Latihan Soal UAS Fisika Panas dan Gelombang

Latihan Soal UAS
Fisika Panas dan Gelombang
1. Grafik antara tekanan gas y yang massanya tertentu pada volume tetap sebagai
fungsi dari suhu mutlak x adalah ....
a.
d.
b.
e.
c.
Pembahasan :
Menurut Hukum Gay Lussac menyatakan
jika volume gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan
konstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
P≈T
Jika y = P dan x = T maka grafiknya adalah :
2. Jika suatu gas ideal dimampatkan secara isotermik sampai volumenya menjadi
setengahnya, maka ....
a. tekanan dan suhu tetap
b. tekanan menjadi dua kali dan suhu tetap
c. tekanan tetap dan suhu menjadi dua kalinya
d. tekanan menjadi dua kalinya dan suhu menjadi setengahnya
e. tekanan dan suhu menjadi setengahnya
Pembahasan :
Menurut Hukum Boyle menyatakan :
apabila suhu gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan
konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya.
P ≈ 1/V
Maka :
P1 V1 = P2 V2
P2 = P1 V1 / V2
= P1 V1 / ½ V1
= 2 P1
Jadi : tekanan menjadi dua kali dan suhu tetap
3. Sejumlah gas ideal menjalani proses isobarik sehingga suhu kelvinnya menjadi 2
kali semula, maka volumenya menjadi n kali semula. Nilai n adalah ....
a. 4
d. ½
b. 3
e. ¼
c. 2
Pembahasan :
Menurut Hukum Charles menyatakan :
bahwa jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup
dipertahankan konstan, maka volume gas sebanding dengan suhu
mutlaknya.
V1/T1 = V2 / T2
V2 = V1 T2 / T1
= V1 ½ T1 / T1
= ½ V1
4. Jika suhu gas ideal dalam ruangan tertutup dinaikkan menjadi 4 kali suhu semula,
maka kecepatan gerak molekul-molekulnya menjadi ....
a. ¼ kali semula
d. 4 kali semula
b. ½ kali semula
e. 16 kali semula
c. 2 kali semula
Pembahasan :
Kecepatan gerak molekul-molekul gas ideal adalah
Jadi, kecepatan gerak molekul-molekul menjadi 2 kali semula
5. Bila dalam ruang tertutup gas dipanaskan sampai suhu T K, maka ....
a. energi potensial molekul makin kecil
b. energi kinetik molekul-molekul tersebut adalah 2/3 NkT
c. energi kinetik molekul-molekul tersebut adalah 3/2 NkT
d. volume gas selalu akan bertambah, karena gas akan memuai
e. tekanan gas besarnya tetap
Pembahasan :
Energi kinetik gas ideal pada suhu T K dinyatakan :
Jadi, energi kinetik molekul-molekul tersebut adalah 3/2 NkT
6. Sebuah tabung berisi udara pada tekanan 0,5 atm dalam keadaan tertutup.
Kemudian tabung dibuka sehingga berhubungan dengan udara luar (anggap suhu
tidak berubah), maka ....
a. udara keluar dari dalam tabung sebanyak 25% dari volume semula
b. udara luar masuk ke dalam tabung sebanyak 25 % dari volume tabung
c. udara keluar dari dalam tabung sebanyak 50% dari volume semula
d. udara luar masuk ke dalam tabung sebanyak 50% dari volume tabung
e. volume udara dalam tabung menjadi dua kali semula
Pembahasan :
Pada suhu tetap berlaku :
P1 V1 = P2 V2
V2 = (P1 V1) / P2
= (P1 V1) / ½ P1
= 2 V1
Jadi, volume udara dalam tabung menjadi dua kali semula.
