat lagi: Jika kedua arus memiliki arah yang sama maka kedua kawat akan tarik menarik, Jika kedua arus memiliki arah yang berlawanan maka kedua kawat akan saling tolak
Posisi kawat C adalah 2 meter di kiri kawat A atau 4 meter di kiri kawat B
Soal No. 37
Tiga buah kawat berarus A, B dan C membentuk suatu segitiga sama sisi. Kawat A dialiri arus dengan arah keluar bidang baca, kawat B dan C dialiri arus dengan arah masuk bidang baca tersusun seperti gambar di bawah!
Tentukan :
a) Besar gaya magnetik yang bekerja pada kawat B untuk panjang kawat 1 meter b) Arah gaya magnetik yang bekerja pada kawat B
Pembahasan
a) Kawat B akan ditolak oleh kawat A dan ditarik oleh kawat C . Ilustrasi seperti gambar di bawah
Interaksi kawat B dan A menghasilkan FBA :
Interaksi kawat B dan C menghasilkan FBC :
Resultan kedua gaya magnetik namakan FB:
Masukkan data, dan akan didapatkan hasil :
b) Salah satu cara untuk menentukan arah FB dengan penguraian vektor gaya kelas 10 SMA,
Arah FB adalah 60o terhadap sumbu X.
Soal No. 38
Dua kawat sejajar lurus panjang berjarak 20 cm satu sama lain. Apabila kedua kawat dialiri arus listrik 0,5 A dan 4 A, dan µo = 4π .10–7 Wb.A–1.m–1 maka pada setiap kawat bekerja gaya tiap meternya sebesar...
A. 2 × 10–6 N B. 4 × 10–6 N C. 2π × 10–6 N D. 8 × 10–6 N E. 4π × 10–6 N (Soal Ebtanas 1993) Pembahasan
Gaya magnetik pada kawat lurus sejajar yang dialiri arus listrik
Soal No. 39
Dua kawat sejajar yang berjarak 1 m satu sama lain kawat yang mempunyai dialiri oleh arus listrik masing-masing 1 A dengan arah yang sama. Di antara kedua kawat akan terjadi … A. Gaya tarik menarik sebesar 4×107 N
B. Gaya tolak menolak sebesar 2×107 N C. Gaya tarik menarik sebesar 2×107 N D. Gaya tarik menarik sebesar 2×10–7 N E. Gaya tolak menolak sebesar 2×10–7 N
(Soal Ebtanas 1998)
Pembahasan
Seperti sebelumnya, gaya magnetik pada kawat lurus sejajar yang dialiri arus listrik
Gaya yang timbul adalah tarik menarik
Soal No. 40
Sebuah kawat yang panjangnya 10 cm berada tegak lurus di dalam medan magnetik. Jika rapat fluks magnetiknya 0,2 tesla dan kuat arus yang mengalir di dalam kawat itu 45 A, gaya yang dialami kawat itu adalah...
A. 10,5 x 10−4 N B. 2,55 x 10−2 N C. 7,50 x 10−1 N D. 0,90 N E. 2,25 N
Pembahasan Data soal: l = 10 cm = 0,1 m i = 45 A B = 0,2 T F =.... F = Bil F = 0,2 x 45 x 0,1 F = 0,90 N Soal No. 41
Pada gambar di atas terlukis bahwa kawat lurus pq dilalui arus listrik sebesar I1 = 10 A dan
kawat persegi panjang abcd dilalui arus I2 = 5 A. Resultan gaya yang dialami kawat empat
persegi panjang abcd sebesar....mikronewton. A. 20 B. 60 C. 120 D. 180 E. 220 Pembahasan
Akibat medan magnet yang berasal dari I1, ada 4 gaya yang bekerja pada persegipanjang abcd, masing-masing namakan sebagai Fab, Fbd, Fcd dan Fda
Perhatikan kawat ab dan kawat cd. Posisi kawat dari sumber medan magnet (kawat pq), panjang kawat dan kuat arus yang melalui kedua kawat sama. Jika dihitung gaya lorentz pada keduanya akan sama besar. Tampak pada gambar bahwa arah kedua gaya pada ab dan cd berlawanan arah, sehingga resultan keduanya adalah nol.
Tinggal menentukan gaya lorentz yang bekerja pada kawat bc dan kawat da, setelah itu dikurangkan, karena keduanya berlawanan arah.
Kapasitor
Soal No. 42Perhatikan gambar berikut, 3 buah kapasitor X, Y dan Z disusun seperti gambar. Jika saklar S ditutup tentukan :
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z menurut prinsip rangkaian seri d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z
e) Beda potensial ujung- ujung kapasitor X f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
(Sumber gambar dan angka : Soal Ujian Nasional Fisika SMA 2007/2008)
Pembahasan
a) Paralel antara kapasitor X dan Y didapatkan kapasitor ekivalennya namakan Cxy :
menghasilkan kapasitas pengganti namakan Ctot :
b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian namakan Qtot
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z namakan Qz
Untuk rangkaian kapasitor seri berlaku :
d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z namakan Vz
e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X dan kapasitor Y adalah sama karena dirangkai paralel
f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y sama dengan X
hasilnya tidak akan sama dengan Ctot)
h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y
i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z
j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian
Rumus umum untuk menghitung energi pilih salah satu
Sehingga
k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X
m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
Soal No. 43
Diberikan susunan 3 buah kapasitor yang dipasang pada sumber 24 Volt seperti gambar berikut!
