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

Daya listrik
Daya listrik adalah energi listrik yang digunakan tiap satuan waktu.
\begin{aligned}
P &= V\cdot I \\
&= I\cdot R\cdot I \\
&= I^2 R \\
P &= V\cdot I \\
&= V\cdot \frac{V}{R} \\
P &= \frac{V^2}{R}
\end{aligned}

Dengan :
P = daya (watt atau W)
V = tegangan (volt = V)
I = kuat arus (ampere = A)
R = hambatan (ohm = Ω)

Energi Listrik
Energi listrik adalah bentuk perubahan energi dari energi potensial listrik atau energi kinetik.

Persamaan energi listrik yaitu :

\begin{aligned}
W &= V\cdot I\cdot t \\
&= P \cdot t
\end{aligned}

Dengan :
W = energi listrik (J)
V = tegangan (V)
I = kuat arus (A)
t = waktu (s)
P = daya (W)

Contoh Soal 1 :
Sebuah lampu pijar yang menggunakan daya 80 watt pada tegangan sumber 220 volt, dipasang pada suatu sumber berpotensial 110 volt. Daya yang dipakai lampu itu adalah ….
A. 320 watt
B. 160 watt
C. 80 watt
D. 40 watt
E. 20 watt

Pembahasan :
\begin{aligned}
I_1 &= I_2 \\
\frac{P_1}{V_1} &= \frac{P_2}{V_2} \\
\frac{80}{200} &= \frac{P_2}{110} \\
P_2 &= 40 \quad \textrm{watt}
\end{aligned}

Jawaban : D

Contoh Soal 2 :
Sebuah keluarga menyewa listrik PLN dengan daya sebesar 500 W pada tegangan 110 V. Jika untuk penerangan keluarga itu menggunakan lampu 100 W, 220 V, maka jumlah lampu maksimum yang dapat dipasang adalah ….
A. 5 buah
B. 10 buah
C. 15 buah
D. 20 buah
E. 25 buah

Pembahasan :
Hambatan lampu tersebut adalah :
\begin{aligned}
P &=\frac{V^2}{R} \\
100 &=\frac{220^2}{R} \\
R &=484 \quad\Omega
\end{aligned}

Daya sebuah lampu jika dipasang pada tegangan 110 V yaitu :
\begin{aligned}
P &=\frac{V^2}{R} \\
&=\frac{110^2}{484} \\
&=25 \quad \textrm{watt}
\end{aligned}

Jadi jika menyewa 500 watt, maka banyaknya lampu yang dapat dipasang yaitu :
\begin{aligned}
P &=\frac{500}{25} \\
&=20 \quad \textrm{buah}
\end{aligned}

Jawaban : D

Contoh Soal 3 :
Sebuah alat pemanas air yang hmabatannya 50 ohm dan dialiri arus 1 ampere, digunakan untuk memanaskan 1 liter air bersuhu 25^oC selama 10 menit. Jika di anggap hanya air yamg menerima kalor, maka suhu air menjadi …. (1 kalori = 4,2 joule)
A. 97^oC
B. 47^oC
C. 34,2^oC
D. 32,1^oC
E. 7,2^oC

Pembahasan :
Kalor jenis air = 4.200 J/kg^oC dan massa jenis air 1000 kg/m³.
1 liter air = 1 dm³ = 1 x 10^-3 m³
Sehingga massa air : \(m = \rho \cdot V = 1000\cdot 1 \times 10^{-3} = 1 \quad \textrm{kg} \)
Waktu yang dibutuhkan t = 10 menit = 600 s.
Kalor yang diserap sama dengan energi listrik yang dikeluarkan :

\begin{aligned}
Q_{serap} &= W_{listrik} \\
m\cdot c\cdot \Delta T &= P\cdot t \\
m\cdot c\cdot \Delta T &= (I^2 \cdot R)\cdot t \\
1\cdot 4200\cdot \Delta T &= (1^2 \cdot 50)\cdot 600 \\
4200\cdot \Delta T &= 30000 \\
\Delta T &= \frac{30000}{4200} \\
&= 7,1 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jadi suhu air naik menjadi : T_akhir = T_awal + 7,1 = 25 + 7,1 = 32,1 ^oC