7. Sebuah tangki bervolume 8314 cm3 berisi gas oksigen (massa molar molekul 32
kg/kmol) pada suhu 47 oC dan tekanan alat 25 . 105 Pa. Jika tekanan udara luar 1 x
105 Pa, maka massa oksigen adalah ....
A. 0,24 kg
D. 0,4 kg
B. 0,25 kg
E. 0,5 kg
C. 0,26 kg
Pembahasan :
R = 8,314 J/mol.K
V = 8314 cm3 = 8314 x 10-6 m3
Mr = 32 kg/kmol
T = 47 oC + 273 = 320 K
P = 25 x 105 Pa
Persamaan Gas Umum :
PV = n R T
8. Sejumlah gas ideal dengan massa tertentu mengalami pemampatan secara
adiabatik. Jika W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem (gas) dan ∆T adalah
perubahan suhu dari sistem, maka berlaku keadaan ....
a. W = 0, ∆T > 0
d. W < 0, ∆T > 0
b. W = 0, ∆T < 0
e. W < 0, ∆T < 0
c. W > 0, ∆T = 0
Pembahasan :
Proses adiabatik :
W = 3/2 nR ∆T
Jadi :
Jika ∆T < 0 , maka W < 0
9. Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha 100 J. Jika
perubahan energi dalam sistem adalah ∆U dan kalor yang diserap sistem adalah Q,
maka ....
a. ∆U = - 1000 J
d. Q = 0
b. ∆U = 100 J
e. ∆U + Q = -100 J
c. ∆U = 10 J
Pembahasan :
Proses adiabatik merupakan proses yang tidak ada kalor yang masuk atau
keluar dari sistem (gas) ke lingkungan (∆Q = 0).
10. Gas helium yang memiliki volume 1,5 m3 dan suhu 27 oC dipanaskan secara
isobarik sampai suhu 87 oC. Jika tekanan gas helium 2 × 105 N/m2, maka gas helium
melakukan usaha luar sebesar ....
a. 60 kJ
d. 480 kJ
b. 120 kJ
e. 660 kJ
c. 280 kJ
Pembahasan :
T1 = 27 + 273 = 300 K
T2 = 87 + 273 = 360 K
Dengan menggunakan persamaan gas umum :
PV = nRT
Volume pada temperatur 360 K :
Usaha pada proses Isobarik :
W = P ∆V
= (2 x 105)(1,8 – 1,5)
= (2 x 105)(0,3)
= 0,6 x 105 J
= 60 x 103 J
= 60 kJ
11. Efisiensi mesin Carnot yang beroperasi dengan suhu rendah ½ T kelvin dan
dengan suhu tinggi T kelvin adalah ....
a. 25%
d. 66%
b. 33%
e. 75%
c. 50%
Pembahasan :
Efisiensi mesin Carnot :
12. Sebuah pegas menggantung, dalam keadaan normal panjangnya 20 cm. Bila pada
ujung pegas digantungkan sebuah benda yang mempunyai massa 50 g, maka panjang
pegas menjadi 25 cm. Jika kemudian benda tersebut disimpangkan sejauh 4 cm, maka
energi potensial elastik sistem adalah ....
a. 0,008 J
d. 0,4 J
b. 0,016 J
e. 2 J
c. 0,2 J
Pembahasan :
EP = ky2
= (10)(0,04)2
= (10)(0,0016)
= 0,016 J
13. Seorang pelajar yang bermassa 50 kg bergantung pada ujung sebuah pegas
sehingga pegas bertambah panjang 10 cm. Tetapan pegas tersebut adalah ....
a. 5 N/m
d. 500 N/m
b. 20 N/m
e. 5000 N/m
c. 50 N/m
Pembahasan :
Hukum Hooke :
F = kx
14. Sebuah pegas yang digantung vertikal panjangnya 15 cm. Jika direnggangkan
dengan gaya 0,5 N, maka panjang pegas menjadi 27 cm. Panjang pegas jika
direnggangkan dengan gaya 0,6 N adalah ....
a. 32,4 cm
d. 29,0 cm
b. 31,5 cm
e. 28,5 cm
c. 29,4 cm
Pembahasan :
15. Sebuah benda bergerak harmonik sederhana dalam arah vertikal dengan amplitudo
50 mm dan periode 4 s. Perpindahan benda setelah 2,5 sekon adalah ....
