Soal SBMPTN fisika no 16

Kecepatan sudut benda diberikan dalam bentuk kurva seperti gambar.

Pernyataan yang benar adalah …
(A) Pergeseran sudut benda dalam selang 0 ≤ t ≤ 4 detik adalah 40 radian
(B) Pergeseran sudut benda dalam selang 4 ≤ t ≤ 9 detik adalah \(\left(\frac{20}{3} \right) \) radian
(C) Percepatan sudut benda pada saat t = 2 detik adalah \(\left(-\frac{3}{8} \right) \) radian/s²
(D) Percepatan sudut rata-rata benda pada selang 0 ≤ t ≤ 12 detik adalah \(\left(\frac{30}{12} \right) \) radian/s²
(E) Pergeseran sudut benda dalam selang 9 ≤ t ≤ 12 detik adalah 30 radian

Pembahasan soal SBMPTN Fisika no 16 :
Pergeseran sudut benda = luas daerah. Untuk selang waktu 9 ≤ t ≤ 12 detik, besar pergeseran sudutnya adalah :
\begin{aligned}
\theta &= \frac{1}{2} \times alas \times tinggi \\
&= \frac{1}{2} \times (12-9) \times 20 \\
&= 30 \quad \textrm{radian}
\end{aligned}

Jawaban : E

Soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 17
Sebuah lemari besi dengan berat 300 N (awalnya dalam keadaan diam) ditarik oleh sebuah gaya dengan arah membentuk sudut θ di atas garis mendatar cos θ = \(\frac{3}{5} \) . Apabila koefisien gesek statis dan kinetik antara lemari besi dan lantai berturut-turut adalab 0,5 dan 0,4, gaya gesek kinetik yang bekerja pada lemari besi adalah 72 N, dan besar percepatan gravitasi g = 10 m/s², maka percepatan lemari besi dan gaya yang menarik lemari besi berturut-turut adalah ….
(A) \(\frac{18}{30} \) m/s² dan 90 N
(B) \(\frac{18}{30} \) m/s² dan 150 N
(C) \(\frac{18}{30} \) m/s² dan 2l0 N
(D) 0 m/s² dan l50 N
(E) 0 m/s² dan 90 N

Pembahasan soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 17 :
Perhatikan gambar di bawah ini:

\begin{aligned}
f_g &= \mu _k \cdot N \\
72 &= 0,4\cdot N \\
N &= 180 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

\begin{aligned}
\Sigma F_y &= 0 \\
F_y + N – w &= 0 \\
F_y + 180 – 300 &= 0 \\
F_y &= 120 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Besar gaya yang menarik lemari besi :

\begin{aligned}
F_y &= F \sin \theta \\
120 &= F\cdot \frac{4}{5} \\
F &= 150 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

\begin{aligned}
F_x &= F \cos \theta \\
120 &= 150 \cdot \frac{3}{5} \\
F &= 90 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Besar percepatan lemari besi :
\begin{aligned}
\Sigma F_x &= m\cdot a \\
F_x – f_g &= m\cdot a \\
90 – 72 &= 30a \\
a &= \frac{18}{30} \quad \textrm{m/s}^2
\end{aligned}

Jawaban : B

Soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 18

Seorang pemain bola menerima umpan lambung. Bola yang massanya 0,4 kg datang dengan kecepatan 12 m/s dan arah 300 terhadap garis horizontal. Setelah ditendang ke arah gawang lawan, kecepatan bola berubah menjadi 15 m/s dengan arah 30° terhadap garis horizontal. Jika waktu kontak bola dengan kaki adalah 0,01 s, maka gaya yang diterima bola dalam arah vertikal adalah ….
(A) 400N
(B) 540N
(C) 600N
(D) 640N
(E) 700N

Pembahasan soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 18 :

Komponen kecepatan pada sumbu y (arah vertikal):
\(v_{1y} = -v_1 \sin 30 =-12\cdot \frac{1}{2}=-6 \quad \textrm{m/s} \)
\(v_{2y} = v_2 \sin 30 =15\cdot \frac{1}{2}=7,5 \quad \textrm{m/s} \)

Gaya yang diterima bola dalam arah vertikal :
\begin{aligned}
F_y \cdot t &= m (v_{2y} – v_{1y}) \\
F_y \cdot 0,01 &= 0,4 (7,5 – (-6)) \\
F_y &= 540 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Jawaban : B

Soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 19
Kawat jenis A dan B memiliki panjang dan diameter yang sama dengan modulus Young berbeda. Jika diberi beban bermassa M, kawat A meregang sejauh x, sedangkan kawat B meregang sejauh 0,5x. Apabila kawat A dan B disambung kemudian diberi beban M, maka pertambahan panjang keseluruhan adalah ….
(A) 0,5x
(B) 1,0x
(C) 1,5x
(D) 2,0x
(E) 2,5x