Jawaban : D

Contoh Soal 4:
Kompor listrik mampu mendidihkan 3 liter air dengan suhu 20^oC selama 10 menit. Jika tegangan yang diberikan 220 V, maka daya yang dikonsumsi adalah ….(cair = 4200 J/kg^oC)
A. 1342 watt
B. 1680 watt
C. 1834 watt
D. 2100 watt
E. 2455 watt

Pembahasan :
Diketahui : 3 liter air = 3 kg dan t = 10 menit = 600 detik.
Kalor yang diserap air sama dengan energi listrik yang diberikan :

\begin{aligned}
Q_{serap} &= W_{listrik} \\
m\cdot c\cdot \Delta T &= P\cdot t \\
3\cdot 4200\cdot (100-20) &= P\cdot 600 \\
P &= \frac{3\cdot 4200 \cdot 80}{600} \\
&= 3\cdot 7 \cdot 80\\
&= 1680 \quad \textrm{watt}
\end{aligned}

Jawaban : B

\(\frac{Q}{t} =e\sigma A T^4 \)

Dengan :
\(\frac{Q}{t}\) = kalor yang dipindahkan persatuan waktu (J/s)
A = luas permukaan (m²)
e = emitivitas
σ = tetapan Stefan – Boltzmann (5,67 x 10^-8 W/m²K⁴)
T = suhu (K)

Contoh Soal 1:
Laju radiasi oleh benda hitam pada suhu 0^oC adalah E watt. Jika suhu benda hitam 273^oC, laju radiasinya ….
A. 24E
B. 16E
C. 12E
D. 8E
E. 4E

Pembahasan :
Diketahui :
T = 0^oC + 273 = 273 K
T’ = 273^oC + 273 = 546 K
\(\frac{Q}{t}\)= E
Ditanyakan : \((\frac{Q}{t})’\)= ?

\begin{aligned}
\frac{(\frac{Q}{t})}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{273}{546})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{2})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{16}) \\
(\frac{Q}{t})’ &= 16E
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal 2 :
Jika kita berada di dekat api unggun maka kalor akan merambat dari api unggun ke tubuh kita melalui proses ….
A. radiasi dan konveksi
B. radiasi dan konduksi
C. konduksi dan konveksi
D. radiasi
E. konveksi

Pembahasan :
Api unggun di dekat kita merambat melalui radiasi dan konveksi. Radiasi yang merambat berlangsung cepat sehingga langsung terasa hangat mengenai tubuh kita, sementara aliran kalor secara konveksi melalui perpindahan molukel udara berlangsung lama.

Jawaban : A

Contoh Soal 3 :
Jumlah kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda yang suhunya lebih besar dari 0oK berbanding lurus dengan :
A. suhunya
B. pangkat dua dari suhunya
C. suhu keliling
D. massa benda itu
E. luas permukaan benda

Pembahasan :
Persamaan perpindahan kalor secara radiasi adalah sebagai berikut :
\(\frac{Q}{t}\)=eσAT⁴
Dari persamaan di atas, maka jumlah kalor yang dipancarkan berbanding lurus terhadap luas permukaan benda (A)

Jawaban : E

Contoh Soal 4 :
Suatu benda hitam pada suhu 27^oC memancarkan energi R J/s. Benda hitam tersebut dipanasi hingga suhunya menjadi 327^oC. Energi yang dipancarkan menjadi ….
A. 2 R
B. 4 R
C. 6 R
D. 12 R
E. 16 R

Pembahasan :
T = 27^oC + 273 = 300 K
\(\frac{Q}{t}\)=R J/s
T’ = 327^oC + 273 = 600 K

\begin{aligned}
\frac{(\frac{Q}{t})}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{300}{600})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{2})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{16}) \\
(\frac{Q}{t})’ &= 16R
\end{aligned}

Jawaban : E

Contoh Soal 5 :
Benda hitam pada suhu T memancarkan radiasi dengan daya sebesar 300 mW. Radiasi benda hitam tersebut pada suhu ½ T akan menghasilkan daya sebesar ….
A. 300 mW
B. 150 mW
C. 75 mW
D. 37,5 mW
E. 18,75 mW

Pembahasan :
T = T –> daya P = 300 mW
T’ = ½ T –> daya P’ = ?
\(\frac{Q}{t}\)=P maka ;

\begin{aligned}
\frac{(P}{(P’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(\frac{T}{\frac{1}{2}}T)^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(2)^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(16) \\
(P)’ &= \frac{300}{16} \\
&= 18,75 \quad \textrm{mW}
\end{aligned}