a. 35 mm
d. -25 mm
b. -35 mm
e. -50 mm
c. 25 mm
Pembahasan :
16. Untuk benda yang mengalami getaran harmonik, maka pada ....
a. simpangan maksimum kecepatan dan percepatannya maksimum
b. simpangan maksimum kecepatan dan percepatannya minimum
c. simpangan maksimum kecepatannya maksimum dan percepatannya nol
d. simpangan maksimum kecepatannya nol dan percepatannya maksimum
e. simpangan maksimum energinya maksimum
Pembahasan :
Pada simpangan maksimum : v = 0 dan a = maksimum
17. Pada benda yang mengalami getaran harmonik, jumlah energi kinetik dan energi
potensialnya adalah ....
a. maksimum pada simpangan maksimum
b. maksimum pada simpangan nol
c. tetap besarnya pada simpangan berapapun
d. berbanding lurus dengan simpangannya
e. berbanding terbalilk dengan simpangannya
Pembahasan :
- Energi mekanik sebuah benda yang bergerak harmonik adalah jumlah energi
kinetik dan energi potensialnya.
- Energi mekanik sebuah benda yang bergetar harmonik dimanapun besarnya
sama.
18. Dua pegas dengan konstanta 300 N/m dan 600 N/m disusun seri. Kemudian
diberi gaya 90 N, maka penambahan panjang totalnya sebesar ....
A. 15 cm
D. 50 cm
B. 30 cm
E. 90 cm
C. 45 cm
Pembahasan :
Konstanta pegas gabungan seri :
Penambahan panjang totalnya sebesar
19. Sebuah partikel melakukan getaran selaras dengan frekuensi 5 Hz dan amplitudo
10 cm. Kecepatan partikel pada saat berada pada simpangan 8 cm adalah .... (dalam
cm/s)
A. 8π D. 72π
B. 30π E. 80π
C. 60π
Pembahasan :
f = 5 Hz
A = 10 cm
y = 8 cm
ω = 2πf = 2π (5) = 10π rad/s
y = A sin ωt
8 = 10 sin ωt
sin ωt = 0,8
ωt = sin-1 (0,8) = 53,1o
v = ω A cos ωt = (10π)(10 cm) cos 53,1º = (100π)(0,6) = 60π cm/s
20. Sebuah pegas yang panjangnya 20 cm digantungkan vertikal. Kemudian ujung
bawahnya diberi beban 200 gram sehingga panjangnya bertambah 10 cm. Beban
ditarik 5 cm ke bawah kemudian dilepas hingga beban bergetar harmonik. Jika g = 10
m/s2, maka frekuensi getaran adalah ....
A. 0,5 Hz
D. 18,8 Hz
B. 1,6 Hz
E. 62,5 Hz
C. 5,0 Hz
Pembahasan :
k = m ω2
ω = 2πf
21. Pada getaran harmonik, jika massa beban yang digantung pada ujung bawah
pegas 1 kg, periode getarannya 2 detik. Jika massa beban ditambah sehingga sekarang
menjadi 4 kg, maka periode getarnya adalah ....
A. ¼ detik
D. 4 detik
B. ½ detik
E. 8 detik
C. 1 detik
Pembahasan :
22. Sebuah pegas panjang mula-mulanya Xo setelah digantungkan bahan bermassa m
bertambah panjang X, jika beban yang digantungkan bermassa 2m akan bertambah
panjang ....
a. 2Xo
b. 2(Xo + X)
c. 2X
Pembahasan :
F = kX
d. Xo + 2X
e. 1⁄2 X
23. Dari suatu tempat ke tempat lainnya, gelombang memindahkan ….
a. massa
b. amplitudo
c. panjang gelombang
d. energi
e. fase
Pembahasan :
Gelombang merupakan perambatan dari getaran. Perambatan gelombang
tidak disertai dengan perpindahan materi-materi medium perantaranya.
Gelombang dalam perambatannya memindahkan energi.