Pembahasan soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 19 :
Karena kedua kawat A dan B memiliki modulus Young yang berbeda, maka konstanta elastisitasnya juga berbeda.
Konstanta elastisitas kawat A :
\begin{aligned}
k_A &= \frac{F}{\Delta x} \\
&= \frac{Mg}{x}
\end{aligned}

Konstanta elastisitas kawat B :
\begin{aligned}
k_B &= \frac{F}{\Delta x} \\
&= \frac{Mg}{0,5x}
\end{aligned}

Apabila kedua kawat A dan B disambung maka konstanta elastisitas gabungannya menjadi :
\begin{aligned}
\frac{1}{k_{tot}} &= \frac{1}{k_A} + \frac{1}{k_B} \\
&= \frac{1}{\frac{Mg}{x}} + \frac{x}{\frac{Mg}{0,5x}} \\
&= \frac{x}{Mg} + \frac{0,5x}{Mg} \\
&= \frac{1,5x}{Mg} \\
k_{tot} &= \frac{Mg}{1,5x}
\end{aligned}

Maka pertambahan panjang keseluruhannya jika diberi beban M adalah
\begin{aligned}
F &= k_{tot} \Delta x \\
Mg &= \frac{Mg}{1,5x} \Delta x \\
\Delta x &= 1,5x
\end{aligned}

Jawaban : C

Soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 20
Perhatikan gambar di bawah ini!

Sebuah semprotan nyamuk tersusun atas pipa vertikal yang tercelup dalam cairan antinyamuk ρ dan pipa horizontal yang terhubung dengan piston. Panjang bagian pipa vertikal yang berada di atas cairan adalah l dengan luas penampang a. Dibutuhkan kecepatan minimum aliran udara yang keluar dari pipa horizontal sebesar v agar cairan antinyamuk dapat keluar dari pipa vertikal. Jika pipa vertikal diganti dengan pipa berluas penampang a’ = 2a, maka cairan yang masih bisa digunakan harus memiliki massajenis ρ” sebesar ….
(A) ρ’= ½ρ
(B) ρ’= ρ
(C) ρ’= √2ρ
(D) ρ’= 2ρ
(E) ρ’= 4ρ

Pembahasan soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 20 :
\begin{aligned}
Q &= Q’ \\
Av &= A’v’ \\
v’ &= \frac{1}{2} v
\end{aligned}

Kemudian menggunakan persamaan :
\begin{aligned}
\rho v^2 &= \rho ‘ v’^2 \\
\rho v^2 &= \rho ‘ \left( \frac{1}{2} v \right)^2 \\
\rho v^2 &= \frac{1}{4} \rho ‘ v^2 \\
\rho ‘ &= 4\rho
\end{aligned}

Jawaban : E

Soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 21
Ka1or jenis es akan ditentukan dengan cara memberikan kalor 400 kJ pada 2 kg es bersuhu – 10°C. Jika kalor lebur es 340 kJ/kg dan setelah terjadi kesetimbangan termal tersisa 0,95 kg es, maka kalor jenis es pada percobaan tersebut adalah ….
(A) 3850 J/kg°C
(B) 3570 J/kg°C
(C) 2542 J/kg°C
(D) 2150 J/kg°C
(E) 1855 J/kg°C

Pembahasan soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 21 :
Banyaknya es yang mencair = 2 kg – 0,95 kg = 1,05 kg

Menggunakan persamaan kalor :
\begin{aligned}
Q_tot &= Q_1 + Q_2 \\
Q_tot &= m_{es} c_{es} \Delta T + m_{es-mencair} L \\
400 &= 2\cdot c_{es} \cdot (0-(-10)) + 1,05\cdot 340 \\
400 &= 20c_{es} + 357 \\
43 &= 20c_{es} \\
c_{es} &= 2,15 \quad \textrm{kJ/kg}^o \textrm{C} \\
&= 2150 \quad \textrm{J/kg}^o \textrm{C}
\end{aligned}

Jawaban : D

Soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 22

Suatu mesin dalam satu siklus menyerap kalor sebesar 2 x 10³ joule dan reservoir panas dan melepaskan kalor 1,5 x 10³ joule ke reservoir yang temperaturnya lebih rendah. Jika waktu yang diperlukan untuk melakukan 4 siklus adalah 2 detik, maka daya mesin tersebut sebesar ….
(A) 10¹ watt
(B) 10² watt
(C) 10³ watt
(D) 10⁴ watt
(E) 10⁵ watt

Pembahasan soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 22 :
Besar usaha untuk satu siklus :
\begin{aligned}
W &= Q_1 – Q_2 \\
&= 2\times 10^3 – 1,5 \times 10^3 \\
&= 0,5 x 10^3 \quad \textrm{J}
\end{aligned}

Daya yang diperlukan untuk 4 siklus dalam 2 detik :
\begin{aligned}
P &= 4\times \frac{W}{t} \\
&= 4\times \frac{0,5 \times 10^3}{2} \\
&= 10^3 \quad \textrm{watt}
\end{aligned}

Jawaban : C

Soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 23
Seutas tali yang tipis disambung dengan tali yang lebih tebal, kemudian diikatkan pada tembok yang kokoh, seperti pada gambar.

