SOAL DAN PEMBAHASAN UN FISIKA SMA 2015 NO 11-15

11. Perhatikan gambar dua bola yang bergerak berikut ini!

Massa A = 4 kg, massa B = 10 kg. Jika kemudian kedua bola bertumbukan lenting sempurna dan kecepatan benda B setelah tumbukan 4 m.s– 1, maka kecepatan benda A setelah tumbukan adalah....
A. 12 m.s– 1
B. 10 m.s– 1
C. 5 m.s– 1
D. 4 m.s– 1
E. 2 m.s– 1

Pembahasan
Soal tentang tumbukan lenting sempurna. Hukum kekekalan momentum berlaku pada kasus ini.
Data soal:
va = 10 m/s
vb = 2 m/s
ma = 4 kg
mb = 10 kg
v'b = 4 m/s
va =.....?

mava + mbv = mav'a + mbv'
4(10) + 10(2) = 4v'a + 10(4)
40 + 20 = 4v'a + 40
4v'a = 20
v'a = 20/4 = 5 m/s
Jawab: C.

12. Balok yang tingginya 40 cm dan massa jenisnya 0,75 gram cm– 3 mengapung di atas zat cair yang massa jenisnya 1,5 gram cm– 3, maka tinggi balok yang muncul di permukaan zat cair adalah...
A. 10 cm
B. 20 cm
C. 40 cm
D. 60 cm
E. 80 cm

Pembahasan
Pada kasus ini berlaku gaya berat dari balok sama besar dengan gaya angkat (gaya archimedes) yang timbul.
Gaya berat w = mg atau akan sama juga dengan w = ρ g v dimana ρ adalah massa jenis benda dan v adalah volume balok.

Gaya apung adalah Fa di mana Fa = ρ g v di mana ρ adalah massa jenis fluida atau zat cair, dan v adalah volume cairan yang dipindahkan.

Dengan demikian berlaku:
Fa = w
ρf gvv = ρb g vb
ρf vv = ρb vb

Volume balok adalah luas alas balok dikali tinggi balok atau (At) sementara volume fluida yang dipindahkan sebesar luas alas balok dikali tinggi bagian yang tercelup dalam air (Ah), sehingga:
ρf vv = ρb vb
ρfAh = ρb At
ρfh = ρb t
1,5h = 0,75(40)
h = 20 cm.

Dengan demikian bagian yang ada dipermukaan adalah t - h = 40 - 20 = 20 cm.
Jawaban: B

13. Pada sebuah bejana kaca yang volumenya 500 ml penuh berisi alkohol pada suhu 10 °C. Bejana dipanaskan sehingga suhunya menjadi 50 °C. Jika koefisien muai volume alkohol 1,1 × 10– 4 °C– 1, maka volume alkohol yang tumpah adalah...(Koefisien muai panjang kaca = 3 ⋅ 10– 6°C– 1)
A. 0,20 ml
B. 1,20 ml
C. 2,02 ml
D. 2,22 ml
E. 3,02 ml

Pembahasan
Volume alkohol yang tumpah adalah selisih pertambahan volume alkohol dengan pertambahan volume bejana kaca:

ΔV = VoΔT (γalkohol - γkaca)
dimana:
γalkohol = 1,1 × 10– 4 °C– 1 = 110 × 10– 6 °C– 1
γkaca = 3 ⋅ 10– 6°C– 1
ΔT = 50 - 10 = 40°C

Sehingga:
ΔV = VoΔT (γalkohol - γkaca)
= 500(40)(110 × 10– 6 - 3 ⋅ 10– 6)
= 2,18 ml = 2,2 ml
Jawaban: D.

14. Perhatikan pernyataan berikut:
(1) Konduktivitas logam
(2) Perbedaan suhu ujung-ujung logam
(3) Panjang logam
(4) Masa logam

Faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam adalah...
A. (1), (2), dan (3)
B. (1) dan (4)
C. (2) dan (4)
D. (3) dan (4)
E. (4) saja

Pembahasan
Faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam di antaranya:
- Jenis logam atau biasa diwakili dengan konduktivitas logam
- Luas penampang
- Selisih suhu
- Panjang logam

Pernyataan 1, 2, dan 3 benar.
Jawaban: A

15. Suatu gas ideal dengan volume 3 liter pada suhu 27 °C mengalami pemanasan isobarik pada tekanan 1 atm (1 atm = 105N⋅ m– 2 ) hingga suhu 77°. Bila kapasitas kalor gas ideal 8,0 J⋅K– 1, maka perubahan energi dalam dan volume akhir gas ideal berturut-turut adalah...
A. Δ U = 350 J, V = 3,5 liter
B. Δ U = 400 J, V = 3,7 liter
C. Δ U = 450 J, V = 3,8 liter
D. Δ U = 500 J, V = 4,0 liter
E. Δ U = 550 J, V = 4,5 liter

Pembahasan
V1 = 3 l
T1 = 27°C = 300 K
T2 = 77°C = 350 K
Kapasitas kalor C = 8,0 J⋅K– 1
Isobarik → P1 = P2 = 105 N⋅ m– 2 dan PΔV

Pada proses isobarik berlaku:


Dengan demikian selisih volume adalah 3,5 - 3  = 0,5 liter atau 0,5 x 10-3 m3

Menentukan perubahan energi dalam.
ΔU = Q - W
ΔU = CΔT - PΔV
ΔU = 8(50) - 105(0,5 ×10-3)
ΔU = 400 - 50 = 350 Joule
Jawaban: A