Jawaban : E

Perpindahan kalor secara konduksi terjadi pada zat padat tanpa disertai perpindahan molekul. Besar kalor yang merambat tiap satuan waktu dinyatakan sebagai persamaan berikut :

\begin{aligned}
\frac{Q}{t} &= k\frac{A}{l}\Delta T
\end{aligned}

Dengan :
\(\frac{Q}{t} \) = kalor tiap satuan waktu (J/s)
k = koefisien konduksi (J/m.s.^oC)
A = luas permukaan (m²)
l = panjang kawat (m)
ΔT = perubahan suhu (^oC)

Contoh Soal 1 :
Dua batang logam A dan B dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda disambungkan seperti gambar berikut.

Jika koefisien konduksi termal A adalah 2 kali koefisien konduksi termal B, suhu pada sambungan A dan B adalah ….
A. 75^oC
B. 60^oC
C. 55^oC
D. 50^oC
E. 40^oC
 
Pembahasan :

\begin{aligned}
(\frac{Q}{t})_A &= (\frac{Q}{t})_B \\
k_A\frac{A_A}{l_A}\Delta T_A &= k_B\frac{A_B}{l_B}\Delta T_B \\
2k_B(75-T_a) &= k_B(T_a – 0) \\
2(75 – T_a) &= (T_a – 0) \\
150 – 2T_a &= T_a \\
3T_a &= 150 \\
T_a &= 50 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jawaban : D

Contoh Soal 2 :
Dua batang logam sejenis A dan B. Perbandingan luas penampang A dan B = 2 : 1, sedangkan panjangnya = 4 : 3. Jika perbedaan suhu ujung-ujung kedua batang sama, rambatan kalor tiap satuan waktu pada A dan B adalah ….
A. 1 : 1
B. 2 : 3
C. 3 : 2
D. 3 : 8
E. 8 : 3

Pembahasan :

\begin{aligned}
\Delta T_A &= \Delta T_B \\
(\frac{Q}{t})_A (\frac{l_A}{kA_A}) &= (\frac{Q}{t})_B (\frac{l_B}{kA_B}) \\
(\frac{Q}{t})_A (\frac{4}{2}) &= (\frac{Q}{t})_B (\frac{3}{1}) \\
\frac{(\frac{Q}{t})_A)}{(\frac{Q}{t})_B} &=\frac{(\frac{3}{1})}{(\frac{4}{2})} \\
\frac{(\frac{Q}{t})_A)}{(\frac{Q}{t})_B} &= \frac{3}{1}\times \frac{2}{4} \\
&= \frac{6}{4} \\
&= \frac{3}{2}
\end{aligned}

Jawaban : C
 
Contoh Soal 3 :
Dua batang logam yang sama ukurannya, tetapi terbuat dari bahan yang berbeda disambungkan seperti gambar berikut.

Jika konduktivitas termal logam A = 4 kali konduktivitas logam B, suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah ….
A. 45^oC
B. 40^oC
C. 35^oC
D. 30^oC
E. 25^oC

Pembahasan :

\begin{aligned}
(\frac{Q}{t})_A &= (\frac{Q}{t})_B \\
k_A\frac{A_A}{l_A}\Delta T_A &= k_B\frac{A_B}{l_B}\Delta T_B \\
4k_B(50-T_a) &= k_B(T_a – 0) \\
4(50 – T_a) &= (T_a – 0) \\
200 – 4T_a &= T_a \\
5T_a &= 200 \\
T_a &= 40 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal : 4
Faktor-faktor yang tidak memengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi pada sebuah logam adalah ….
A. panjang penghantar
B. luas penampang
C. emisivitas
D. perbedaan suhu
E. konduktivitas termal

Pembahasaan :
Emisivitas tidak mempengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi.

Jawaban : C

Contoh Soal : 5
Tiga batang logam yang berbeda jenisnya dilas menjadi bentuk seperti gambar di bawah ini.