Jika pada salah satu ujung tali yang tipis diberi ganguan, maka terjadi perambatan gelombang ke arah kanan. Pada saat di A ….
(A) sebagian gelombang diteruskan dan sebagian dipantulkan dengan fase yang sama dengan gelombang datang
(B) semua gelombang diteruskan menuju B
(C) sebagian gelombang diteruskan dan sebagian dipantulkan
(D) semua gelombang dipantulkan
(E) panjang gelombang yang dipantulkan dan diteruskan sama

Pembahasan soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 23 :
Karena tali disambung dengan tali yang lebih tebal, maka sebagain gelombang diteruskan dan sebagian dipantulkan.

Jawaban : C

Soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 24
Dua cincin konduktor diletakkan koaksial seperti pada gambar.

Seorang pengamat melihat kedua cincin tersebut melalui sumbunya dan sisi kiri cincin besar. Arus mengalir semakin besar searah jarum jam pada cincin besar. Pada cincin kecil akan terjadi ….
(A) arus listrik yang berlawanan dengan jarum jam
(B) arus listrik yang semakin besar dan berlawanan arah dengan jarum jam
(C) arus listrik yang searah dengan jarum jam
(D) arus listrik yang semakin besar dan searah dengan jarum jam
(E) arus listnik yang semakin kecil dan searah dengan jarum jam

Pembahasan soal SBMPTN Fisika tahun 2017 no 24 :
Berdasarkan persamaan :
\(B = \frac{\mu _o i}{2a} \)

Arus listrik yang semakin besar dan searah dengan jarum jam.

Jawaban : C

Hukum Newton Dan Rumusnya
Rumus Hukum Newton di bagi tiga yaitu :

Hukum Newton 1
Hukum Newton 1 membahas tentang kelembamam benda. Hukum I Newton atau hukum kelembamam menyatakan bahwa jika resultan haya yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol, benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan. Sehingga Hukum Newton 1 dirumuskan :
\(\Sigma F = 0 \)

Hukum Newton 2
Hukum II Newton menyatakan bahwa percepatan pada suatu benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada benda tersebut dan bebanding terbalik dengan massa benda tersebut.
\(a = \frac{\Sigma F}{m} \)

Hukum Newton 3
Hukum III Newton menyatakan bahwa jika benda A melakukan gaya aksi pada benda B, benda B akan memberikan gaya reaksi yang sama besar, tetapi berlawanan pada benda A.
\(\Sigma F_{aksi} = -\Sigma F_{reaksi} \)

Contoh Soal Dan Pembahasan Fisika Hukum Newton 1
Sebuah balok bermassa 4 kg berada di atas bidang miring kasar seperti gambar berikut.

Besar gaya minimum yang diperlukan agar balok meluncur ke bawah dengan kecepatan tetap adalah ….
A. 3,2 N
B. 6,4 N
C. 20,8 N
D. 32 N
E. 48 N

Pembahasan contoh soal hukum newton pada bidang miring :
Perhatikan gambar gaya-gaya yang bekerja pada benda berikut ini :

Besar gaya berat (w) :
\(w = mg = 4 \cdot 10 = 40 \quad \textrm{N} \)
\(w_x = w \sin 37^o = 40 \cdot 0,6 = 24 \quad \textrm{N} \)
\(w_y = w \cos 37^o = 40 \cdot 0,8 = 32 \quad \textrm{N} \)

Komponen sumbu Y :
Sepanjang sumbu y berlaku hukum I Newton sehingga :
\begin{aligned}
\Sigma F_y &= 0 \\
N – w_y &= 0 \\
N &= w_y \\
&= 32 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Komponen sumbu X :
Agar balok meluncur ke bawah dengan kecepatan tetap maka berlaku Hukum I Newton :
\begin{aligned}
\Sigma F_x &= 0 \\
f_g – w_x + F &= 0 \\
F &= -f_g + w_x \\
&= -\mu N + w_x \\
&= 24 – 3,2 \\
&= 20,8 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Jawaban contoh soal hukum newton pada bidang miring : C

Hukum Newton Berkaitan Dengan Gerak Benda

Contoh soal hukum newton berkaitan dengan gerak benda :
Sebuah benda bermassa 1 kg mula-mula bergerak mendatar dengan kecepatan 10 m/s. Kemudian, diberi gaya konstan 2 N selama 10 s searah dengan arah gerak. Besar kecepatan benda setelah 10 s tersebut adalah ….
A. 15 m/s
B. 20 m/s
C. 25 m/s
D. 30 m/s
E. 35 m/s

Pembahasan hukum newton berkaitan dengan gerak benda :
Untuk menentukan percepatan benda mengunakan Hukum II Newton :
\begin{aligned}
a &= \frac{\Sigma F}{m} \\
&= \frac{2}{1} \\
&= 2 \quad \textrm{m/s}^2
\end{aligned}

Kemudian menggunakan persamaan gerak benda yang dipercepat (GLBB) :
\begin{aligned}
v_t &= v_o + at \\
&= 0 + 2\cdot 10 \\
&= 20 \quad \textrm{m/s}
\end{aligned}

Jawaban hukum newton berkaitan dengan gerak benda : B

Hukum Newton Pada Katrol

Contoh soal hukum newton pada katrol :
Dua benda, m₁ dan m₂, bermassa masing-masing 4 kg dan 6 kg dihubungkan dengan seutas tali melalui sebuah katrol yang massanya diabaikan seperti gambar berikut.

