A. Soal Pilihan Ganda - KUNCI JAWABAN UAS FISIKA UMUM 2015

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN FISIKA

Jl. Prof. Hamka, Airtawar Padang 25131, Indonesia

UJIAN AKHIR SEMESTER

Mata Kuliah : Fisika Umum

Hari /Tgl : Rabu, 23 Desember 2015 Lama Ujian : 120 Menit

Dosen : Tim Dosen Matakuliah Fisika Umum

A.

Soal Pilihan Ganda

PETUNJUK

1) Pilihlah jawaban yang paling benar dengan cara memberikan tanda silang pada huruf di depan

pilihan jawaban yang paling benar. Contoh: 1 A B C D

2) Bila ingin mengganti jawaban, lingkari tanda silang dari jawaban yang ingin diganti kemudian

berikan tanda silang pada jawaban yang baru. Contoh: 1 A B C D

3) Tidak dibolehkan menggunakan kalkulator atau alat hitung yang lainnya.

4) Jawaban harus diisi dengan menggunakan ballpoint/tinta, tidak boleh menggunakan pensil.

Bila diperlukan gunakan: konstanta gravitasi 10 m/s2, massa jenis air 1000 kg/m3, kalor jenis air 4200 J/kg0C

* Suatu bak berisi air dan es yang mengapung. Volume es yang muncul di atas permukaan air adalah 100 cm3. Bila massa jenis es 0,9 g/cm3, maka volume es seluruhnya adalah....

A. 10-3 m3 B. 10-1 m3 C. 1 m3 D. 100 m3 *

* Sebuah benda yang bentuknya tidak beraturan dimasukkan ke dalam air dan 10% volume benda menyembul di atas permukaan air. Ketika dimasukkan ke dalam jenis fluida yang lain, volume benda yang menyembul adalah 25%, maka massa jenis fluida tersebut adalah.... kg/m3.

A. 400 B. 900 C. 1200 D. 1500

* Sebuah pipa kaca berisi udara dengan bagian atasnya tertutup sedangkan bagian bawah tertutup oleh air raksa setinggi 10 cm, seperti Gambar di samping. Bila tekanan udara di luar adalah 76 cmHg, maka tekanan udara di dalam pipa adalah....

A. 16 cmHg B. 20 cmHg C. 66 cmHg D. 86 cmHg

NAMA MAHASISWA/NIM :_______ ____________________/__________

PROGRAM STUDI :_________________________________________________

NAMA DOSEN:_________________________________________________

SALIN PERNYATAAN DI BAWAH INI!

“

Saya yang bertanda tangan di bawah ini, tidak akan mencontek ataupun memberikan

contekan kepada peserta lain

”

Dua jenis fluida yang tidak bercampur dimasukkan dalam pipa U. Bila ρ1 massa

* Sebuah balok memiliki berat 50 N di udara. Ketika dicelupkan ke dalam air beratnya menjadi 30 N, berarti massa jenis balok tersebut adalah....

A. 20 kg/m3 B. 25 kg/m3 C. 2000 kg/m3 D. 2500 kg/m3

* Sebuah kapal yang berlayar di laut memasuki sungai yang cukup lebar dan dalam. Jika massa jenis air laut adalah 1100 kg/m3 dan massa jenis air sungai adalah 1000 kg/m3, maka perbandingan gaya Archimedes yang dialami kapal di laut dan di sungai adalah....

A. 1:1 B. 11:10 C. 10:11 D. 121 : 100

* Air mengalir pada suatu pipa yang diameternya berbeda, dengan perbandingan 1:2. Jika kecepatan air yang mengalir pada bagian pipa yang besar adalah 40 m/s, maka kecepatan air yang mengalir pada bagian pipa yang kecil adalah...

