Pembahasan Fisika No. 21 - 25 Tkd Saintek Sbmptn 2018 Isyarat Naskah 466

Pembahasan soal Fisika Tes Kemampuan Dasar Sains dan Teknologi (TKD Saintek) Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) tahun 2018 Kode Naskah 466 nomor 21 hingga dengan nomor 25 tentang:

• kalor, 
• termodinamika, 
• gelombang, 
• arus bolak balik, dan 
• induksi elektromagnetik.

Soal No. 21 wacana Kalor

Di dalam sebuah wadah tertutup terdapat 500 gram es dan 700 gram air pada keadaan setimbang 0 ℃, 1 atm. Selanjutnya, es dan air itu dipanaskan bahu-membahu selama 160 detik pada tekanan tetap dengan memakai pemanas 2.100 watt. Diketahui kalor lebur es 80 kal.g⁻¹, kalor jenis air 1 kal.g⁻¹.K⁻¹, dan 1 kal = 4,2 J. Pada keadaan simpulan hanya terdapat air. Jika efisiensi pemanas 80%, suhu simpulan air yaitu ….

A.   10 ℃
B.   20 ℃
C.   30 ℃
D.   40 ℃
E.   50 ℃

Pembahasan

Pertama, energi yang dihasilkan oleh alat pemanas (W) dipakai untuk meleburkan es (Q₁). Setelah seluruh es mencair, energi tersebut diserap oleh cairan es dan air (Q₂) hingga mengalami kenaikan suhu.

W = Q₁ + Q₂

ulas satu per satu saja ya!

Efisiensi alat pemanas yaitu 80% sehingga:

W = 80% Pt
    = 0,8 ∙ 2100 ∙ 160 J
    = 268.800 J

Q₁ yaitu kalor lebur es dan harus dijadikan satuan joule (dikalikan 4,2)

Q₁ = m_es L
     = 500 ∙ 80 ∙ 4,2 J
     = 168.000 J

Sedangkan Q₂ yaitu kalor pemanasan air dan es yang sudah mencair (satuan juga harus joule).

Q₁ = (m_es + m_air)c∆t
      = (500 + 700)1 ∙ ∆t ∙ 4,2 J
      = 5040∆t J

Ok, kini kita masukkan ke rumus awal tadi.

          W = Q₁ + Q₂
268.800 = 168.000 + 5040∆t
  5040∆t = 100.800
          ∆t = 20

Jadi, suhu simpulan air yaitu 20 ℃ (B).

Soal No. 22 wacana Termodinamika

Suatu baskom kokoh yang berisi gas ideal dikocok berulang-ulang. Manakah pernyataan yang benar wacana keadaan gas tersebut sehabis dikocok?

A.   Temperatur gas bertambah meskipun energi dalamnya tetap.
B.   Temperatur gas bertambah tanpa gas melaksanakan usaha.
C.   Energi dalam gas berkurang alasannya yaitu sebagian berkembang menjadi kalor.
D.   Gas melaksanakan perjuangan sebesar penambahan energi dalamnya.
E.   Temperatur gas bertambah sebanding dengan penambahan kelajuan molekul gas.

Pembahasan

Mari kita analisis pernyataan pada soal di atas!

Suatu baskom kokoh yang berisi gas ideal dikocok berulang-ulang.

• Bejana kokoh berarti baskom tersebut tidak akan mengalami penyusutan maupun pengembangan volume. Dengan kata lain, kejadian tersebut terjadi pada volume tetap (isokhorik). Pada kejadian isokhorik tidak ada perjuangan dilakukan (W = 0). [opsi D salah]

• Hukum I Termodinamika dinotasikan sebagai:

Q = W + ∆U

Karena W = 0 maka:

Q = ∆U
Artinya, kalor yang diserap atau dilepas seluruhnya dipakai untuk mengubah energi dalam. [opsi C salah]

• Gas ideal dikocok berulang-ulang akan menimbulkan partikel gas lebih sering bertumbukan dan kecepatan partikel gas bertambah.

        E_k = 3/2 kT
1/2 mv² = 3/2 kT
         v² T
[opsi E salah, yang benar temperatur gas sebanding dengan kuadrat kelajuan]

• Hubungan antara temperatur dan energi dalam adalah:

  U = 3/2 NkT atau
∆U = 3/2 Nk∆T
∆U ∆T
Artinya, penambahan temperatur akan mengakibatkan energi dalam bertambah. [opsi A salah]

Tinggal satu opsi jawaban, yaitu opsi B. Opsi ini harus benar alasannya yaitu opsi yang lain sudah salah.

Kata kunci pernyataan soal di atas ada dua, yaitu bejana kokoh dan dikocok berulang-ulang. Bejana kokoh berarti volume tetap sehingga gas tidak melaksanakan usaha. Sedangkan dikocok berulang-ulang mengakibatkan partikel gas sering tumbukan sehingga suhu naik.

Jadi, pernyataan yang benar yaitu opsi (B).

Soal No. 23 wacana Gelombang

Dua balok kayu kecil A dan B terapung di permukaan danau. Jarak keduanya yaitu 150 cm. Ketika gelombang sinusoida menjalar pada permukaan air, teramati bahwa pada ketika t = 0 detik, balok A berada di puncak sedangkan balok B berada di lembah. Keduanya dipisahkan satu puncak gelombang. Pada ketika t = 1 detik, balok A berada di titik setimbang pertama kali dan sedang bergerak turun. Manakah pernyataan wacana gelombang pada permukaan air tersebut?