Percepatan dan tegangan talinya adalah ….
A. 10 m/s², 60 N
B. 10 m/s², 40 N
C. 10 m/s², 20 N
D. 2 m/s², 48 N
E. 2 m/s², 24 N

Pembahasan hukum newton pada katrol :
Perhatikan diagram gaya yang bekerja pada katrol berikut :

Hukum II Newton pada sistem benda 1 :
\begin{aligned}
\Sigma F_y &= m_1 a \\
T_1 – w_1 &= m_1 a \\
T_1 – m_1 g &= m_1 a \\
T_1 – 4\cdot 10 &= 4a \\
T_1 &= 40 + 4a
\end{aligned}

Hukum II Newton pada sistem benda 2 :
\begin{aligned}
\Sigma F_y &= m_2 a \\
T_2 – w_2 &= m_2 (-a) \\
T_2 – m_2 g &= -m_2 a \\
T_2 – 6\cdot 10 &= -6a \\
T_2 &= 60 + 6a
\end{aligned}

Karena massa katrol diabaikan maka T₁ = T₂, sehingga :
\begin{aligned}
T_1 &= T_2 \\
40 + 4a &= 60 – 6a \\
6a + 4a &= 60 – 40 \\
10a &= 20 \\
a &= 2 \quad \textrm{m/s}^2
\end{aligned}

Jadi percepatan benda a = 2 m/s².

Untuk menentukan besar tegangan talinya bisa menggunakan salah satu T₁ atau T₂, besar keduanya sama.
\begin{aligned}
T_1 &= 40 + 4a \\
&= 40 + 4\cdot 2 \\
&= 40 + 8 \\
&= 48 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Atau menggunakan T₂ , sehingga :
\begin{aligned}
T_2 &= 60 – 4a \\
&= 60 + 6\cdot 2 \\
&= 60 + 12 \\
&= 48 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Jadi besar tegangan talinya 48 N.

Jawaban hukum newton pada katrol : D

Aplikasi hukum newton pada bidang miring

Contoh aplikasi Hukum Newton pada bidang miring adalah sebagai berikut :
Sebuah benda bermassa 5 kg ditarik ke atas dari keadaan diam dengan gaya 70 N seperti gambar.

Jika koefisien gesekan bidang miring (μ_k = 0,2), percepatan benda adalah ….
A. 32 m/s²
B. 8 m/s²
C. 6,4 m/s²
D. 3 m/s²
E. 1,5 m/s²

Pembahasan aplikasi Hukum Newton pada bidang miring :
Perhatikan diagram gaya berikut ini :

Diketahui :
F = 70 N
w = 5 x 10 = 50 N
w_x = w x sin 37 = 50 x 0,6 = 30 N
w_y = w x cos 37 = 50 x 0,8 = 40 N

Komponen sumbu y berlaku Hukum I Newton :
\begin{aligned}
\Sigma F_y &= 0 \\
N – w_y &= 0 \\
N &= w_y \\
&= 40 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Komponen sumbu x berlaku Hukum II Newton :
\begin{aligned}
\Sigma F_x &= ma \\
F – f_g -w_x &= 5a \\
70 – \mu _k \cdot N &= 5a \\
40 – 0,2\cdot 40 &= 5a \\
40 – 8 &= 5a \\
32 &= 5a \\
a &= \frac{32}{5} \\
&= 6,4 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Jawaban aplikasi Hukum Newton pada bidang miring : C

Contoh Soal Dan Pembahasan Penerapan Hukum Newton Pada Bidang Datar

Contoh soal dan pembahasan serta penerapan hukum newton pada bidang datar baik licin maupun kasar.

Contoh soal :
Sebuah balok bermassa 2 kg yang terletak pada bidang datar licin ditarik dengan gaya F₁ dan F₂ seperti gambar berikut.

Besar dan arah percepatan yang bekerja pada benda adalah ….
A. 1,25 m/s² ke kiri
B. 1,25 m/s² ke kanan
C. 0,8 m/s² ke kiri
D. 0,8 m/s² ke kanan
E. 0,5 m/s² ke kiri

Pembahasan penerapan hukum newton pada bidang datar :
Perhatikan diagram gaya berikut :

F_2x = F₂ cos 37 = 8 x 0,8 = 6,4 N
F_2y = F₂ sin 37 = 8 x 0,6 = 4,8 N

Benda bergerak sepanjang bidang datar sumbu x, sehingga berlaku Hukum II Newton.
\begin{aligned}
\Sigma F_x &= ma \\
F_{2x} – F_1 &= ma \\
6,4 – 8 &= 2a \\
-1,6 &= 2a \\
a &= -0,8 \quad \textrm{m.s}^{-2}
\end{aligned}
Karena percepatan (a) negatif, maka benda bergerak sepanjang bidang datar ke kiri.