Ujung bebas batang pertama bersuhu 100^oC, sedangkan dua ujung lainnya bersuhu 20^oC dan 0 ^oC. Ketiga batang memiliki panjang dan luas penampang sama sedangkan konduktivitas termal batang pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut k₁, k₂, dan k₃. Jika hubungan antara ketiganya adalah k₁ = 2k₂ = 3k₃, maka suhu sambungan ketiga batang tersebut adalah ….
A. 10^oC
B. 20^oC
C. 40^oC
D. 60^oC
E. 80^oC

Pembahasan :

Perhatikan gambar perambatan kalor berikut :

Berdasarkan gambar di atas maka :

\begin{aligned}
(\frac{Q}{t})_1 &= (\frac{Q}{t})_2 + (\frac{Q}{t})_3 \\
k_1\frac{A_1}{l_1}\Delta T_1 &= k_2\frac{A_2}{l_2}\Delta T_2 + k_3\frac{A_3}{l_3}\Delta T_3 \\
3k_3(100 – T_s) &= \frac{3}{2}k_3(T_s – 20) + k_3(T_s – 0) \\
300 – 3T_s &= \frac{3}{2}T_s – 30 + T_s \\
300 + 30 &= \frac{3}{2}T_s + T_s + 3T_s \\
330 &= \frac{3}{2}T_s + \frac{2}{2}T_s + \frac{6}{2}T_s \\
330 &= \frac{11}{2}T_s \\
T_s &= \frac{2}{11}\cdot 330 \\
T_s &= 60 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jawaban : D

Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu benda ke benda lainnya. Satuan kalor adalah joule atau kalori. Hubungan antara joule dan kalori:

1 kalori = 4,2 joule

1 joule = 0,24 kalori

Pengaruh kalor terhadap suatu benda :

Kalor dapat mengubah suhu benda, dinyatakan dengan persamaan berikut :

Q=m.c.∆T

Dengan :
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J/kgoC)
ΔT = perubahan suhu (oC)
Q = kalor yang diterima/dilepas oleh benda (joule atau kalori)

Kalor dapat mengubah wujud benda.
Pada saat terjadi perubahan wujud zat, suhu benda selalu tetap. Besar kalor yang diperlukan, yaitu :

Q=m.L

L = kalor laten (J/kg atau kal/g)

Wujud zat ada 3 yaitu padat, cair dan gas seperti diilustrasikan pada bagan di bawah ini.

Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair.
Membeku adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi padat.
Mengembun adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi cair.
Menguap adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi gas.
Menghablur adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi padat
Menyublim adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi gas.

Peristiwa perubahan zat yang melepaskan kalor yaitu melebur, menguap, dan menyublim (padat –> gas)
Peristiwa perubahan zat yang membutuhkan/menyerap kalor yaitu membeku, mengembun, dan menghablur (gas –> padat)

Contoh Soal 1 :
Zat cair yang massanya 5 kg dipanaskan dari suhu 20^oC hingga 70^oC. Panas yang dibutuhkan pada pemanasan tersebut adalah 2 x 10⁵ J. Kalor jenis zat tersebut adalah ….
A. 1000 J.kg^-1.^oC^-1
B. 800 J.kg^-1.^oC^-1
C. 600 J.kg^-1.^oC^-1
D. 400 J.kg^-1.^oC^-1
E. 200 J.kg^-1.^oC^-1

Pembahasan :

\begin{aligned}
Q &= m\cdot c\cdot \Delta T \\
2\times 10^5 &= 5\cdot c\cdot (70-20) \\
2\times 10^5 &= 5\cdot c\cdot 50 \\
2\times 10^5 &= 250\cdot c \\
c &= \frac{2\times 10^5}{250} \\
&= \frac{2000\times 10^2}{250} \\
&= 8\times 10^2 \quad \textrm{J.kg}^{-1}.^o\textrm{C}^{-1} \\
&= 800 \quad \textrm{J.kg}^{-1}.^o\textrm{C}^{-1}
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal 2 :
Suatu zat yang mempunyai kalor jenis tinggi akan ….
A. lambat mendidih
B. cepat mendidih
C. lambat melebur
D. lambat naik suhunya jika dipanaskan
E. cepat naik suhunya jika dipanaskan

Pembahasan :
Menurut persamaan : Q = m.c.ΔT, maka kalor jenis berbanding terbalik dengan perubahan suhunya. Semakin besar kalor jenisnya, maka zat tersebut akan lambat naik suhunya jika dipanaskan.

Jawaban : C

Contoh Soal 3 :
Grafik di bawah menunjukkan hubungan antara kenaikan suhu (t) dengan kalor (Q) yang diserap oleh suatu zat padat yang mempunyai kalor lebur 80 kal/g.

