Pembahasan Fisika UN 2014 No. 36 - 40.

Pembahasan soal Fisika UN 2014 nomor 36 sampai dengan nomor 40 tentang:

• teori atom,
• efek fotolistrik,
• teori dasar relativitas,
• fisika inti, dan
• radioisotop.

Soal No. 36 tentang Teori Atom

Perbedaan model atom menurut Rutherford dan Bohr adalah ....

	Rutherford	Bohr
A.	Radiasi dipancarkan ketika elektron pindah dari lintasan dengan energi ke energi rendah	Sebagian besar massa atom berkumpul pada sebuah titik di tengah-tengah atom
B.	Atom berbentuk bola padat dengan muatan listrik positif merata di seluruh bagian bola	Elektron mengelilingi inti atom dalam keadaan stasioner dan tidak dapat berpindah lintasan
C.	Elektron mengelilingi inti atom dalam keadaan stasioner dan tidak dapat berpindah lintasan	Atom berbentuk bola padat dengan muatan listrik positif merata di seluruh bagian bola
D.	Sebagian besar massa atom berkumpul pada sebuah titik di tengah-tengah atom	Radiasi dipancarkan ketika elektron pindah dari lintasan dengan energi tinggi ke energi rendah
E.	Atom berbentuk bola padat dengan muatan listrik positif merata di seluruh bagian bola	Elektron mengelilingi inti atom dalam keadaan stasioner dan tidak dapat berpindah lintasan

Pembahasan

Pada dasarnya, model atom Rutherford (1911) dan model atom Bohr (1913) sama-sama menganut teori tata surya, yaitu elektron bergerak mengelilingi inti sebagaimana planet mengelilingi matahari. Sebagian besar massa atom berkumpul pada inti atom.

Tetapi, menurut hukum Mekanika Newton (Mekanika Klasik atau Newtonian), model atom ini tidak mungkin terjadi. Elektron yang bergerak mengelilingi inti akan selalu memancarkan energi. Akibatnya, lintasan akan semakin mengecil dan pada akhirnya akan bersatu dengan inti. Jadi, model atom ini bukan merupakan teori tata surya, tapi teori obat nyamuk.

Bohr, yang sebenarnya murid Rutherford, tetap mendukung model atom Rutherford. Dengan catatan, mekanika Newton tidak berlaku dalam hal ini. Bohr mengajukan mekanika model baru yang disebut Mekanika Kuantum.

Dengan mekanika barunya ini, Bohr menyempurnakan model atom gurunya, bahwa elektron bergerak dalam orbit yang stabil atau stasioner tanpa memancarkan energi. Setiap lintasan mempunyai tingkat energi. Energi akan dipancarkan jika elektron pindah dari tingkat energi lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah.

Waduh, kebanyakan cerita nih! Terus jawabannya mana? Secara konsep, sejujurnya tidak ada jawaban yang sesuai dengan pertanyaan.

Opsi B, C, dan E sudah pasti salah karena terdapat pernyataan 'Atom berbentuk bola padat dengan muatan listrik positif merata di seluruh bagian bola.' Ini konsep model atom Thomson.

Opsi A juga salah. Pernyataan tentang Rutherford tersebut adalah model atom Bohr.

Tinggal satu opsi, yaitu opsi D. Terpaksa kita harus menjatuhkan pilihan pada opsi ini. Kenapa demikian?

Coba perhatikan pernyataan opsi D tentang Rutherford: "Sebagian besar massa atom berkumpul pada sebuah titik di tengah-tengah atom". Pernyataan ini bukan perbedaan antara Rutherford dan Bohr, tetapi justru persamaannya. Perbedaan Rutherford dan Bohr hanya pada pancaran energi. Yang lainnya sama, karena Bohr hanya menyempurnakan model atom Rutherford.

Jadi, opsi jawaban yang paling benar adalah opsi (D).

Soal No. 37 tentang Efek Fotolistrik

Perhatikan pernyataan berikut!

1. Frekuensi cahaya yang menyinari katoda harus lebih besar dari frekuensi ambang.
2. Fungsi kerja logam katoda lebih besar dari energi cahaya yang menyinari katoda.
3. Panjang gelombang ambang harus lebih besar dari panjang gelombang cahaya yang menyinari katoda.
4. Energi kinetik elektron yang terlepas dari katoda harus lebih besar dari energi ambang.

Agar terjadi fotoelektron maka harus memenuhi ....

