Pembahasan Fisika No. 21 - 25 TKD Saintek SBMPTN 2016 Kode Naskah 225

Pembahasan soal Fisika Tes Kemampuan Dasar Sains dan Teknologi (TKD Saintek) Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) tahun 2016 kode naskah 225 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang:

• teori kinetik gas, 
• termodinamika, 
• gerak harmonis, 
• listrik dinamis, dan 
• induksi elektromagnetik.

Soal No. 21 tentang Teori Kinetik Gas

Gas ideal monoatomik sebanyak 0,5 kmol mula-mula memiliki tekanan 120 kPa dan volume 250 cc/kmol. Kemudian gas dipanasi pada tekanan tetap sehingga mengembang. Misalkan konstanta gas universal dinyatakan sebagai R J.mol⁻¹.K⁻¹. Jika pada prose itu temperatur gas naik sebesar 8,4/R kelvin maka usaha yang dilakukan gas untuk mengembang adalah ….A.   4,2 J
B.   8,4 J
C.   10,5 J
D.   11,2 J
E.   12,4 J

Pembahasan

Diketahui:

n = 0,5 kmol
   = 500 mol
P = 120 kPa
V = 250 cc/kmol
∆T = 8,4/R kelvin

Persamaan umum gas ideal adalah:

PV = nRT

Pada tekanan tetap (P konstan), yang mengalami perubahan adalah volume dan suhunya.

P∆V = nR∆T

Sedangkan usaha luar gas pada tekanan tetap dirumuskan:

W = P∆V
    = nR∆T

Nah, sekarang kita masukkan data-datanya.

W = 500 × R × 8,4/R joule
    = 4.200 joule
    = 4,2 kJ
(lagi-lagi soalnya salah)

Jadi, usaha yang dilakukan gas untuk mengembang adalah 4,2 kJ (anggap saja jawabannya A).

Soal No. 22 tentang Termodinamika

Gas Argon dapat dianggap sebagai gas ideal.

Gas itu mula-mula mempunyai energi dalam E_i dan temperatur T_i. Gas tersebut mengalami proses dengan melakukan usaha W, melepas energi senilai Q, dan keadaan akhir energi dalam E_f serta temperatur T_f. Besarnya perubahan energi tersebut digambarkan seperti gambar di atas. Apa simpulan proses tersebut?A.   Gas mengalami proses Isobarik dan T_f  < T_i.
B.   Gas mengalami proses adiabatik dan T_f  < T_i.
C.   Gas mengalami proses Isokhorik dan T_f  < T_i.
D.   Gas mengalami proses Isotermal dan T_f  = T_i.
E.   Gas mengalami proses Isokhorik dan T_f  = T_i.

Pembahasan

Pada grafik di atas terlihat bahwa energi dalam awal (E_i) sama dengan energi dalam akhir (E_f) sehingga tidak terjadi perubahan energi dalam atau perubahan energi dalamnya sama dengan nol.

E_i = 3 satuan energi
E_f = 3 satuan energi

∆U = E_f − E_i
      = 3 − 3
      = 0

Sekarang perhatikan rumus energi dalam!

  U = 3/2 NkT
∆U = 3/2 Nk∆T

Tampak bahwa perubahan energi dalam (∆U) sebanding dengan perubahan suhu (∆T). Artinya, jika ∆U = 0 maka otomatis ∆T = 0.

       ∆T = 0
T_f  − T_i = 0
        T_f  = T_i

Tidak adanya perubahan suhu berarti suhu konstan. Proses suhu konstan dikenal dengan istilah isotermik atau isotermal.

Jadi, kesimpulan dari proses tersebut adalah gas mengalami proses Isotermal dan T_f  = T_i (D).

