Fisika : SUHU DAN KALOR

4. Benar atau salah. Jika pernyataan benar jelaskan mengapa benar. Jika salah berikan contoh penyanggah.
(a) Dua benda yang saling setimbang termal haruslah setimbang termal dengan benda ketiga 
(b) Semua bahan memuai jika dipanaskan 
(c) Semua termometer memberikan hasil yang sama bila mengukur suhu suatu sistem tertentu 
(d) Jika terkena pada kulit, 1 gram uap 100oC akan menimbulkan luka bakar yang lebih parah dibandingkan 1 gram air mendidih 100oC 
(e) Selama perubahan fasa, suhu suatu zat tetap konstan 
(f) Laju konduksi energi termis sebanding dengan beda suhu 
(g) Laju radiasi energi sebuah benda adalah sebanding dengan kuadrat suhu mutlak 

Jawab : 
a. Benar karena kalor akan berpindah sebagian kebenda ketiga sehingga ketiganya memiliki termal yang sama 
b. Benar karena benda mendapatkan tambahan kalor sehingga memuai dengan koefisien muai yang dimiliki benda tersebut. 
c. Benar, karena setiap thermometer memiliki standar yang sama dalam menetukan suhu, kecuali bila thermometer tersebut menggunakan standar atau satuan yang berbeda. 
d. C 
e. Tidak, karena saat terjadi perubahan fasa akan selalu ada kalor yang berkurang atau pun bertambah. 
f. 

6. Konversikan suhu-suhu pada tabel berikut  

7. Sekeping gelas bermassa 50 gram bersuhu 100oC dimasukkan kedalam 100 gram air bersuhu 20oC. Jika panas jenis gelas adalah 0,2 cal/g•Co tentukan suhu akhir campuran ini. 
Jawab: 
Diketahui: 
m = 50gr 
Tglass = 100°C 
Tair = 20°C 
cgelas = 0,2 cal/gC° 
cair = 1cal/gC° 
Tentukan: ΔT? 
Jawab: 
 Qglass = Qair 
m.c.ΔT=m.cΔT 
50x0,2x(100-t)=100x1x(t-20) 
1000-t10=100t-2000 
3000=110t 
T=3000/110 =27,3°C 

12. Sebuah mangkuk aluminium yang berkapasitas 0,1 liter di isi dengan air raksa pada 12oC. Jika koefisien muai panjang aluminium 24 x 10-6/K dankoefisienmuai volume air raksa 1,8 x 10-4/K tentukanbanyaknya air raksa yang tumpahjikatemperaturdinaikkanmenjadi 18oC! 13. Batang A dan B mempunyaipanjangdanluaspenampangsama. Konduktivitastermalbatang A tiga kali konduktivitastermalbatang B. Jikakeduabatangdisambungkanmemanjang, ujungbebasbatang A dihubungkandengantandonsuhu 100oC danujungbebasbatang B dihubungkandengantandonsuhu 0oC, tentukansuhu di sambungankeduabatang.

Fisika : GETARAN DAN GELOMBANG

4) Seorang anak sedang bermain ayunan. Dia mulai bergerak dari ujung belakang.Ketika waktunya 3 1/3 menit diameloncat dari ayunan, yaitu pada saat ayunan berada di ujung depan untuk yang ke101 kalinya. Tentukan frekuensi ayunan tersebut. 
Jawab: 3 1/3 menit = 110s f=101/110 = 0,92Hz 

7) Sebuah balok bermassa 2,5 kg berada pada permukaan yang licin terhubungkan dengan pegas (k= 1,6 N/m). Jika pegas ditarik sejauh 5 cm dari posisi kestimbangan dan kemudian dilepaskan, tentukan 
a) Frekuensi getaran yang terjadi 
b) Energi total getaran 
c) Kelajuan balok ketika berada di titik yang berjarak 2,5 cm dari titiksetimbang.  
Jawab: 
Diketahui: 
m=2,5kg 
k=1,6N/m 
A=5cm = 0,05m 

Ditanyakan: f, E, v? 
Jawab 
f = 1/2π √(k/m) 
= ½ x 3,14√(1,6/2,5) 
= 1,57 x 0,8 
= 1,256Hz 