Jawaban : E

Contoh soal dan pembahasan hukum newton 3

Hukum Newton 3 tentang aksi reaksi, berikut ini contoh soal tentang hukum 3 newton dan pembahasannya:
Perhatikan gambar berikut.

Pasangan gaya aksi dan reaksi adalah ….
A. T₁ dan w
B. T₁ dan T₂
C. T₁ dan T₃
D. T₂ dan T₁
E. T₂ dan T₃

Pembahasan contoh soal Hukum 3 Newton :
Pasangan gaya aksi dan reaksi bekerja pada benda yang berbeda dan beralawan arah. T₁ dan w bukan pasangan aksi reaksi karena bekerja pada benda yang sama yaitu benda yang mengantung. Begitu juga T₂ dan T₃ bukan pasangan aksi reaksi karena bekerja pada benda yang sama yaitu langit-langit. Sehingga yang merupakan pasangan gaya aksi dan reaksi adalah T₁ dan T₂, karena T₁ bekerja pada benda yang menggantung dan T₂ bekerja pada langit-langit dan keduannya berlawanan arah.

Jawaban : B

Artikel ini berkaitan dengan hukum newton ketiga, hukum newton tentang gaya, hukum newton pertama, hukum newton aksi reaksi, hukum newton katrol, hukum newton 1 membahas tentang, hukum newton 3 adalah, hukum newton contoh soal, hukum newton 2 dan aplikasinya, hukum newton dan aplikasinya, peristiwa hukum newton alasan, aplikasi hukum newton 1, aplikasi hukum newton 2, artikel hukum newton, aplikasi hukum newton 1 2 3, animasi hukum newton 1, aplikasi hukum newton 3, dan aplikasi hukum newton pada bidang datar.

Pembahasan :
Waktu yang dibutuhkan bola untuk sampai ke tanah :
\begin{aligned}
h &= \frac{1}{2}gt^2 \\
20 &= \frac{1}{2}\cdot 10 \cdot t^2 \\
20 &= 5 \cdot t^2 \\
t^2 &= 4 \\
t &= 2 \quad \textrm{s}
\end{aligned}

Bola mengenai tanah dengan sudut 45^o terhadap bidang horisontal sehingga :
\begin{aligned}
\tan \theta &= \frac{-v_y}{v_x} \\
\tan 45^o &= \frac{-v_o \sin \theta _o + gt}{v_o \cos \theta _o} \\
1 &= \frac{-v_o \sin 0^o + 10t}{v_o \cos 0^o} \\
1 &= \frac{10t}{v_o} \\
v_o &= 10t
\end{aligned}

Karena t = 2 s, maka kecepatan awalnya :
\begin{aligned}
v_o &= 10\cdot 2 \\
&= 20 \quad \textrm{m/s}
\end{aligned}

Jawaban : B

Soal No. 2
Sebuah satelit komunikasi bermassa 4000 kg dilontarkan dari ruang muatan sebuah pesawat ruang angkasa dengan bantuan pegas. Bila satelit dilontarkan dengan kecepatan 0,3 m/s dan pegas bekerja selama 0,2 s, gaya rata-rata yang diberikan pegas pada satelit adalah ….
A. 6 x 10⁵ N
B. 2,4 x 10⁵ N
C. 6 x 10⁴ N
D. 2,4 x 10⁴ N
D. 6 x 10³ N

Pembahasan :
Gaya rata-rata yang diberikan pegas :
\begin{aligned}
Ft &= m\Delta v \\
F\cdot 0,2 &= 4000 \cdot 0,3 \\
F &=\frac{1200}{0,2} \\
&= 6 \times 10^3 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Jawaban : E

Soal No. 3
Suatu mesin Carnot mempunyai efisiensi 30% dengan temperatur reservoir suhu tinggi sebesar 750 K. Agar efisiensi mesin naik menjadi 50% maka temperatur reservoir suhu tinggi harus naik menjadi ….
A. 1050 K
B. 1000 K
C. 950 K
D. 900 K
E. 850 K

Pembahasan :
Reservoir suhu rendah mesin Carnot :
\begin{aligned}
\eta &= (1-\frac{T_2}{T_1})\times 100% \\
30% &= (1-\frac{T_2}{750})\times 100% \\
0,3 &= (1-\frac{T_2}{750})
\frac{T_2}{750} &= 0,7 \\
T_2 &= 525 \quad \textrm{K}
\end{aligned}