Soal No. 23 tentang Gerak Harmonis

Sebuah batu dengan massa m digantung pada sebuah pegas dan ditarik lalu dilepas sehingga menghasilkan gerak osilasi. Jika batu dengan ganti dengan besi yang bermassa 2m maka pernyataan yang BENAR tentang periode T, kecepatan maksimum v_maks, percepatan maksimum a_maks gerak osilasi yang dihasilkan adalah ….
A.   T bertambah, v_maks bertambah, a_maks bertambah
B.   T bertambah, v_maks bertambah, a_maks berkurang
C.   T bertambah, v_maks berkurang, a_maks berkurang
D.   T berkurang, v_maks berkurang, a_maks berkurang
E.   T berkurang, v_maks bertambah, a_maks berkurang

Pembahasan

Hubungan antara periode T massa beban m pada pegas dinyatakan dengan rumus:

Berdasarkan rumus di atas dapat disimpulkan bahwa periode berbanding lurus dengan akar massa. Artinya, jika m ditambah maka T juga akan bertambah. [opsi D dan E salah]

Sekarang kita cari hubungan kecepatan v dan m.

Diperoleh hubungan bahwa v_maks berbanding terbalik dengan akar massa. Sehingga jika m diperbesar maka v_maks akan berkurang. [sudah pasti jawabannya C]

Pura-pura tidak tahu jawabannya, kita cari hubungan antara percepatan a dan m.

Nah, terlihat kan bahwa a_maks berbanding terbalik dengan m. Sehingga jika m diperbesar maka a_maks akan berkurang.

Jadi, pernyataan yang BENAR tentang periode, kecepatan maksimum, percepatan maksimum gerak adalah opsi (C).

Soal No. 24 tentang Listrik Dinamis

Dua buah kawat tembaga dengan panjang yang sama memiliki diameter 1 mm dan 2 mm, kedua kawat dihubungkan dengan sumber tegangan yang sama besar. Rasio antara arus listrik yang mengalir pada kawat berdiameter 1 mm dan kawat berdiameter 2 mm adalah ….A.   1 : 1
B.   1 : 2
C.   1 : 4
D.   2 : 1
E.   4 : 1

Pembahasan

Pertama, kita cari dulu hubungan antar arus listrik dan hambatan dengan menggunakan hukum Ohm.

Karena disebutkan bahwa tegangan yang digunakan sama maka arus listrik yang mengalir hanya bergantung dari besarnya hambatan, tepatnya berbanding terbalik.

Kedua, kita cari hubungan antara hambatan dengan luas penampang.

Sehingga diperoleh hubungan:

Dari kedua hubungan tersebut diperoleh:

Sehingga dapat disimpulkan:

Jadi, Perbandingan antara arus listrik yang mengalir pada kawat berdiameter 1 mm dan kawat berdiameter 2 mm adalah 1 : 4 (C).

Soal No. 25 tentang Induksi Elektromagnetik

Sebuah batang logam bermassa m = 1 kg dan panjang L = 1 m diletakkan pada suatu rel logam yang terhubung dengan sumber arus konstan sehingga pada rangkaian mengalir arus listrik sebesar I = 0,5 A. Rangkaian tersebut berada pada daerah bermedan magnet seragam dengan besar B dan berarah seperti pada gambar.

Jika koefisien gesekan statik antara batang dengan rel adalah μ_s = 0,25 dan percepatan gravitasi adalah g = 10 m/s² maka nilai B maksimum agar batang tetap diam adalah ….A.   1 T
B.   2 T
C.   3 T
D.   4 T
E.   5 T

Pembahasan

Batang logam menempel pada rel logam sehingga batang tersebut dilalui arus listrik dari sumber arus.

Sementara itu, batang tersebut berada dalam medan magnet homogen. Suatu penghantar berarus listrik yang berada dalam medan magnet akan mendapat gaya Lorentz sebesar:

F = BiL

Adanya gaya Lorentz ini menyebabkan batang logam tertarik atau terdorong sepanjang rel. sehingga terjadi gesekan antara batang logam dan rel sebesar:

f = μ_s mg

Agar batang tetap diam maka besarnya gaya Lorentz harus sama dengan gaya gesekan. Supaya terkesan ilmiah dan pembahasannya lebih panjang, saya gunakan hukum I Newton.

          ΣF = 0
       F − f = 0
             F = f
          BiL = μ_s mg
B ∙ 0,5 ∙ 1 = 0,25 ∙ 1 ∙ 10
             B = 5

Jadi, nilai B maksimum agar batang tetap diam adalah 5 T (E).

Bagikan Artikel ini