A. 40 ms B. 60 m/s C. 80 m/s D. 160 m/s * Fluida ideal mengalir pada pipa berikut

1. Kecepatan fluida di A lebih besar dari kecepatan fluida di B 2. Tekanan fluida di A lebih besar dari tekanan fluida di B 3. Debit fluida di C paling besar

4. Debit fluida di A, B, dan C sama besar. Pernyataan yang benar adalah....

A. 1, 2 dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 * Sebuah dongkrak hidrolik seperti pada gambar

Bila penampang A1 dan A2 berbentuk silinder dengan diameter masing-masing d1 dan d2 dimana d2 = 2d1

maka :

A. tekanan p2 = 2 tekanan p1

B. gaya F2 = 2 gaya F1

C. gaya F1 = ¼ gaya F2

D. tekanan p1 = ¼ tekenan p2

* Sebuah pipa memancarkan air dengan kecepatan 80 cm/s dengan debit 30 cm3/s hingga menerpa dinding. Setelah mengenai dinding, air bergerak sejajar dinding seperti Gambar. Bila massa 1 cm3 air adalah 1 gram, maka besar gaya yang dialami dinding adalah....

* Pada temperatur ruangan 0 °C dan tekanan udara 1 atm, 10 gram es dimasukkan ke dalam 10 gram air di dalam suatu wadah. Jika temperatur ruangan dan tekanan udara dijaga tetap, maka pada akhirnya yang didapatkan di

dalam wadah adalah ….

A. 10 gram es dan 10 gram air B. 20 gram es

C. 20 gram air

D. 5 gram es dan 15 gram air

* Setiap benda yang dipanaskan akan memuai. Pemuaian ini bergantung pada: 1. Volume benda

2. Panjang benda 3. Perubahan suhu 4. Jenis benda

Pernyataan yang benar adalah.... A. 1, 2, dan 3

B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 1, 2, 3, dan 4

* Dua buah gelas identik A dan B masing-masing berisi air dan alcohol dengan volume yang sama. Masing masing dipanaskan dengan kompor yang identik dalam waktu yang bersamaan. Ternyata alkohol tertumpah

P1

P2

lebih dahulu sedangkan air beberapa saat kemudian, berarti... A. koefisien muai air < koefisien muai alkohol

B. kalor jenis air > kalor jenis alkohol

C. koefien muai air > koefisien muai alkohol D. koefien muai air < koefisien muai alkohol

* Sebatang logam dengan koefisien muai panjang α mempunyai panjang ℓ pada suhu 250C. Jika dipanaskan menjadi 300C, ia mengalami pertambahan panjang ∆ℓ. Jika logam tersebut dipotong menjadi 1/3 panjang semula, maka pertambahan panjangnya ketika dipanaskan sampai suhunya menjadi 350C adalah ... .

A. 2/3 ∆ℓ

B. 3/2 ∆ℓ C. 5/3 ∆ℓ D. d. 5/2 ∆ℓ

* Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor... 1. Sebanding dengan selisih suhu antara kedua ujungnya 2. Berbanding terbalik dengan panjang konduktor 3. Sebanding dengan luas penampang konduktor 4. Tidak bergantung pada jenis konduktor Pernyataan yang benar adalah....

A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 1, 2, 3, dan 4

* Sewaktu bangun tidur, seorang Ibu menemui tungku masaknya rusak berat. Ia memutuskan untuk mendidihkan air dengan mengguncang-guncangkan air dalam botol termos yang dianggap mempunyai dinding adiabatik sempurna. Seandainya si Ibu menggunakan ½ liter air bersuhu 200C dan setiap kali guncangan air terjatuh setinggi 40 cm. Berapa lamakah si Ibu harus mengguncangkan air sampai mendidih, bila frekuensi guncangan adalah 40 guncangan setiap menit....