Resevoir suhu tingginya ketika efisiensinya menjadi 50%:
\begin{aligned}
\eta &= (1-\frac{T_2}{T_1})\times 100% \\
50% &= (1-\frac{525}{T_1})\times 100% \\
0,5 &= (1-\frac{525}{T_1})
\frac{525}{T_1} &= 0,5 \\
T_1 &= 1050 \quad \textrm{K}
\end{aligned}

Jawaban : A

Soal No. 4
Dua buah muatan masing-masing 8μC dan 2μC masing-masing diletakkan pada pusat koordinat dan titik x = 6 m. Agar sebuah muatan negatif tidak mengalami gaya sedikitpun, maka muatan ini harus diletakkan pada titik ….
A. x = -4 m
B. x = -2 m
C. x = 2 m
D. x = 4 m
E. x = 8 m

Pembahasan :
Letak titik muatan negatif yang tidak mengalami gaya sedikitpun :
\begin{aligned}
F_{tot} &= 0 \\
F_1 – F_2 &=0 \\
F_1 &= F_2 \\
k\frac{q_1 q}{r_1^2} &= k\frac{q_2 q}{r_2^2} \\
\frac{q_1 }{r_1^2} &= \frac{q_2 }{r_2^2} \\
\frac{8}{x^2} &= \frac{2}{(6-x)^2} \\
\frac{4}{x^2} &= \frac{1}{(6-x)^2} \\
\frac{2}{x} &= \frac{1}{(6-x)} \\
12-2x &= x \\
3x &= 12 \\
x &= 4 \quad \textrm{cm}
\end{aligned}

Jawaban : C

Soal No. 5
Air bertemperatur 20^oC dan bermassa a gram dicampur dengan es bertemperatur -10^oC dan bermassa b gram. Kesetimbangan temperatur tercapai tanpa adanya kehilangan kalor dan sebagian es melebur. Diketahui kalor jenis air dan es berturur-turut adalah 1 kal/g^oC dan 0,5 kal/g^oC serta kalor lebur es adalah 80 kal/g. Berapa gram massa es yang melebur?
A. (4a+b)/16
B. (4a-b)/16
C. (4b+a)/16
D. (4b-a)/16
E. (4a+ab)/16

Pembahasan :
\begin{aligned}
Q_{serap} &= Q_{lepas} \\
m_{es} c_{es}\Delta T + m_{es} L &= m_{air} c_{air} \Delta T \\
b\cdot 0,5 \cdot (0-(-10)) + x\cdot 80 &= a \cdot 1 \cdot 20 \\
5b +80x &= 20a \\
80x &= 20a-5b \\
x &= \frac{20a-5b}{80} \\
&= \frac{4a-b}{16}
\end{aligned}

Jawaban : B

Soal No. 6
Empat buah lampu identik A, B, C, dan D disusun dalam rangkaian seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Rangkaian dihubungkan dengan sumber tegangan 240 V dengan hambatan dalam nol. Lampu yang menyala paling terang adalah ….
A. B
B. C
C. A
D. D
E. A, B, C dan D sama terang

Pembahasan :
Arus yang mengalir pada lampu A paling besar, menyebabkan daya pada lampu A terbesar, sehingga lampu A menyala paling terang.

Jawaban : C

Soal No. 7
Perhatikan susunan kawat yang dialiri arus seperti yang terlihat pada gambar berikut ini!

Jika arus yang dialirkan sama kuat, maka susunan kawat yang mempunyai medan magnet di titik pusat lingkaran sama dengan nol adalah ….
A. 1 dan 2
B. 3 dan 4
C. 1 saja
D. 2 saja
E. 3 saja

Pembahasan :
Susunan kawat yang mempunyai medan magnet di titik pusat lingkaran sama dengan nol adalah kawat ke 2, karena medan magnetnya saling meniadakan dengan arah yang berbeda.

Jawaban : D

Soal No. 8
Pada interferensi dua celah (terpisah sejauh d dan terletak sejauh L dari layar) digunakan cahaya monokromatik yang panjang gelombannya λ. Jika jarak antara garis terang kedua di sisi-sisi terang pusat adalah ….
A. 4λL/d
B. 2λL/d
C. λd/2L
D. λd/L
E. λdL

Pembahasan :
Persamaan interferensi dua celah :
\begin{aligned}
\frac{dy}{L} &= n\lambda \\
\frac{dy}{L} &= 2\lambda \\
dy &= 2\lambda L \\
y &= \frac{2\lambda L}{d}
\end{aligned}

Jawaban : B

Soal No. 9
Elektron sebuah atom hidrogen pindah dari tingkat energi dengan energi E1 ke tingkat energi E2 dengan memancarkan foton. Panjang gelombang foton tersebut adalah ….
A. \(\frac{h}{e(E_1 – E_2)} \)
B. \(\frac{hc}{(E_1 – E_2)} \)
C. \(\frac{h}{(E_1 – E_2)} \)
D. \(\frac{(E_1 – E_2)}{h} \)
E. \(\frac{(E_1 – E_2)}{hc} \)