Massa zat padat tersebut adalah ….
A. 80 g
B. 75 g
C. 60 g
D. 58 g
E. 45 g

Pembahasan :
Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk melebur : Q = 6.375 – 375 = 6.000 kal
Massa zat padat :

\begin{aligned}
Q &= m\cdot L \\
6000 &= m\cdot 80 \\
m &= \frac{6000}{80} \\
&= 75 \quad \textrm{g}
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal 4 :
Setengan kilogram es yang suhunya -40^oC dipanaskan sampai tepat seluruhnya melebur. Berapakah kalor yang diperlukan oleh es bila c_es = 0,5 kal/g^oC dan kalor lebur es = 80 kal/g?

Penyelesaian :
m_es = 0,5 kg = 500 g

Proses yang dialami dinyatakan dalam bentuk grafik berikut:

\begin{aligned}
Q_{total} &= Q_{AB} + Q_{BC} \\
&= m\cdot c_{es} \cdot \Delta T + m\cdot L \\
&= 500\cdot 0,5\cdot (0-(-40)) + 500\cdot 80 \\
&= 250\cdot 40 + 40000 \\
&= 10000 + 40000 \\
&= 50.000 \quad \textrm{kal} \\
&= 50 \quad \textrm{kkal}
\end{aligned}

Pemuaian panjang adalah peristiwa bertambah panjang/pendeknya suatu benda apabila dipanaskan/didinginkan.

Persamaan pemuaian panjang adalah sebagai berikut:
\begin{aligned}
\Delta l &= l_o \alpha \Delta T \\
l – l_o &= l_o \alpha \Delta T \\
l &= l_o ( 1 + \alpha \Delta T )
\end{aligned}
Dengan :
l_o = panjang mula-mula (m)
l = panjang setelah perubahan suhu (m)
Δl = perubahan panjang (m)
α = koefisien muai panjang (/^oC)
ΔT = perubahan suhu(^oC)

Berikut ini adalah Contoh Soal dan Pembahasan tentang Pemuaian Panjang :

Contoh Soal 1:
Koefisien muai panjang alumunium adalah 2,6 x 10-5 /^oC. Panjang awal alumunium adalah 8 m pada suhu kamar (25^oC). Jika alumunium dipanaskan hingga 75^oC, pertambahan panjangnya adalah …..
A. 0,10 cm
B. 0,20 cm
C. 1,04 cm
D. 2,08 cm
E. 3,04 cm

Pembahasan :
Diketahui :
α = 2,6 x 10^-5 /^oC
lo = 8 m
ΔT = 75^oC – 25^oC = 50^oC
Ditanyakan :
Δl = ?

\begin{aligned}
\Delta l &= l_o \alpha \Delta T\\
&= 8 \cdot 2,6 \times 10^{-5} \cdot 50 \\
&= 0,0104 \quad \textrm{m} \\
&= 1,04 \quad \textrm{cm}
\end{aligned}

Jawaban : C

Contoh Soal 2:
Suatu batang baja sepanjang 1 m bertambah panjang 1 mm setelah suhunya dinaikkan dari 0^oC menjadi 100^oC. Pertambahan panjang batang baja dengan panjang 80 cm jika dipanaskan dari 0^oC sampai 120^oC adalah ….
A. 0,50 mm
B. 0,60 mm
C. 0,96 mm
D. 1,20 mm
D. 2,40 mm

Pembahasan :

\begin{aligned}
\frac{\Delta l}{l_o \Delta T} &= \frac{\Delta l’}{l_o’ \Delta T’} \\
\frac{1}{1000 \cdot 100} &= \frac{\Delta l’}{800 \cdot 120} \\
\Delta l’ &= \frac{96\times 10^3}{100\times 10^3} \\
&= 0,96 \quad \textrm{mm}
\end{aligned}

Jawaban : C

Contoh Soal 3:
Batang besi sepanjang 1 m pada suhu 0^oC, dipanaskan sampai 100^oC sehingga menyebabkan batang bertambah panjang 1 mm. Jika batang besi lain yang sejenis dengan panjang mula-mula 6 m dipanaskan dari 0^oC sampai 120^oC, pertambahan panjang besi tersebut adalah ….
A. 7,2 mm
B. 6 mm
C. 0,72 mm
D. 0,6 mm
E. 0,24 mm