A. 20 jam B. 25 jam C. 30 jam D. 35 jam

* Suhu akhir campuran jika 50 gram air bersuhu 00C ditambahkan ke 100 gram air bersuhu 900C, adalah.... A. 25 0C B. 45 0C C. 60 0C D. 75 0C

* Sebuah pendingin minuman berbentuk kubus dengan sisi a cm. Tiap dinding memiliki tebal t cm dan terbuat dari bahan yang memiliki koefisien konduksi K (W/m.K). Es di dalam kotak pendingin menjaga suhu tetap 00C. Berapa banyak es yang melebur setiap jam jika suhu di luar kotak pendingin 250C. Diketahui kalor lebur es adalah L (J/K). (Nyatakan dalam kg/jam).

A.

* Jika suatu proses berawal pada keadaan ( p0 ,V0) kemudian volumenya digandakan, manakah dari proses berikut

ini yang akan menghasilkan usaha terbesar?

A. Adiabatik B. Isobarik C. Isokhorik D. Isotermik

Gas dalam ruang tertutup mengalami berbagai proses seperti ditunjukkan pada grafik p-V di atas. Bagian dari grafik yang menyatakan gas menerima usaha luar adalah...

A. AB B. BC C. CD D. DA

* Sebuah jendela berukuran 120 cm x 90 cm dan tebal 3 mm, bertemperatur 300C pada permukaan luarnya. Bila temperatur permukaan dalamjendela 200C dan daya hantar panas kaca adalah 0,0025 kal/cm.0C, maka jumlah kalor yang masuk selama 1 jam melalui jendela tersebut adalah...kkal

A. 3000 B. 3120 C. 3210 D. 3240

* Sejumlah gas ideal dalam ruang tertutup diberi kalor sehingga gas mengambang secara isotermal, maka.... 1. Gas melakukan usaha luar.

3. Energi dalam gas tidak berubah.

4. Kalor yang diberikan digunakan gas untuk menaikkan energi dalam Pernyataan yang benar adalah....

A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4

* Dalam sebuah ruangan tertutup terdapat gas dengan suhu 270C. Gas itu dipanaskan sampai suhu 1270C sambil diperbesar volumenya menjadi 3 kali semual, maka tekanan gas menjadi....

A. 4 kali semula B. 4/9 kali semula C. 4/3 kali semula D. ¾ kali semula

* Dua batang A dan B dengan ukuran yang sama tetapi jenis logam berbeda, dilekatkan seperti Gambar. Ujung kiri A bersuhu 900C dan ujung kanan B bersuhu 00C.

Jika koefisien konduksi termal A adalah 2 kali koefisien konduksi termal B, maka suhu pada bidang batas A dan B adalah....

A. 450C B. 550C C. 600C D. 800C

* Sejumlah gas ideal dengan massa tertentu mengalami pemanpatan secara adiabatik. Jika W adalah usaha yang

dilakukan oleh gas dan ∆T adalah perubahan suhu dari gas, maka....

A. W = 0, ∆T > 0 B. W = 0, ∆T < 0 C. W > 0, ∆T = 0 D. W < 0, ∆T > 0

* Sebanyak n mol gas ideal bervolume V mengalami proses isokhorik dari tekanan P1 sampai P2 serta suhu dari T1 samapi T2. Usaha yang dilakukan gas adalah...

A. 0 B. nR (T2–T1) C. V (P2-P1) D. V (P2-P1) + nR (T2– T1)

* Dua bejana A dan B volumenya sama berisi udara yang suhu dan massanya sama pula. Udara dalam bejana A dipanaskan pada tekanan tetap, sedangkan udara dalam bejana B dipanaskan pada volume tetap dengan jumlah kalor yang sama. Dalam keadaan ini dapat dinyatakan :

A. Kenaikan suhu udara di kedua bejana sama B. Perubahan energi dalam di kedua bejana sama C. Kenaikan suhu di A lebih besar dari di B D. Kenaikan suhu di A lebih kecil dari di B

* Mesin Carnot dioperasikan antara dua reservoir kalor masing-masing suhunya T1 dan T2, dengan T2 > T1.