Jika saklar S ditutup, tentukan :
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y i) Energi yang tersimpan dalam rangkaian j) Energi yang tersimpan pada kapasitor X k) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
Soal No. 44
Kapasitor keping sejajar dengan luas penampang masing-masing keping adalah 50 cm2 tanpa bahan pengisi (berisi udara). Jarak antar keping adalah 2 cm dan kedua keping diberi beda potensial 120 volt. Jika εo adalah 8,85 x 10− 12 C2 N − 1− 2 tentukan :
a) kapasitas kapasitor
b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor c) kuat medan listrik antara kedua keping
Pembahasan
a) kapasitas kapasitor
b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor
c) kuat medan listrik antara kedua keping
Soal No. 45
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas sebesar C. Jika kapasitor disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik sebesar 2, tentukan kapasitasnya yang baru!
Pembahasan
Soal No. 46
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas 1200 μF. Jika luas penampang keping dijadikan dua kali semula dan jarak antar keping dijadikan 1,5 kali semula, tentukan nilai kapasitasnya yang baru!
Pembahasan
Soal No. 47
Kapasitor bola berongga memiliki jari-jari sebesar 1,8 cm. Jika 1/4πεo = 9 x 109 dalam satuan
internasional, tentukan kapasitas kapasitor!
Pembahasan
Kapasitas kapasitor bola denganjari-jari R :
Soal No. 48
Tiga kapasitor yang masing-masing kapasitasnya 3 F, 6 F, dan 9 F dihubungkan seri. Kedua ujung dari gabungan tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang besarnya 220 V. Tegangan antara ujung-ujung kapasitor yang 3 F adalah....
A. 40 V B. 60 V C. 110 V D. 120 V E. 220 V
Pembahasan
Menentukan tegangan kapasitor pada susunan seri.
Cara Pertama
Cari kapasitas gabungan ketiga kapasitor terlebih dahulu:
1 /Cgab = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 1 /Cgab = 1/3 + 1/6 + 1/9 1 /Cgab = 6/18 + 3/18 + 2/18 1 /Cgab = 11 / 18 Cgab = 18/11 Farad
Cari muatan gabungan: Qgab = Cgab Vgab
Qgab = (18/11) × 220 = 360 Coulomb
Pada suatu rangkaian kapasitor seri seperti gambar di atas, berlaku Q1 = Q2 = Q3 = Qgab,
sehingga nilai Q1 = 360 Coulomb
Tegangan pada C1
V1 = Q1 / C1
V1 = 360 / 3 = 120 volt
Cara Kedua
Dengan perbandingan untuk pembagian tegangan pada susunan kapasitor seri: 1 1 1
V1 : V2 : V3 = ____ : _____ : _____ C1 C2 C3
1 1 1 V1 : V2 : V3 = ____ : _____ : _____ 3 6 9
Perbandingan yang didapat dalam pecahan yaitu 1/3, 1/6 dan 1/9, untuk perhitungan lebih mudah dalam angka non pecahan, untuk itu kalikan masing-masing dengan sebuah angka yang sama, disini dikali angka 18 sehingga didapat perbandingan ekivalennya:
V1 : V2 : V3 = 6 : 3 : 2 Untuk V1, 6 V1 = ________________ × Vgab (6 + 3 + 2) 6 V1 = ________ × 220 = 120 volt 11
Tegangan pada kapasitor 3 F adalah 120 V Jika ingin V2 maka:
3 V2 = ________________ × Vgab (6 + 3 + 2) 3 V2 = ________ × 220 = 60 volt 11
Teori Kuantum Planck
Soal No. 49Tentukan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6600 Å jika kecepatan cahaya adalah 3 x 108 m/s dan tetapan Planck adalah 6,6 x 10−34 Js !
Pembahasan
E = h(c/λ)
E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/6600 x 10−10 ) = 3 x 10−19 joule
Soal No. 50
Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh lampu monokromatis 100 watt adalah 5,5.10−7 m. Cacah foton (partikel cahaya) per sekon yang dipancarkan sekitar....
A. 2,8 x 1022 /s B. 2,0 x 1022 /s C. 2,6 x 1020 /s D. 2,8 x 1020 /s E. 2,0 x 1020 /s Pembahasan Data :
P = 100 watt → Energi yang dipancarkan tiap sekon adalah 100 joule.
Energi 1 foton E = h(c/λ) E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule Jumlah foton (n) n = 100 joule : [ (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule] = 2,8 x 10 20 foton.
