Pembahasan Fisika UN 2015 No. 11 - 15

Pembahasan soal Fisika Ujian Nasional 2015 nomor 11 sampai dengan nomor 15 tentang:

• fluida statis,
• impuls dan momentum,
• termodinamika,
• perpindahan kalor, serta
• teori kinetik gas.

Soal No. 11 tentang Fluida Statis

Sebuah balok berukuran 5 cm × 5 cm × 5 cm mempunyai massa 0,5 kg terapung di permukaan zat cair yang mempunyai massa jenis 1.000 kg/m³. Jika 2/5 bagian balok muncul di permukaan zat cair dan percepatan gravitasi 10 m/s² maka besar gaya angkatnya adalah ....

A.   0,50 N
B.   0,75 N
C.   1,00 N
D.   1,25 N
E.   1,50 N

Pembahasan

Benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas sebesar berat benda yang tercelup ke dalam zat cair tersebut. Inilah yang disebut hukum Archimedes.

Disebutkan bahwa 2/5 bagian balok muncul di permukaan zat cair, berarti 3/5 bagian tercelup ke dalam zat cair. Volume benda yang tercelup adalah 

V = 3/5 × 5 cm × 5 cm × 5 cm
    = 75 cm³
    = 7,5×10⁻⁵ m³

Gaya angkat balok tersebut adalah 

F_A = ρgV
     = 1000 × 10 × 7,5×10⁻⁵ N
     = 0,75 N

Jadi, besar gaya angkat atau gaya ke atas balok tersebut adalah 0,75 N (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Mekanika Fluida.

Soal No. 12 tentang Impuls dan Momentum

Perhatikan gambar dua bola yang bergerak berikut ini!

Massa A = 4 kg dan massa B = 10 kg. Jika kemudian kedua bola bertumbukan lenting sempurna dan kecepatan benda B setelah tumbukan 4 m/s maka kecepatan benda A setelah tumbukan adalah ....

A.   12 m/s
B.   10 m/s
C.   5 m/s
D.   4 m/s
E.   2 m/s

Pembahasan

Titik berat persoalan di atas adalah 'tumbukan lenting sempurna'. Kelentingan suatu benda dinyatakan dengan koefisien restitusi.



Nilai koefisien restitusi 0 ≤ e ≤ 1. Untuk tumbukan lenting sempurna, nilai koefisien restitusinya sama dengan 1. Substitusi  e = 1 pada persamaan di atas diperoleh 

v₂ − v₁ = v₁^' − v₂^'    atau 
v₁ + v₁^' = v₂ + v₂^'

Saya lebih suka persamaan yang kedua karena secara naluri, kita lebih mudah menjumlah daripada mengurangi. Ok, mari kita terapkan rumus pada soal, indeks (1) mewakili benda A dan indeks (2) mewakili benda B. 

v_A + v_A^' = v_B + v_B^'
 10 + v_A^' = 2 + 4 
         v_A^' = 6 − 10
               = −4 m/s (4 m/s ke kiri)

Jadi, kecepatan benda A setelah tumbukan adalah 4 m/s ke kiri (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Impuls dan Momentum.

Soal No. 13 tentang Termodinamika

Perhatikan grafik P-V dan pernyataan berikut ini!

1. Proses BC, sistem menyerap kalor.
2. Proses AB, sistem menyerap kalor.
3. Proses BC, usaha bernilai negatif.
4. Prose AB, diperoleh ΔU = Q.

Pernyataan yang benar adalah ....

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

Pembahasan

Proses AB adalah proses isokhorik (isometrik atau isovolumik).

V1=V2	(volume konstan)
ΔV=0	(tidak terjadi perubahan volume)
W=0	(tidak melakukan atau dilakukan kerja)
Q=ΔU	(semua kalor diubah menjadi energi dalam)

Proses BC adalah proses isobarik, tepatnya ekspansi isobarik.

P1=P2	(tekanan konstan)
ΔV >0	(terjadi ekspansi atau pengembangan volume)
W >0	(sistem melakukan kerja)
Q=W+ΔU	(sistem menyerap kalor)

Jadi, pernyataan yang benar adalah pernyataan nomor 1 dan 4 (B).

Soal No. 14 tentang Perpindahan Kalor

Perhatikan pernyataan berikut!

1. Konduktivitas logam.
2. Perbedaan suhu ujung-ujung logam.
3. Panjang logam.
4. Massa 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

Perambatan atau hantaran kalor pada sebuah logam dinyatakan sebagai



H   : hantaran kalor (laju perambatan kalor)
k    : konduktivitas termal logam
A   : luas penampang batang logam
Δt  : perubahan suhu
l     : panjang batang logam 

Jadi, faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor adalah pernyataan nomor 1, 2, dan 3 (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN tentang Kalor.

Soal No. 15 tentang Teori Kinetik Gas

Suatu gas ideal dengan volume 5 liter pada suhu 27 °C mengalami pemanasan isobarik pada tekanan 2 atm (1 atm = 10⁵ N/m²) hingga suhu 97 °C. Bila kapasitas kalor gas ideal 8,0 J/K maka volume akhir gas ideal dan perubahan energi dalamnya berturut-turut adalah ....

A.   5,5 liter, ΔU = 226 J
B.   5,7 liter, ΔU = 234 J
C.   5,9 liter, ΔU = 300 J
D.   6,2 liter, ΔU = 320 J
E.   6,4 liter, ΔU = 560 J

Pembahasan

Diketahui: 

V₁ = 5 liter
     = 2×10⁻³ m³ 

T₁ = 27 °C
     = (27 + 273) K
     = 300 K 

T₂ = 97 °C
     = (97 + 273) K
     = 370 K

P = 2 atm
    = 2×10⁵ N/m² 

C = 8,0 J/K

Proses isobarik berlaku hubungan: 

V ~ T
 
Hubungan tersebut berarti:

Nah, sekarang kita masukkan data-data yang ada pada soal.

Sampai di sini jawaban sudah ketemu, karena hanya opsi (D) yang memuat angka 6,2.

Mumpung ada waktu luang, Kak Ajaz ulas juga energi dalamnya.

Energi dalam dapat kita cari dengan hukum I Termodinamika. 

Q = W + ∆U

Q adalah kalor gas yang dirumuskan 

Q = C∆T
    = 8 × (370 – 300) J
    = 560 J

Sedangkan W adalah pada proses isobarik yang dirumuskan: 

W = P∆V
    = 2×10⁵ × (6,2 – 5)×10⁻³
    = 240 J

(Ingat, satuan volume harus menggunakan satuan SI, yaitu m³)

Sesuai dengan hukum I Termodinamika di atas, maka:

∆U = Q – W
      = (560 – 240) J
      = 320 J

Jadi, volume akhir gas ideal adalah 6,2 liter dan perubahan energi dalamnya 320 J (D).

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2015 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

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.