E = ½kA² 
= ½ x 1,6 x 0,05² 
= 0,002 J 

Besar kecepatan v saat berada di 0,025m dari titik kesetimbangan adalah dengan menentukan nilai kecepatan maksimum v0 terlebih dahulu: 
v0 = A √(k/m) 
= 0,05√(1,6/2,5) 
= 0,04m/s 

v = v0 √(1-x²/A²) 
= 0,04√(1-0,025²/0,05²) 
= 0,039m/s 

14) Pada jarak L dari sebuah pengeras suara terdengar suara dengan tingkat intensitas 4 dB. Berapa pengeras suara yang sejenis harus ditambahkan agar tingkat intensitasnya menjadi 5 dB?

16) Sebuah mobil ambulans yang sedang diam membunyikan sirene dengan frekuensi 440 Hz. Kelajuan bunyi di udara adalah 330 m/s. Jika seorang pengamat bergerak dengan kelajuan 30m/s meninggalkan mobil ambulans tersebut, tentukan :
a) panjang gelombang bunyi
b) kelajuan bunyi relatif terhadap pengamat
c) frekuensi bunyi yang terdengar pengamat

Fisika : FLUIDA

13. Tiga buah benda padat A, B dan C dimasukkan ke dalam bejana berisi air. Benda A tenggelam dalam air sedangkan benda B melayang dan benda C mengapung. FA adalah gaya apung pada A, FC adalah gaya apung pada B, dan FC adalah gaya apung pada C. 
a) Urutkan rapat massa ketiga benda tersebut dari yang terkecil sampai yang terbesar 
b) Jika ketiga benda tersebut mempunyai volume yang sama besar, tentukan dua dari ketiga benda tersebut yang mendapatkan gaya apung yang sama besar dan tentukan pula apakah gaya apung pada benda yang satu lagi lebih besar atau lebih kecil (dibandingkan dengan dua pertama) 
c) Pertanyaan yang sama dengan pertanyaan b) jika ketiga benda tersebut mempunyai massa yang sama.  

Jawab:
a. Urutan rapat massa mulai dari terkecil sampai yang terbesar adalah: A, B dan C hal ini karena Fa<Wc 
b. Benda B dan C mengalami gaya apung yang sama besar dan lebih besar dimana C mengalami gaya apung yang paling besar 
c. Benda B dan C mengalami gaya apung yang sama besar dan lebih besar dimana Fb = Wb dan Fc>Wc  

16. Sepotong bahan logam yang bentuknya tidak beraturan massanya 90g ketika ditimbang di udara. Ketika bahan itu berada dalam air, angka di timbangan menunjukkan 75 g. Tentukan volume dan rapat massa logam tersebut. 
Jawab: 
Diketahui: 
m=90gr 
m2 (massadiair) =75gr 
ρair = 1gr/cm3 
g = 10 m/s 
Ditanyakan: volume dan rapat massa logam? 
Jawab: 
Fa=m-m2 = 90 – 75 =15gr/cm3 
Fa = ρair.g.V 
V = Fa / (ρair.g) = 15 / (1 x 10) = 1,5 cm3

Rapat masa logam 
ρlogam = m/V = 90/1,3 = 60 gr/cm3 

19) Sepotong gabus yang beratnya 0,20 N di udara. Bila ditahan tercelup semua bagiannya dalam air maka diperlukan gaya sebesar 0,80 N. Tentukan berat air yang dipindahkan, volume gabus dan rapat massa gabus. 
Jawab: 
Diketahui: 
Fg=0.20N 
Ft=0,80N 
ρ=1gr/cm3 
g = 10 N/m3 
Tanyakan: Wair, Vgabusdanρgabus?
Jawab:
Fa=Ft = 0,80N
Mgabus = 0,80/10 = 0,08kg
Vair = Vgabus V = Fa / (ρair.g) = 0,8 / (1 x 10) = 0,08m3
Wair = ρair.g.Vair = 1 x 10 x 0,08 = 0,8 Kg
ρgabus= m/v = 0,08/0.08 = 1gr/cm3