24. Bunyi tidak dapat merambat dalam medium ….
a. udara
b. air
c. gas oksigen
d. gas nitrogen
e. ruang hampa
Pembahasan :
Bunyi termasuk gelombang mekanik, karena dalam perambatannya bunyi
memerlukan medium perantara. Sehingga Bunyi tidak dapat merambat dalam
ruang hampa.
25. Sebuah sumber gelombang bunyi dengan daya 50 W memancarkan gelombang ke
medium disekelilingnya yang homogen. Tentukan intensitas radiasi gelombang
tersebut pada jarak 10 m dari sumber !
A. 4.10-2 W/m2
D. 4.103 W/m2
2
B. 400 W/m
E. 200 W/m2
C. 40 W/m2
Pembahasan :
26. Sebuah sumber bunyi dengan daya 314 watt merambatkan energinya ke segala
arah sama besar. Seorang pengamat mendeteksi taraf intensitasnya pada suatu tempat
sebesar 100 dB. Jarak pengamat dengan sumber bunyi jika intensitas ambang Io = 1012 watt/m2 adalah ....
A. 50 m D. 250 m
B. 100 m E. 1000 m
C. 5000 m
Pembahasan :
I = 1010 . Io = (1010)(10-12) = 10-2 W/m2
r = 50 m
27. Taraf intensitas bunyi sebuah mesin rata-rata 50 dB. Apabila 100 mesin
dihidupkan bersamaan, maka taraf intensitasnya adalah ....
A. 20 dB
D. 75 dB
B. 50 dB
E. 150 dB
C. 70 dB
Pembahasan :
TIn = TI1 + 10 log n
= 50 + 10 log 100
= 50 + (10)(2)
= 70 dB
28. Sumber bunyi yang memancarkan bunyi dengan panjang gelombang 10 cm dan
pendengar bergerak saling menjauhi dengan kecepatan masing-masing 60 m/s dan 40
m/s. Kecepatan rambatan bunyi di udara 340 m/s. Frekuensi bunyi yang didengar
adalah ....
A. 3400 Hz
D. 4533 Hz
B. 3230 Hz
E. 2550 Hz
C. 3643 Hz
Pembahasan :
vs = 60 m/s
vp = 40 m/s
v = 340 m/s
v dan vp searah, jadi digunakan (v - vp)
v dan vs berlawanan arah, jadi digunakan (v + vs)
29. Suatu sumber bunyi dengan frekuensi 7200 Hz, bergerak berlawanan arah dengan
pendengar yang bergerak dengan kelajuan 25 m/s, ternyata frekuensi bunyi yang
didengar adalah 6300 Hz. Jika kelajuan perambatan bunyi di udara adalah 340 m/s,
maka kecepatan sumber bunyi adalah ....
A. 30 m/s
D. 20 m/s
B. 25 m/s
E. 15 m/s
C. 24 m/s
Pembahasan :
fs = 7200 Hz
vp = 25 m/s
fp = 6300 Hz
v = 340 m/s
Karena fp < fs maka sumber bunyi dan pendengar saling menjauhi.
Efek Doppler :
v dan vp searah, jadi digunakan (v - vp)
v dan vs berlawanan arah, jadi digunakan (v + vs)
30. Mobil A mendekati pengamat (diam) dengan kecepatan 30 m/s sambil
membunyikan sirine berfrekuensi 504 Hz. Saat itu juga mobil B mendekati P dari arah
yang berlawanan dengan A, pada kecepatan 20 m/s sambil membunyikan sirine
berfrekuensi 518 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara saat ini 300 m/s maka
frekuensi layangan yang didengar P adalah ....
A. 14 Hz
D. 5 Hz
B. 10 Hz
E. 4 Hz
C. 7 Hz
Pembahasan :
fs A = 504 Hz
vs A = 30 m/s
fs B = 518 Hz
vs B = 20 m/s
vp = 0 m/s
v = 300 m/s
31. Jarak A ke sumber bunyi adalah 3 kali jarak B ke sumber bunyi. Intensitas bunyi
yang diterima A dibandingkan dengan intensitas bunyi yang diterima B adalah ....