Efisien mesin tersebut 40% dan T1 = 270C. Agar efisiensinya menjadi 60%, maka perubahan T2 adalah ...

A. 250 K B. 300 K C. 350 K D. 400 K

* Efisiensi mesin akan semakin besar jika :

A. dapat menghasilkan kalor sebanyak mungkin dengan menghasilkan usaha sebesar-besarnya B. dapat menghasilkan kerja sebesar-besarnya dengan menyerap kalor sekecil mungkin C. menyerap kalor sebesar-besarnya dengan melakukan kerja sekecil kecilnya

D. dapat melakukan usaha sebesar-besarnya dan melepaskan kalor sekecil-kecilnya

* 100 gram air panas bersuhu 1000C dicampurkan dengan 100 gram air dingin bersuhu 00C. Dalam keadaan setimbang termal, maka:

1. Entropi air panas berkurang 2. Entropi total bertambah 3. Entropi air dingin bertambah

4. Entropi air dingin dan entropi air panas bertambah. Pernyataan yang benar adalah....

B.

KUNCI ESSAY

1

a.

Definisikan dan beri contoh tentang (i) prinsip Pascal, (ii) hukum Archimedes

b.

Mengapa air dari tanah dapat sampai ke dalam daun di ujung paling atas sebuah pohon ?

Berikan penjelasannya !

c.

Beri penjelasan dengan grafik p-V terhadap proses-proses termodinamika berikut;

isobarik, isokhorik, isotermis dan adiabatik.

JAWAB:

a. (i). Prinsip Pascal, yang dinyatakan sebagai berikut:

“Tekanan yang dilakukan terhadap zat cair yang tertutup diteruskan ke setiap bagian dari

zat cair dan dinding tempat zat cair itu tanpa mengalami perubahan nilai”.

Contoh prinsip Pascal: pompa hidrolik.

Pompa ini memiliki 2 buah tabung yang luas penampang tabungnya antar keduanya

berbeda. Pada tabung kecil dikerjakan dengan gaya F

1

. Tekanan yang

dihasilkan pada

cairan adalah p =F

1

/

A

1

dengan A1 adalah luas penampang dari tabung yang kecil. Tekanan sebesar ini kemudian

diteruskan ke permukaan cairan dalam tabung yang besar. Gaya yang bekerja pada

permukaan cairan dalam tabung besar adalah

F

2

= p A

2

F

2

= F

1

A

2

/

A

1

dengan A

2

adalah luas penampang tabung besar.

(ii) hukum Archimedes

hukum Archimedes yang dinyatakan sebagai berikut;

“Setiap benda yang direndam seluruhnya atau sebagian di dalam fluida mendapat gaya

apung berarah ke atas, yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh

benda ini”.

Contoh hukum Archimedes: Balon Udara

Agar dapat terbang balon udara harus diisi dengan fluida yang massa enisnya lebih kecil

dari massa jenis udara

b. Air dari tanah dapat sampai ke dalam daun di ujung paling atas sebuah pohon karena

peristiwa kapilaritas, yakni peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair dalam pipa

kapiler. Pipa kapiler adalah pipa yang berdiameter sangat kecil (sekitar 1 mm).

Naiknya air tanah dari akar ke daun melalui pembuluh kayu. Dalam hal ini pembuluh kayu

berfungsi sebagai pipa kapiler.

c.

Isobarik : proses pada tekanan tetap,

Isokhorik : proses pada volume tetap,

Isotermis : Proses pada suhu tetap,

Adiabatik : proses yang tidak menyebabkan perubahan kalor

isobarik, isokhorik, isotermis, adiabatik

2 Sebuah tangki terbuka berisi air setinggi 2 m. Pada jarak 0,5 m dari permukaan air dibuat

suatu lubang kecil seluas 0,5 cm

2

ber-arah 60

0

terhadap sumbu mendatar. Tentukanlah :

a.

debit air yang keluar lubang

JAWAB:

Laju air keluar lubang adalah

√

a.

debit air yang keluar lubang

Q = A

b

. v

b

= 0,5 cm

2

.