24) Air mengalir keatas setinggi 1,5 m melalui pipa dengan laju volume 14 L/s. Jika kecepatan pada ujung pipa yang rendah 3,0 m/s dan luas penampang pipa pada ujung atas 20 cm2, tentukan perbedaan tekanan pada kedua ujung.
Jawab:
Diketahui:
h2 = 1,5m
Q2 = 14L/s = 0,014m3/s
v1 = 3,0 m/s
A2 = 20cm2
Ditanyakan :beda P?
Jawab:

Fisika : ENERGI DAN MOMENTUM

6. Sebuah bola dilemparkan vertikal keatas, kemudian ditangkap kembali. Bahaslah dengan menggunakan teorema kerja energi kecepatan bola pada saat sampai ketitik semula dengan asumsi 
(a) gesekan udara diabaikan dan 
(b) gesekan udara tidak diabaikan. 

Jawab: 
a. Pada saat bola dilempar keatas energy kinetik yang dimiliki bola membuatnya melambung keatas hingga ketinggian h pada saat kecepatnya berkurang karena pengaruh gaya gravitasi dan mendekati 0m/s (nol m/s) bola memiliki energy potensial senilai mgh selama t detik. kemudian gaya gravitasi bumi membuat energy potensial bola tersebut menjadi energy kinetic sehingga bola meluncur kembali kebawah
b. Gesekan diudara membuat energy kinetic benda semakin berkurang siring dengan gaya gravitasi yang memperlambatnya.

11. Sebuah bola dilepaskan dari suatu ketinggian sehingga pada saat mencapai lantai dia dipantulkan oleh lantai. Apakah dalam peristiwa tumbukan bola dengan lantai dipenuhi hukum kekekalan momentum?

Jawab: Iya, karena berdasarkan hukum momentum dimana momentum sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama sehingga menyebabkan gaya aksi = reaksi. Dimana momentum bola menyembabkan bola tersebut memantul kembali

15. Sebuah gaya horizontal 50 N dikerjakan pada kotak 4 kg yang semula diam di meja horizontal yang koefisien gesekan kinetiknya adalah 0.25 dan koefisien gesekan statiknya 0.4. Tentukan
(a) kerja yang dilakukan oleh gaya tersebut,
(b) kerja yang dilakukan oleh gaya gesekan dan
(c) energi kinetik kotak tersebut, setelah kotak bergerak sejauh 5 m.

Jawab:
Diketahui: F=50N
m=4kg
µk=0.25
µs=0.4
d=5m
ditanyakan:
a. W=?
b. Wgesek=?
c. Ek=?

Jawab:
a. W=F.d=50.5 =250Joule
b. Wgesek N=m.g= 4.10 =40N
    Fs=µs.N = 0.4 x 40 = 16N
    Fk=µk.N = 0.25 x 40 = 10N
    Ws = -(Fs.d) = -(16 x 5) = -80Joule
    Wk = -(Fk.d) = -(10 x 5) = -50Joule
c. W=Ek2-Ek1 W=Ek2-0 maka Ek2=250N

21. Sebuah sepeda motor bermassa 300 kg mempunyai kelajuan 25 m/s di awal jalan yang mendaki. Sepeda motor tersebut mengalami perlambatan sehingga pada akhir jalan mendaki kelajuannya tinggal 10 m/s. Jika beda ketinggian antara awal dan akhir jalan adalah 100 m, hitung usaha oleh mesin sepeda motor itu!
Jawab:
Diketahui: m=300kg
V0=25m/s
Vt=10m/s
d=100m
ditanyakan: W=?
jawab: W=Ek2-Ek1 =½ mv2²-½ mv1² =½ .300.10 – ½.300.25 =1500 – 3750 = -2250Joule (perlambatan)