Pembahasan :

\begin{aligned}
\frac{\Delta l}{l_o \Delta T} &= \frac{\Delta l’}{l_o’ \Delta T’} \\
\frac{1}{1000 \cdot 100} &= \frac{\Delta l’}{6000 \cdot 120} \\
\Delta l’ &= \frac{72\times 10^4}{10\times 10^4} \\
&= 7,2 \quad \textrm{mm}
\end{aligned}

Jawaban : A

Gelas kaca yang berisi penuh dengan air bersuhu 25 ^oC dipanaskan hingga suhunya naik menjadi 100 ^oC. Jika koefisien muai linear gelas 2 x 10^{-5 o}C^-1 dan koefisien muai volume air (\(\gamma \)) adalah 2,1 x 10^{-4 o}C^-1 maka volume air yang tumpah adalah ….

A. 1,125 cm³
B. 4,50 cm³
C. 11,25 cm³
D. 15,75 cm³
E. 112,5 cm³

Pembahasan Soal UN Fisika 2016:
Volume air yang tumpah :
\begin{aligned}
\Delta V_{\textrm{tumpah}} &= \Delta V_{\textrm{air}} – \Delta V_{\textrm{gelas kaca}} \\
&= V_o\cdot \gamma \cdot \Delta T- V_o \cdot 3\alpha \cdot \Delta T \\
&= V_o \cdot (\gamma – 3\alpha) \cdot \Delta T \\
&= 1000 \cdot (2,1 \times 10^{-4} -3\cdot 2\times 10^{-5})\cdot (100-25) \\
&= 1000 \cdot (2,1 \times 10^{-4} -0,6\times 10^{-4}\cdot 75 \\
&= 1000 \cdot 1,5 \times 10^{-4} \cdot 75 \\
&= 11,25 \quad \textrm{cm}^3
\end{aligned}

Jawaban Pembahasan Soal UN Fisika 2016 no 18 : C

Sebuah bejana dengan kapasitas kalornya 40^oC^-1 berisi 200 gram air suhunya 20^oC. Kemudian k dalam bejana dimasukkan 100 gram kuningan yang suhunya 80^oC. Jika suhu akhir air 22^oC dan kalor jenis air 1 kal.^oC^-1, maka kalor jenis kuningan adalah ….
A. 0,0083 kal.g^{-1 o}C^-1
B. 0,0415 kal.g^{-1 o}C^-1
C. 0,0828 kal.g^{-1 o}C^-1
D. 0,4150 kal.g^{-1 o}C^-1
E. 0,8300 kal.g^{-1 o}C^-1

Pembahasan :
Diketahui :
C_bejana = 40^oC^-1
T₁ = 20^oC
T = 22^oC
T₂ = 80^oC
m_kuningan = 100 gram
m_air = 200 gram
c_air = 1 kal.^oC^-1

Ditanya : kalor jenis kuning (c_kuningan) ?

Jawab :
\begin{aligned}
Q_{serap} &=Q_{lepas} \\
C_{\textrm{bejana}}\cdot \Delta T + m_{\textrm{air}}\cdot c_{\textrm{air}}\cdot \Delta T &= m_{\textrm{kuningan}}\cdot c_{\textrm{kuningan}}\cdot \Delta T \\
40\cdot (T – T_1) + 200\cdot 1\cdot (T – T_1) &= 100\cdot c_{\textrm{kuningan}}\cdot (T_2 – T) \\
40\cdot (22 – 20) + 200\cdot 1\cdot (22 – 20) &= 100\cdot c_{\textrm{kuningan}}\cdot (80 – 22) \\
40\cdot 2 + 200\cdot 1\cdot 2 &= 100\cdot c_{\textrm{kuningan}}\cdot 58 \\
80 + 400 &= 5800\cdot c_{\textrm{kuningan}} \\
480 &= 5800\cdot c_{\textrm{kuningan}} \\
c_{\textrm{kuningan}} &= 0,0828 \quad \textrm{kal.g}^{-1} .^{o}\textrm{C}^{-1}
\end{aligned}

Jawaban : C

Pembahasan :
Energi listrik :
Kalor :

\begin{aligned}
W &=Q \\
\frac{V^2}{R}\cdot t &= m\cdot c\cdot \Delta T \\
\frac{220^2}{11}\cdot t &= 40\cdot 4200 \cdot (80-20) \\
4400\cdot t &= 10.080.000 \\
t &= 2.290,91 detik \\
t &= 38,18 menit
\end{aligned}

Jawaban : B