Pembahasan :
\begin{aligned}
\lambda &= \frac{hc}{E_1 – E_2}
\end{aligned}

Jawaban : C

Soal No. 10
Menurut pengamat di bumi, panjang pesawat ruang angkasa tinggal ¾ dari panjang semula. Laju pesawat tersebut adalah …. ( dengan c adalah laju cahaya dalam vakum)
A. \(\frac{1}{4}\sqrt{7} c \)
B. \(\frac{2}{3} c \)
C. \(\frac{1}{5}\sqrt{7} c \)
D. \(\frac{1}{2} c \)
E. \(\frac{1}{6}\sqrt{7} c \)

Pembahasan :
\begin{aligned}
L &= L_o \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}} \\
\frac{3}{4}L_o &= L_o \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}} \\
\frac{3}{4} &= \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}} \\
\frac{v^2}{c^2} &= 1 – \frac{9}{16} \\
\frac{v^2}{c^2} &= \frac{7}{16} \\
\frac{v}{c} &=\frac{1}{4}\sqrt{7} \\
v &= \frac{1}{4}\sqrt{7}c
\end{aligned}

Jawaban : D

Soal No. 11
Tinggi maksimum sebuah bola yang dilempar vertikal ke atas lebih besar dari pada jika dilempar ke atas membentuk sudut tertentu terhadap horizontal dengan kecepatan awal yang sama.

SEBAB

Energi kinetik suatu benda yang melakukan gerak parabola bernilai minimum di titik tertingginya.

Pembahasan :
Pernyataan Benar, Alasan benar, keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat.

Jawaban : A

Soal No. 12
Kawat berarus listrik yang sejajar dengan medan magnet tidak mengalami gaya magnet.

SEBAB

Gaya magnet hanya dialami oleh kawat berarus listrik yang tegak lurus medan magnet.

Pembahasan :
Pernyataan Benar, alasan salah.

Jawaban : C

Soal No. 13
Suatu gelombang digambarkan oleh sebuah fungsi gelombang sebagai berikut:
y(x,t) = 0,4 sin [5π(t+x)]
dengan y dan x dalam meter, t dalam sekon. Maka pernyataan yang benar adalah ….
(1) periode gelombang 0,4 sekon
(2) cepat rambat gelombang 1 m/s ke arah x negatif
(3) frekuensi gelombang 2,5 Hz
(4) panjang gelombang 4 cm

Pembahasan :
Persamaan gelombang :
\begin{aligned}
y(x,t) &= 0,4 \sin [5\pi(t+x)] \\
&= 0,4 \sin [5\pi t + 5\pi x]
\end{aligned}

Periode gelombang :
\begin{aligned}
5\pi &= \frac{2\pi}{T} \\
T &= \frac{2\pi}{5\pi} \\
&= 0,4 \quad \textrm{s}
\end{aligned}

Panjang gelombang :
\begin{aligned}
5\pi &= \frac{2\pi}{\lambda} \\
\lambda &= \frac{2\pi}{5\pi} \\
&= 0,4 \quad \textrm{m} \\
&= 40 \quad \textrm{cm}
\end{aligned}

Cepat rambat gelombang :
\begin{aligned}
v &=\frac{\lambda}{T}
v &= \frac{0,4}{0,4} \\
&= 1 \quad \textrm{m/s}
\end{aligned}
negatif karena ke +

Frekuensi gelombang :
\begin{aligned}
f &=\frac{1}{T} \\
&=\frac{1}{0,4} \\
&= 2,5 \quad \textrm{Hz}
\end{aligned}

Pernyataan (1), (2), dan (3) benar
Jawaban : A

Soal No 14
Gambar berikut ini menunjukkan kawat separuh lingkaran dapat diputar di dalam medan magnet homogen yang arahnya keluar bidang gambar. Kawat di rangkai dengan hambatan PO.

Hal yang terjadi ketika kawat diputar adalah ….
(1) arah medan magnet mempengaruhi arus
(2) tidak timbul arus listrik dalam rangkaian karena medan magnet homogen
(3) di dalam rangkaian timbul arus bolak balik
(4) fluks magnet tidak berubah karena medan magnet homogen

Pembahasan :
(1) benar, arah medan magnet mempengaruhi arah arus
(2) salah, timbul arus di dalam rangkaian
(3) benar, timbul arus bolak-balik
(4) salah, fluks magnet berubah

Jawaban : B

Soal No. 15
Sebuah balok bermassa 2,0 kg meluncur di atas bidang horisontal kasar dengan laju awal 5,0 m/s. Balok berhenti setelah meluncur selama 2 s. Pernyataan di bawah ini yang benar adalah
(1) balok mengalami perlambatan sebesar 2,5 m/s²
(2) besarnya gaya gesek kinetik yang dialami balok adalah 5 N
(3) koefisien gesek kinetik antara balok dan bidang adalah 0,25
(4) laju balok satu detik sebelum berhenti adalah 2,5 m/s