26. Sebuah bola bermassa 0,4 kg menumbuk bola lain bermassa 0,6 kg yang sedang diam. Kecepatan bola pertama sebelum tumbukan adalah 2 m/s. Tentukan kecepatan masing-masing bola setelah tumbukan jika tumbukan tersebut merupakan
(a) tumbukan elastik
(b) tidak elastik
(c) elastik sebagian dengan e = 0,5
Jawab: 
Diketahui:
m1=0,4kg
m2=0,6kg
v01=2m/s
ditanyakan:
a. Tumbukan elastic
b. Tumbukantidak elastic
c. Elastic sebagian dengan e-0,5
Jawab:
a. m1.v01 + m2.v02
= (m1+m2)vt1 vt1
=(m1.v01+m2.v02)/m1+m2
=(0,4 x 2 + 0,6 x 0)/0,4 + 0,6
=(0,8 + 0)/1
=0,8m/s

b. vt1=((m1 + m2)v01)/m1
=((0,4+0,6) x 2)/0,4
 =2/0,4
 =5m/s

Fisika : Dinamika

3. Seorang mahasiswa disuruh untuk memindahkan meja dengan cara menarik meja tersebut, tetapi dia menolak dengan memberikan alasan sebagai berikut:” tarikan saya pada meja sama besar tapi berlawanan arah dengan tarikan meja pada saya, maka bagaimana mungkin saya dapat menggeser meja tersebut?” Bagaimana sanggahan anda terhadap pernyataan mahasiswa tersebut?

Jawaban: Gaya tarikan mahasiswa akan lebih lebas dari tarikan meja kepada mahasiswa karena mahasiswa memiliki massa yang lebih besar daripada meja dan kecepatan mahasiswa pun lebih besar dari pada kecepatan meja yang cenderung diam. 

8. Sebuah kotak meluncur menuruni permukaan miring yang kasar.
(a) Gambarlah sebuah diagram yang menunjukkan gaya-gaya yang bekerja pada kotak tersebut.
(b) Untuk tiap gaya dalam diagram tersebut, tunjukkan gaya reaksinya.

11. Sebuah benda mengalami percepatan 4 m/s2 ketika dikenai gaya total F0.
(a) Tentukan percepatannya jika gaya totalnya adalah 3 F0.
(b) Benda kedua mengalami percepatan 8 m/s2 dibawah pengaruh gaya F0. Tentukan perbandingan massa kedua benda ini.
(c) Jika kedua benda diikat menjadi satu kemudian dikenai gaya F0, tentukan percepatan gerak mereka.

Jawaban:
Diketahui: a=4 m/s2  
Ditanyakan bila ∑F = 3F0 ?
jika a = ∑F/m maka 3F0 = a x 3 = 4 x 3 = 12m/s2

(a) Ditanyakan bila ∑F benda pertama = 3F0 ?
jika a = ∑F /m
m = ∑F/a
m=3F0/4
a benda kedua = 8m/s2
bila dikenai ∑F0 adalah m=F0/8
sehingga m benda ke 1 : m benda ke 2 adalah: 3f0/4 : f0/8 = 3f0/4 X 8/f0 = 6 13.

13. Sebuah balok 5 kg ditekan ke dinding dengan gaya horizontal sehingga dia diam.
(a) Jika gaya horizontal itu besarnya 100 N tentukan besar gaya gesek yang dikerjakan oleh dinding pada balok?
(b) Jika koefisien gesekan statik antara balok dan dinding adalah 0,6 hitunglah besar gaya horizontal minimum yang diperlukan untuk menahan balok agar tidak jatuh. Jawaban: Diketahui: m = 5kg F = 100N

15. Dua buah benda bermassa 6 kg dan 2 kg berada di atas permukaan yang licin seperti gambar di samping ini. Benda bermassa 6 kg didorong dengan gaya F sebesar 16 N.
(a) Tentukan percepatan sistem.
(b) Tentukan gaya-gaya yang bekerja pada masing-masing benda.

Fisika : Kinematika

2.  Anda berlari mengitari lapangan segi empat dengan panjang 100 m dan lebar 50 meter hingga sampai ke tempat semula. Berapa panjang lintasan yang anda tempuh?  Berapa perpindahan yang Anda lakukan?  Jika Anda menempuh satu keliling lapangan tersebut dalam waktu 20 menit, berapa kelajuan dan kecepatan rata-rata Anda? Apakah sama?

