Pembahasan Fisika UN 2015 No. 31 - 35

Pembahasan soal Fisika Ujian Nasional 2015 nomor 31 sampai dengan nomor 35 tentang:

• besar dan arah induksi magnet,
• gaya Coulomb,
• potensial listrik,
• rangkaian kapasitor, serta
• grafik rangkaian R-L-C seri.

Soal No. 31 tentang Induksi Magnet

Suatu kawat dilengkungkan dengan jari-jari 40 cm dan dialiri arus listrik seperti pada gambar.

Besar dan arah induksi magnetik di titik P adalah .... (μ_o = 4π × 10⁻⁷ Wb.A⁻¹.m⁻¹)

A.   2,5π × 10⁻⁷ T ke dalam bidang
B.   5 × 10⁻⁷ T ke luar bidang
C.   5π × 10⁻⁷ T ke dalam bidang
D.   1 × 10⁻⁶ T ke luar bidang
E.   π × 10⁻⁶ T ke dalam bidang

Pembahasan

Induksi magnet pada kawat melingkar penuh dirumuskan



Sedangkan besar induksi magnet di titik P dipengaruhi oleh arus listrik mengalir melalui kawat setengah lingkaran. Sehingga besar induksi magnet di titik P adalah setengah dari rumus di atas.



Untuk menggunakan rumus tersebut, satuan jari-jari harus dikonversi terlebih dahulu. a = 40 cm = 0,4 m.


     = 5π × 10⁻⁷

Sampai di sini jawabannya sudah ketemu, yaitu opsi C. Sambil belajar, kita tentukan juga arah induksi magnetnya.

Arah induksi magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Perhatikan ilustrasi berikut!

Arah induksi magnet (B) ditunjukkan oleh arah empat jari yang digenggam, sedangkan arah arus (I) ditunjukkan oleh arah ibu jari. Pada ilustrasi di atas terlihat bahwa arah B di titik P adalah masuk ke dalam bidang.

Jadi, besar dan arah induksi magnet di titik P adalah 5π × 10⁻⁷ T ke dalam bidang (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Induksi Magnetik.

Soal No. 32 tentang Gaya Coulomb

Perhatikan gambar di bawah ini!

Gaya Coulomb yang dihasilkan kedua muatan sebesar 180 N. Jarak kedua muatan tersebut adalah .... (k = 9 × 10⁹ N.m².C⁻², 1 µC = 10⁻⁶ C)

A.   10 cm
B.   20 cm
C.   30 cm
D.   40 cm
E.   50 cm

Pembahasan

Dua muatan yang berdekatan akan terjadi gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak. Gaya-gaya tersebut dikenal dengan istilah gaya Coulomb yang dirumuskan



Karena yang ditanyakan adalah jarak kedua muatan, rumus tersebut kita ubah dulu menjadi


    
      
 r   = 10⁻¹ m
      = 10 cm

Jadi, jarak kedua muatan tersebut adalah 10 cm (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gaya Coulomb.

Soal No. 33 tentang Potensial Listrik

Sebuah bola logam berongga berjari-jari 4 cm diberi muatan listrik sebesar 1,2 × 10⁻¹⁹ C.

Potensial listrik di titik P yang berjarak 6 cm dari pusat bola adalah .... (k = 9 × 10⁹ N.m².C⁻² )

A.   1,8 × 10⁻⁸ volt
B.   2,1 × 10⁻⁸ volt
C.   2,7 × 10⁻⁸ volt
D.   3,6 × 10⁻⁸ volt
E.   4,0 × 10⁻⁸ volt

Pembahasan

Potensial listrik di titik P (di luar bola) memenuhi rumus


      
       = 1,8 × 10⁻⁸

Jadi, potensial listrik di titik P adalah 1,8 × 10⁻⁸ volt (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kuat Medan Listrik dan Potensial Listrik.

Soal No. 34 tentang Rangkaian Kapasitor

Gambar berikut adalah susunan rangkaian lima kapasitor.

Jika kelima kapasitor tersebut besarnya identik = 2 µF maka nilai muatan total pada kapasitor penggantinya adalah ....

A.   6 µC
B.   8 µC
C.   15 µC
D.   21 µC
E.   25 µC

Pembahasan

Kita tentukan dulu kapasitas total dari kelima kapasitor tersebut.

• C₁, C₂, dan C₃ tersusun paralel. Sebut saja kapasitor penggantinya adalah C_p.

C_p = C₁ + C₂ + C₃
     = 2 µF + 2 µF + 2 µF
     = 6 µF

• C_p tersusun seri dengan C₄. Sebut saja kapasitor penggantinya adalah C_s.

     

• C_s dan C₅ tersusun paralel. Kapasitor penggantinya merupakan kapasitas total seluruh rangkaian. Sebut saja C_t.

C_t = C_s + C₅
     = 1,5 µF + 2 µF
     = 3,5 µF

Muatan total pada kapasitor penggantinya adalah 

Q_t = C_t . V
     = 3,5 µF . 6 volt
     = 21 µC

Jadi, nilai muatan total pada rangkaian tersebut adalah 21 µC (D).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kapasitor dan Rangkaian Kapasitor.

Soal No. 35 tentang Grafik Rangkaian R-L-C Seri

Perhatikan gambar berikut!

Rangkaian R-L-C disusun seperti pada gambar di atas. Grafik gelombang sinus yang dihasilkan jika X_L > X_C adalah ....

Pembahasan

Jika X_L > X_C maka rangkaian akan bersifat induktif. Pada rangkaian induktif fase tegangan mendahului fase arus sebesar 90°.

Untuk mengetahui grafik mana yang menunjukkan fase tegangan mendahului arus, amatilah sumbu vertikalnya. Perhatikan grafik opsi C berikut.

Sumbu vertikal pada grafik di atas menunjukkan bahwa pada saat tegangan mencapai maksimum, kuat arusnya nol, artinya fase tegangan mendahului fase arus sebesar 90°.

Opsi A dan E salah karena grafik arus tidak berbentuk sinus tetapi garis lurus.
Opsi B adalah grafik untuk rangkaian resistif karena tegangan dan arus sefase.
Opsi D adalah grafik untuk rangkaian kapasitif karena fase tegangan tertinggal 90° terhadap fase arus.

Jadi, grafik gelombang sinus yang dihasilkan jika X_L > X_C adalah opsi (C).

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.