Pembahasan :
Perlambatan balok :
\begin{aligned}
v_t &=v_o + at \\
0 &= 5 + a\cdot 2 \\
a &= – 2,5 \quad \textrm{m/s}^2
\end{aligned}

Gaya gesek :
\begin{aligned}
F &= m\cdot a
&= 2\cdot 2,5 \\
&= 5 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Koefisien gesek :
\begin{aligned}
F &= m\cdot a
&= 2\cdot 2,5 \\
&= 5 \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Laju balok satu detik sebelum berhenti :
\begin{aligned}
v_t &=v_o + at \\
&= 5 + (-2,5)\cdot 1 \\
&= 2,5 \quad \textrm{m/s}
\end{aligned}

Pernyataan (1), (2), (3), dan (4) benar.
Jawaban : E

Dua buah balok dihubungkan dengan katrol licin dan massa katrol diabaikan seperti pada gambar.

Massa A = m_A, massa B = m_B dan balok B turun dengan percepatan a. Jika percepatan gravitasinya g, maka besar tegangan tali yang terjadi pada balok B adalah ….
A. T = m_B.a
B. T = m_A(a-g)
C. T = m_A(g-a)
D. T = m_B(a-g)
E. T = m_B(g-a)

Pembahasan :

Untuk sistem benda B, benda bergerak sepanjang sumbu y negatif sehingga hukum II Newton berlaku :
\begin{aligned}
\Sigma F_y &= ma \\
T-w_B &= m_B (-a) \\
T-m_B g &= -m_B a \\
T &=m_B g -m_B a \\
T &=m_B(g-a)
\end{aligned}

Jawaban: E

Hukum I Newton menyatakan bahwa setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan , kecuali benda tersebut dipaksa untuk mengubah keadaannya oleh gaya-gaya yang berpengaruh padanya.

Hukum II Newton

Hukum II Newton menyatakan bahwa percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja pada benda dengan arah yang sama dengan arah gaya total, dan berbanding terbalik dengan massa benda.

Keterangan :
F = gaya (N)
m = massa (kg)
a = percepatan (m/s²)

Hukum III Newton

Hukum III Newton menyatakan bahwa setiap benda pertama memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua itu akan memberikan gaya yang sama besar dan arahnya berlawanan dengan benda pertama.

Beberapa Jenis Gaya :

Gaya Berat

Gaya berat adalah gaya gravitasi bumi yang bekerja pada suatu benda dan arahnya selalu menuju ke pusat bumi. Rumus gaya berat :

Keterangan :
w = gaya berat (N)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi bumi (9,8 m/s² atau 10 m/s²)

Gaya Normal

Gaya normal adalah gaya yang bekerja pada bidang sentuh antara dua permukaan yang bersentuhan, dan arahnya selalu tegak lurus pada bidang sentuh.

Gaya Gesekan

Gaya gesekan adalah gaya yang melawan gaya tarik atau gaya dorong yang bekerja pada suatu benda . Atau gesekan adalah gaya yang timbul pada dua permukaan benda yang bergesekan yang arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda.

Keterangan :
f_g = gaya gesek (N)
\(\mu \) = koefisien gesekan
N = gaya normal (N)

Gaya Tegangan Tali

Gaya tegangan tali adalag gaya yang bekerja pada ujung ujung tali karena tali tersebut tegang.

Gaya Sentripetal

Gaya sentripetal adalah gaya yang bekerja pada benda yang bergerak melingkar, arah gaya sentripetal selalu menuju pusat lingkaran.

Hubungan gaya sentripetal (F_sp) dengan percepatan sentripetal (a_sp) yaitu :

Karena \(a_{sp} = \frac{v^2}{r} \) , maka :

Keterangan :
F_sp = gaya sentripetal ( N)
m = massa (kg)
v = kecepatan (m/s)
r = jari-jari lintasan (m)
a_sp = percepatan sentripetal (m/s²)

Sistem dua benda seperti gambar di bawah, diketahui bahwa bidang licin sempurna dan besar percepatan gravitasi setempat g. Kedua benda tersebut akan bergerak dengan percepatan sebesar ….

A. g
B. g
C. g
D. g
E. g

Pembahasan :

Sistem 1 :
\begin{aligned}
\Sigma F &= ma \\
T_1 – w\sin 30 &= ma \\
T_1 – mg\sin 30 &= ma\\
T_1 &= mg\sin 30 + ma
\end{aligned}

Sistem 2
\begin{aligned}
\Sigma F &= ma \\
T_2 – w &= m\cdot (-a) \\
T_2 – mg &= -ma\\
T_2 &= mg – ma
\end{aligned}

\begin{aligned}
T_1 &=T_2 \\
mg\sin 30 + ma &= mg – ma \\
ma + ma &= mg – mg\sin 30 \\
2ma &= mg – mg\frac{1}{2}\\
2ma &= \frac{1}{2} mg \\
ma &=\frac{1}{4}mg \\
a &= \frac{1}{4}g
\end{aligned}

Jawaban : D