Jawaban:

Diketahui:

Panjang (p) = 100 m

Lebar (l) = 50 m

Waktu tempuh (t) = 20m / 1200dtk

Ditanyakan:

-          Panjang Lintasan

-          Perpindahan

-          Kelajuan

-          Kecepatan rata-rata

Jawab:

-          Panjang Lintasan = Keliling persegi

K = 2(p + l)  = 2(100 + 50) = 300m

-          Perpindahan adalah 0 saat pelari kembali ke titik semula karena tidak ada perpindahan yang terjadi pada pelari meskipun setelah mengelilingi lapangan.

-          Kelajuan (V)

Panjang Lintasan (D)=300m

V = D/t

=300/1200

=0,25m/s

-          Kecepatan rata-rata adalah setara dengan kelajuan bila sipelari berlari dengan kecepatan yang konstan.

8.  Manakah diantara dua kelereng pada gambar di samping ini yang lebih dahulu sampai ke ujung?  Manakah yang mempunyai kelajuan rata-rata lebih besar?  Apakah kelajuan kedua kelereng sama besar pada saat mereka mencapai ujung lintasan?

Jawaban:

Pada gambar diatas kelereng A akan lebih dahulu sampai ke ujung lintasan dikarenakan jarak lintasan yang lebih pendek dan bila mengabaikan gaya dorong gravitasi saat kelereng melewati turunan. Lintasan kelereng A yang lebih pendek menyebabkan kelajuan yang lebih besar dan waktu tempuh yang lebih singkat.

16.  Dari keterangan berikut, keadaan manakah yang tidak mungkin?  (a) Benda memiliki kecepatan ke timur dan percepatan ke timur;  (b) benda memiliki kecepatan ke timur dan percepatan ke barat; (c) kecepatan benda sama dengan nol, tetapi percepatannya tidak nol; (d) benda memiliki percepatan konstan dan kecepatan berubah-ubah;  (e) benda memiliki kecepatan konstan dan percepatan berubah-ubah.

Jawaban:

C salah, karena percepatan didapat dari perubahan kecepatan baik itu searah maupun berlawanan arah (perlambatan)

E Salah, karena percepatan hanya akan berubah saat kecepatan berubah

21.  Sebuah bis melaju dengan ugal-ugalan dengan kelajuan 108 km/jam melintasi mobil patroli polisi yang sedang diam.  5 sekon kemudian mobil patroli polisi tersebut mengejar bis dengan percepatan 5 m/s2, sampai kecepatannya mencapai 144 km/jam, dan setelah itu pengejaran terus berlangsung dengan kecepatan tetap 144 km/jam.    Tentukan waktu dan jarak yang diperlukan polisi untuk menyusul bis.

Jawaban:

Diketahui:

Vbis = 108kmph = 30mps

Vpolisi (setelah 5dtk) = 144kmph = 40mps

V0polisi = 0

Vtpolisi (a) = 5mps2

Ditanyakan:

            Waktu dan jarak polisi menyusul bis???

Jawab:

            Waktu polisi untuk mencapai 40mps adalah:

t = (Vt-V0)/a
t = (40 – 0)/5 = 8dtk

Jadi pada 5 + 8 detik kecepatan polisi adalah 40mps atau 144Kmph

Maka dengan kecepatan tersebut polisi dapat mengejar bisa pada:

Jarak 1500m dan 50detik setelah bis melewati polisi tersebut

Perhitungan bisa dilihat pada lampiran

 

22.  Pada suatu lintasan lurus sebuah mobil balap bergerak dengan kurva kecepatan terhadap waktu seperti pada gambar di samping ini.  (a) Tentukan panjang lintasan yang ditempuh selama 5 sekon pertama. (b) tentukan percepatan mobil balap dalam selang waktu 0 sampai 1 s.  (b) tentukan percepatan mobil balap dalam selang waktu 4s sampai 5 s.

Jawaban:

a.       Panjang lintasan 5s pertama

Selang Waktu (t)	0 s/d  1	1 s/d  4	4 s/d  5
Kecepatan (m)	(80-40) = 40	80	20

Maka panjang lintasanya adalah 40 + (80x3) + 20 = 300m

b.      Percepatan 0 s/d 1

a=(Vt-V0)/(t2-t1)

= (80 – 40) / (1 – 0)

= 40 m/s2

Percepatan 4 s/d 5

(20 – 80) / (5 – 4)

= -60 m/s2 (Perlambatan)