A.   (1) dan (2)
B.   (1) dan (3)
C.   (2) dan (3)
D.   (2) dan (4)
E.   (3) dan (4)

Pembahasan

Fotoelektron atau fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam (katoda) karena disinari oleh cahaya. Secara matematis fotoelektron dirumuskan: 

E_k = E − W
E_k = hf − hf_o


Syarat terjadinya fotoelektron (nilai E_k positif) adalah: 

E > W
f  > f_o
λ < λ_o

Dengan demikian, agar elektron terlepas dari katoda syaratnya adalah:

• energi cahaya yang digunakan harus lebih besar dari energi ambang atau fungsi kerja logam,
• frekuensi cahaya yang digunakan harus lebih besar dari frekuensi ambang, atau
• panjang gelombang cahaya yang digunakan harus lebih kecil dari panjang gelombang ambang.

Jadi, pernyataan yang memenuhi terjadi foto elektron adalah pernyataan nomor 1 dan 3 (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN; Efek Fotolistrik.
 

Soal No. 38 tentang Teori Dasar Relativitas

Sebuah pesawat mempunyai panjang 95 m saat diam di bumi. Ketika pesawat bergerak dengan kecepatan v, menurut pengamat di bumi panjang pesawat adalah 76 m. Besar kecepatan v adalah ....

A.   0,25 c
B.   0,50 c
C.   0,60 c
D.   0,75 c
E.   0,80 c

Pembahasan

Ini adalah soal relativitas tentang kontraksi Lorentz, di mana panjang benda yang bergerak dengan kecepatan relativistik akan mengalami penyusutan panjang yang dirumuskan sebagai:



Kita tentukan nilai α berdasarkan rumus di atas.

Hubungan α dengan v ibarat hubungan sin x dan cos x pada segitiga siku-siku.

Jika   α = cos x = 4/5
maka v = sin x = 3/5 = 0,6

Jadi, besar kecepatan v pada peristiwa tersebut adalah 0,6 c (C).

Soal No. 39 tentang Fisika Inti

Perhatikan reaksi inti berikut!

₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energi

Jika diketahui massa inti: 

₆C¹³ = 13,0033 sma 
₁H²  = 2,0141 sma 
₆C¹⁴ = 14,0030 sma 
₁H¹  = 1,0078 sma

Bila massa 1 sma setara dengan energi 931 MeV maka energi yang terjadi pada reaksi inti tersebut adalah ....

A.   5,5860 MeV
B.   6,1446 MeV
C.   6,1492 MeV
D.   6,2320 MeV
E.   6,2377 MeV

Pembahasan

Jika lupa-lupa ingat cara menghitungnya, kiri dikurangi kanan atau kanan atau dikurangi kiri? Ikuti saja polanya. Perhatikan energinya di ruas kanan.

₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energi
massa kiri = massa kanan + energi

Dengan demikian, energi = massa kiri − massa kanan.

E = [(m_C¹³ + m_H²) − (m_C¹⁴ + m_H¹)] × 931
   = [(13,0033+2,0141) − (14,0030+1,0078)]×931
   = 0,0066 × 931
   = 6,1446

Jadi, energi yang terjadi pada reaksi inti tersebut adalah 6,1446 MeV (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Fisika Inti.

Soal No. 40 tentang Radioisotop

Zat radioisotop Iodium-131 dimanfaatkan manusia untuk ....

A.   mendeteksi kelenjar gondok
B.   mendeteksi penyakit tulang
C.   membunuh sel kanker
D.   menentukan usia fosil
E.   memeriksa material tanpa merusak

Pembahasan

Beberapa manfaat radioisotop yang perlu dihafal.

Radioisotop	Manfaat
I-131	mendeteksi fungsi kelenjar gondok (tiroid)
I-123	mendeteksi gangguan ginjal
Na-24	mendeteksi penyakit otak dan kebocoran pipa
Co-60	membunuh sel kanker
Pb-210	mendeteksi pemalsuan keramik
C-14	menentukan usia fosil
Sr-85	mendeteksi penyakit tulang

Jadi, manfaat Iodium-131 adalah untuk mendeteksi kelenjar gondok (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Fisika Inti.

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2014 selengkapnya.

No. 01 - 05					No. 21 - 25
No. 06 - 10					No. 26 - 30
No. 11 - 15					No. 31 - 35
No. 16 - 20					No. 36 - 40

Simak juga:
Pembahasan Fisika UN 2015
Pembahasan Fisika UN 2016
Pembahasan Fisika UN 2017
Pembahasan Fisika UN 2018
Pembahasan Fisika UN 2019

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.