Pembahasan Fisika No. 16 - 20 TKD Saintek SBMPTN 2014 Kode Naskah 512

Pembahasan soal Tes Kemampuan Dasar Sains dan Teknologi (TKD Saintek) Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) tahun 2015 kode naskah 512 subtes Fisika nomor 16 sampai dengan nomor 20 tentang:

• alat optik, 
• hukum gerak newton, 
• hukum gravitasi newton, 
• teori relativitas, dan 
• dinamika rotasi.

Soal No. 16 tentang Alat Optik

Sebuah benda diletakkan di depan lensa cembung yang memiliki jarak fokus 24 cm. Jika bayangan terbentuk adalah tegak dan diperbesar 4 kali maka letak benda adalah … cm dari depan lensa.

A.   6
B.   12
C.   18
D.   20
E.   22

Pembahasan

Bayangan tegak dan diperbesar 4 kali berarti nilai perbesarannya positif 4.

   m = 4

    s' = −4s
 
Letak bayangan benda dapat dicari dengan rumus:


  4s = 72
    s = 18

Jadi, letak benda tersebut adalah 18 cm di depan lensa (C).

Soal No. 17 tentang Hukum Gerak Newton

Sistem 2 benda dinyatakan seperti gambar di bawah dengan massa tali, massa katrol, dan gesekan pada katrol diabaikan.

Jika koefisien gesek antara benda bermassa 6 kg dengan bidang 1/3 dan percepatan gravitasi 10 m/s², kedua benda bergerak dengan percepatan sebesar ….

A.   1/6 m/s²
B.   1/4 m/s²
C.   1/2 m/s²
D.   1 m/s²
E.   2 m/s²

Pembahasan

Sistem 2 benda tersebut bergerak karena ada gaya berat (w) yang ditimbulkan oleh benda yang bermassa 4 kg (m₁). 

w = m₁.g
    = 4 kg × 10 m/s²
    = 40 N

Dalam geraknya, sistem tersebut ditahan oleh gaya gesek (f) antara benda yang bermassa 6 kg (m₂) dengan bidang. 

f = μ.m₂.g
  = 1/3 × 6 kg × 10 m/s²
  = 20 N

Karena sistem 2 benda tersebut bergerak, maka berlaku hukum II Newton.

       ΣF = m.a
    w − f = (m₁ + m₂)a
40 − 20 = (6 + 4)a
        20 = 10a
          a = 2

Jadi, kedua benda akan bergerak dengan percepatan sebesar 2 m/s² (E).

Soal No. 18 tentang Hukum Gravitasi Newton

Berat suatu benda di permukaan bumi adalah 490 newton. Benda tersebut dibawa ke suatu planet yang memiliki jari-jari 1/2 kali jari-jari bumi dan massa jenisnya 2 kali massa jenis bumi. Jika dianggap planet dan bumi berbentuk bola maka berat benda di planet itu adalah ….

A.   245 N
B.   490 N
C.   560 N
D.   630 N
E.   980 N

Pembahasan

Data-data yang diketahui pada soal: 

w_b = 490 N 
R_p = ½ R_b
ρ_p = 2ρ_b

Kuat medan gravitasi (percepatan gravitasi) dirumuskan sebagai:^_\

 

Rumus kuat medan gravitasi tersebut harus kita uraikan sedemikian hingga data-data pada soal bisa kita gunakan. Pertama, kita gunakan rumus gaya berat. 

w = mg → g = w/m   ... (1)

Kemudian kita gunakan rumus massa jenis.

Sedangkan V adalah volume bumi atau planet. Karena bumi dan planet dianggap berbentuk bola, maka V dirumuskan sebagai V = 4/3 πR³ sehingga rumus massa planet menjadi: 

M = 4/3 πρR³              ... (2)

Substitusi persamaan (1) dan (2) pada rumus medan gravitas diperoleh:

Karena massa benda di bumi dan di planet sama serta G adalah konstanta, maka berat benda hanya bergantung pada massa jenis dan jari-jari planet. 

   w ~ ρR

 
  w_p = 490

Jadi, berat benda di planet tersebut adalah 490 N (B).

Soal No. 19 tentang Teori Relativitas

Sebuah elektron energi totalnya n kali energi diamnya. Jika massa diam elektron adalah m_o, konstanta Planck adalah h, dan kelajuan cahaya di ruang hampa adalah c maka panjang gelombang de Broglie elektron tersebut adalah ….

Pembahasan

Energi total elektron sama dengan n kali energi diamnya. 

E = n E_o

Sedangkan energi total relativistik dirumuskan sebagai:

Dari kedua rumus tersebut diperoleh: 

n = γ

 
n²c² − n²v² = c²    
n²v² = n²c² − c²

        = (n² − 1) c²

Dengan demikian, panjang gelombang de Broglie elektron tersebut adalah:

Jadi, panjang gelombang de Broglie elektron tersebut adalah opsi (D).

Soal No. 20 tentang Dinamika Rotasi

Yoyo bermassa m ditarik dengan gaya F yang tidak terlalu besar sehingga dia menggelinding murni, seperti gambar.

Jika momen inersia yoyo adalah 0,6mR² dan jari-jari poros yoyo r = 0,2R maka percepatan sudut yoyo adalah ….

A.   F/(mR)
B.   0,8 F/(mR)
C.   0,6 F/(mR)
D.   0,5 F/(mR)
E.   0,4 F/(mR)

Pembahasan

Menggelinding terdiri dari gerak translasi dan gerak rotasi.

Karena sistem bergerak maka berlaku hukum II Newton.

Pada gerak translasi berlaku:

   ΣF = ma
F − f = ma
       f = F − ma       [a = αR]
         = F − mαR       ... (1)

Sedangkan pada gerak rotasi berlaku:

          Στ = Iα 
fR − Fr = Iα       

Substitusi persamaan (1) dan data yang diketahui pada soal, diperoleh:

(F − mαR)R − F × 0,2R = 0,6mR² α
           F − mαR − 0,2F = 0,6mαR    [masing-masing dibagi R]
                       F − 0,2F = 0,6mαR + mαR
                              0,8F = 1,6mαR
                                   α = 0,8/1,6 F/(mR)
                                      = 0,5 F/(mR)

Jadi, percepatan sudut yoyo adalah 0,5 F/(mR) (D).

Simak Pembahasan Soal TKD Saintek SBMPTN 2014 selengkapnya.

No. 01 - 05 (Mat)	No. 31 - 35 (Kim)
No. 06 - 10 (Mat)	No. 36 - 40 (Kim)
No. 11 - 15 (Mat)	No. 41 - 45 (Kim)
No. 16 - 20 (Fis)	No. 46 - 50 (Bio)
No. 21 - 25 (Fis)	No. 51 - 55 (Bio)
No. 26 - 30 (Fis)	No. 56 - 60 (Bio)

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.