A.   Gelombang air mempunyai panjang 200 cm.
B.   Pada ketika t = 1 detik, balok B berada di titik setimbang dan sedang bergerak turun.
C.   Frekuensi gelombang yaitu 0,25 Hz.
D.   Amplitudo gelombang yaitu 75 cm.
E.   Balok A akan kembali berada di puncak pada ketika t = 4,5 detik.

Pembahasan

Grafik ilustrasi untuk soal di atas adalah:

Mari kita ulas setiap opsi tanggapan di atas!

• Jarak balok kayu A dan B yaitu 150 cm. Sepanjang jarak tersebut terdapat 3/2 λ. 

3/2 λ = 150
      λ = 2/3 × 150
         = 100 
Panjang gelombang air yaitu 100 cm. [opsi A salah]

• Jika diperhatikan gambar ilustrasi di atas, ketika t = 1 detik balok B berada di titik setimbang keempat dan bergerak ke atas. [opsi B salah]

• Sesuai gambar di atas, dalam 1 detik balok menempuh 1/4 periode.

1/4 T = 1 detik
      T = 4 detik
Sehingga balok A akan kembali ke puncak (satu periode) ketika t = 4 detik. [opsi E salah]

• Frekuensi gelombang tersebut adalah:

f = 1/T
  = 1/4 Hz
  = 0,25 Hz [opsi C benar]

• Pada soal tidak disajikan data untuk memilih amplitudo gelombang.

Jadi, pernyataan yang benar yaitu opsi (C).

Soal No. 24 wacana Arus Bolak Balik

Sebuah kapasitor, sebuah lampu pijar, dan sebuah sumber arus AC dirangkai secara seri sehingga membentuk sebuah rangkaian tertutup. Lampu pijar meredup apabila ….

A.   tegangan listrik membesar
B.   frekuensi berkurang
C.   arus listrik membesar
D.   sebuah resistor dipasang paralel dengan lampu
E.   sebuah kapasitor dipasang seri dengan lampu

Pembahasan

Prinsip utama semoga lampu dalam rangkaian listrik meredup adalah:

• tegangan diperkecil [opsi A salah]
• arus listrik diperkecil [opsi C salah]
• hambatan diperbesar

Besar kecilnya frekuensi bekerjasama dengan reaktansi kapasitif (hambatan kapasitor, X_C).

Berdasarkan rumus di atas, kita ketahui bahwa frekuensi berbanding terbalik dengan kendala kapasitor. Jika frekuensi berkurang maka kendala kapasitor membesar. Jika kendala membesar maka lampu akan menyala redup. [opsi B benar]

Setiap lampu mempunyai kendala (resistor). Jika pada lampu tersebut dipasang kendala lain secara paralel maka kendala total lampu akan mengecil sehingga lampu akan menyala lebih terang. [opsi D salah]

Pemasangan kapasitor secara seri menghasilkan kapasitor pengganti yang kapasitasnya lebih kecil (kebalikan resistor). Kapasitas kecil mengakibatkan kendala kapasitor besar (ingat, berbanding terbalik). Hambatan besar mengakibatkan lampu menyala redup. [opsi E benar]

Jadi, pernyataan yang benar yaitu opsi B dan E.

Soal No. 25 wacana Induksi Elektromagnetik

Perhatikan gambar berikut ini!

Dua buah kawat konduktor yang sejajar dan berjarak L = 1 m dipasang membentuk sudut θ = 30° terhadap bidang horizontal. Ujung bawah kedua kawat terhubung dengan resistor R = 3 Ω. Sebuah batang konduktor dengan massa m bergeser turun di sepanjang rel tanpa kehilangan kontak dengan rel sehingga rel dan batang membentuk suatu rangkaian tertutup. Pada kawasan tersebut terdapat medan magnetik seragam yang besarnya B = 2 T dan berarah horizontal. Jika batang turun dengan laju konstan v = 3 m/s, massa batang m yaitu ….

A.   0,2 kg
B.   0,4 kg
C.   0,6 kg
D.   0,8 kg
E.   1,0 kg

Pembahasan

Batang konduktor sepanjang L yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet B akan menimbulkan GGL induksi ε.

    ε = BLv sin⁡ θ
  iR = BLv sin 30°
i ∙ 3 = 2 ∙ 1 ∙ 3 ∙ 1/2
     i = 1

Nah, kini batang konduktor tersebut dialiri arus listrik 1 ampere.

Bila konduktor sepanjang L yang berarus listrik i dan berada dalam medan magnet B maka akan menimbulkan gaya Lorentz F_L.

F_L = BiL sin⁡ 30°
     = 2 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1/2
     = 1

Gaya Lorentz sebesar 1 newton inilah yang menahan gerak konduktor turun sehingga konduktor bergerak dengan kecepatan konstan.

F yaitu gaya gerak konduktor turun dengan sudut kemiringan 30°.

F = mg sin⁡ 30°
    = m ∙ 10 ∙ 1/2
    = 5m

Karena batang konduktor bergerak dengan kecepatan konstan maka berlaku aturan I Newton.

      ΣF = 0
F − F_L = 0
         F = F_L
       5m = 1
         m = 1/5
             = 0,2

Jadi, masa batang konduktor yaitu 0,2 kg (A).

Pembahasan Fisika No. 16 - 20 TKD Saintek SBMPTN 2018 Kode Naskah 466
Pembahasan Fisika No. 26 - 30 TKD Saintek SBMPTN 2018 Kode Naskah 466

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, mengembangkan pengetahuan bersama . Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.

Berbagi :