A. 1 : 2
B. 3 : 1
C. 1 : 3
D. 9 : 1
E. 1 : 9
Pembahasan :
3 IA = IB
IA : IB = 1 : 3
32. Gelombang elektromagnetik terdiri atas ... yang saling tegak lurus.
a. gelombang transversal dan medan magnet
b. gelombang medan magnet dan gelombang medan listrik
c. gelombang longitudinal dan transversal
d. gelombang transversal dan medan listrik
e. gelombang listrik dan longitudinal
Pembahasan :
Gelombang elektromagnetik terdiri atas gelombang medan magnet dan
gelombang medan listrik yang saling tegak lurus.
33. Spektrum cahaya atau sinar tampak yang mempunyai frekuensi terkecil adalah ....
a. ungu
b. biru
c. hijau
d. kuning
e. merah
Pembahasan :
Urutan frekuensi cahaya tampak dari yang terkecil :
Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Ungu
34. Panjang gelombang radio yang memiliki frekuensinya 105 Hz adalah ....
a. 36 m
b. 3.600 m
c. 300 m
d. 3.000 m
e. 3 m
Pembahasan :
35. Perubahan medan listrik dapat menyebabkan timbulnya … .
a. gelombang elektromagnetik
b. gelombang mekanik
c. medan magnet
d. medan gaya
e. radiasi
Pembahasan :
Perubahan medan listrik dapat menyebabkan timbulnya medan magnet.
36. Besarnya frekuensi cahaya sebanding dengan … .
a. panjang gelombang
d.medan listrik
b. intensitas
e. medan magnet
c. laju cahaya
Pembahasan :
Rumus frekuensi cahaya :
Jadi, frekuensi (f) berbanding lurus laju cahaya (c).
37. Sebuah pemancar mengirimkan gelombang dengan frekuensi 300 MHz ke
sebuah pesawat. Setelah 0,01 detik gelombang tersebut diterima kembali oleh radar.
Panjang gelombang dan jarak pemancar dengan pesawat berturut-turut adalah . . . .
a. 0,1 m dan 1,5 × 106 m
b. 1 m dan 1,5 × 106 m
c. 10 m dan 1,5 × 106 m
d. 1 m dan 3 × 106 m
e. 10 m dan 3 × 106 m
Pembahasan :
Panjang gelombang
Waktu yang diperlukan sekali jalan adalah 2 x 0,01 detik = 0,02 detik
Jarak pemancar s = (c x t)/2 = (3 x 108)(0,01)/2 = 1,5 x 106 m
38. Gelombang elektomagnetik dengan panjang gelombang 5000 Å merambat di
udara. Frekuensi gelombang tersebut adalah ....
a. 6 x 1014 Hz
d. 1,67 x 1015 Hz
15
b. 6 x 10 Hz
e. 1,67 x 1014 Hz
c. 1,5 x 1015 Hz
Pembahasan :
1 Å = 10-10 m
Frekuensi gelombang adalah :
39. Medan listrik dalam suatu gelombang elektromagnetik dinyatakan dengan Ey = 20
sin (2π . 105 x - ωt) dalam SI, frekuensi gelombang elektromagnetik tersebut adalah
....
a. 3 x 108 Hz
d. 2 π x 105 Hz
10
b. 3 x 10 Hz
e. 2 π x 106 Hz
13
c. 3 x 10 Hz
Pembahasan :
E = Em sin (kx - ωt)
Ey = 20 sin (2π . 105 x - ωt)
Frekuensi gelombang elektromagnetik :
40. Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik tergantung dari ....
a. frekuensi gelombang
b. panjang gelombang
c. frekuensi dan panjang gelombang
d. permitivitas dan permeabilitas medium
e. nilainya selalu tetap
Pembahasan :
μo = permeabilitas medium
εo = permitivitas medium
41. Persamaan gelombang elektromagnetik yang menyatakan hubungan E, B, dan c
secara benar adalah ....
a. B = moeoEc
d.
b. E = cB
e.
c. c = EB
Pembahasan :
Maxwell berhasil menemukan hubungan antara amplitudo medan listrik dan
amplitudo medan magnet yaitu:
atau E =cB