√

m/s = 50

√

cm

3

/s

b.

tinggi maksimum (y

m

) yang dapat dicapai air bila dihitung dari dasar tangki

y

m

= y

b

+ tinggi maksimum yang dapat dicapai air dari titik b (gerak peluru)

y

m

= y

b

+

= (2m

–

0,5 m) +

(√ ) ( √ )

= 3/2 m + 3/8 m = 15/8 m

c.

kecepatan (besar dan arah ) air sesaat sebelum menumbuk tanah

Saat menumbuk tanah, kecepatan air dapat diuraikan dalam v

x

dan v

y

.

Dalam arah mendatar, laju air kostan yaitu:

√

⁄

Dalam arah vertikal, gerak air dapat ditinjau sebagai gerak jatuh bebas dari ketinggian y

m

.

√

√ (

) √

m/s

Kecepatan air saat menumbuk tanah,

√

√

_{√ √}

Arahnya,

₍

₎

₍

√

√

)

(√ )

3 Suatu termometer X jika dicelupkan ke dalam es yang sedang mencair menunjukkan bacaan

20 X dan jika dicelupkan dalam air yang mendidih pada tekanan 1 atm menunjukkan

bacaan 240 X

a. Jika suatu cairan mendidih pada suhu 194

0

Fahrenheit dan membeku pada suhu

–

4

0

Celcius, nyatakanlah titik didih dan titik beku tersebut menurut termometer X

b. Berapa Kelvin kah saat termometer X menunjukkan bacaan 125 X

c. Jika suatu saat termometer Reamur menunjukan bacaan 60 R, nyatakanlah angka tersebut

menurut termometer X

JAWAB:

√ √

_√

Terapkan persamaan Bernoulli pada titik a dan b.

Dengan menganggap diameter lubang jauh lebih

kecil dibanding diameter tangki, diperoleh:

P

a

+ ρgy

a

= P

b

+ ½ ρv

b2

+ ρgy

b

Titik a dan b sama-sama bersentuhan dengan

udara luar, P

a

= P

b

.

a.

194

0

F = ...X,

Selanjutnya gas dimampatkan pada suhu konstan hingga mencapai volume semula dan

akhirnya didinginkan pada volume konstan hingga mencapai tekanan semula.

(a). Gambarkan proses tersebut dalam diagram p-V

(b). Tentukan suhu pada proses isotermalnya

(c). Tentukan W dan Q bagi keseluruhan proses

(b). suhu pada proses isotermalnya

Tinjau proses a

–

b:

Diketahui: (

p

a

,

V

a

,

T

a

) = ( 2x10

5

Pa, 4x10

-3

m

3

, 300 K)

Jadi suhu pada proses isotermal = 600 K

(c). W dan Q bagi keseluruhan proses.

Usaha total keseluruhan proses dicari dari usaha pada masing-masing proses.

Proses a-b: isobarik

Proses b

–

c: isotermal

_[

]

Proses c

–

a :iskhorik

W untuk keseluruhan proses:

W

total

= W

a-b

+ W

b-c

+ W

c-a

W

total

= 800 J + (-2211,39 J) + 0 J = - 1411,39 J

Q untuk keseluruhan proses dicari dengan menerapkan bahwa untuk satu siklus, ∆U = 0

Hukum 1 Termodinamika:

∆U = Q –

W = 0

Q = W = - 1411,39 J

(d). Apakah sistem melakukan kerja?

Tidak

, sebab W

total

negatif, berarti sistem menerima

kerja.

Apakah sistem menerima kalor?

Tidak

, sebab Q

total

negatif.

Proses a-b: isobarik

Proses b

–

c: isotermal