Pembahasan Fisika UN 2016 No. 16 - 20

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2016 nomor 16 sampai dengan nomor 20 tentang:

• hukum kekekalan momentum, 
• impuls dan momentum, 
• pemuaian, 
• perpindahan panas, serta 
• asas Black.

Soal No. 16 tentang Hukum Kekekalan Momentum

Perhatikan gambar!

Dua bola identik dijatuhkan bersamaan dari ketinggian yang sama pada bidang licin yang berbentuk setengah lingkaran dengan jari-jari 1,8 m. Jika tumbukan antara kedua bola lenting sempurna, kecepatan kedua bola sesaat setelah tumbukan adalah ....

A.   0 m.s⁻¹
B.   3 m.s⁻¹
C.   6 m.s⁻¹
D.   9 m.s⁻¹
E.   11 m.s⁻¹

Pembahasan

Yang perlu diperhatikan dari soal di atas adalah:

• bidang lintasannya licin sehingga kecepatan bola di titik terendah sama dengan kecepatan gerak jatuh bebas, 
• kedua bola mempunyai kecepatan sama karena dijatuhkan dari ketinggian yang sama, 
• ketinggian bola sama dengan jari-jari lingkaran (h = R),
• untuk tumbukan lenting sempurna pada dua bola identik, kecepatan sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama.

Dengan demikian, kecepatan kedua bola setelah tumbukan adalah:

Jadi, kecepatan kedua bola sesaat setelah tumbukan adalah 6 m.s⁻¹ (C).

Soal No. 17 tentang Impuls dan Momentum

Bola bermassa 200 gram dijatuhkan dari ketinggian 80 cm tanpa kecepatan awal. Setelah menumbuk lantai bola memantul kembali dengan kecepatan 1 m.s⁻¹ (g = 10 m.s⁻²). Besar impuls pada bola adalah ....

A.   1,6 N.s
B.   1,5 N.s
C.   1,0 N.s
D.   0,8 N.s
E.   0,6 N.s

Pembahasan

Diketahui: 

m = 200 gram
    = 0,2 kg 

h = 80 cm
   = 0,8 m 

v' = 1 m.s⁻¹

Kecepatan bola saat menumbuk lantai adalah:

Anggap saja arah gerak bola ke atas bernilai positif dan arah ke bawah bernilai negatif, maka: 

v' = 1 m.s⁻¹ 
v = −4 m.s⁻¹

Pada saat bola memantul terjadi impuls yang disebabkan oleh perubahan momentum. 

I = m∆v
  = m(v' − v)
  = 0,2 × (1 − (−4))
  = 0,2 × 5
  = 1

Jadi, besar impuls pada bola tersebut adalah 1,0 N.s (C).

Perdalam materi soal no. 16 dan 17 di Pembahasan Fisika UN: Impuls dan Momentum.

Soal No. 18 tentang Pemuaian

Pada gambar berikut ini, sebuah bejana kaca yang mempunyai koefisien muai panjang 3×10⁻⁵ °C⁻¹ diisi penuh dengan raksa yang memiliki koefisien muai ruang 54×10⁻⁵ °C⁻¹ pada suhu 25 °C.

Bila kemudian bejana dipanaskan hingga suhunya menjadi 50 °C, volume raksa yang tumpah adalah ....

A.   2,375 cc
B.   2,825 cc
C.   3,375 cc
D.   3,825 cc
E.   4,375 cc

Pembahasan

Ketika bejana dipanaskan, kaca bejana dan air raksa memuai. Karena pemuaian air raksa lebih besar maka raksa tumpah.

Dengan demikian, volume raksa yang tumpah merupakan selisih pemuaian volume raksa dengan pemuaian kaca bejana.

 V = ∆V_r − ∆V_k
    = γV_o∆t − 3αV_o∆t
    = (γ − 3α)V_o∆t
    = (54×10⁻⁵ − 3×3×10⁻⁵)×300×25
    = 45×10⁻⁵×300×25
    = 3,375

Jadi, volume raksa yang tumpah adalah 3,375 cc (C).

Soal No. 19 tentang Perpindahan Panas

Batang logam P dan Q yang mempunyai panjang dan luas penampang sama disambung menjadi satu pada salah satu ujungnya dan pada ujung-ujung yang lain dikenakan suhu berbeda seperti gambar.

Bila konduktivitas termal logam P = 4 kali konduktivitas termal logam Q maka suhu pada sambungan kedua logam saat terjadi keseimbangan termal adalah ....

A.   120 °C
B.   100 °C
C.   90 °C
D.   80 °C
E.   60 °C

Pembahasan

Suatu batang logam jika dipanaskan maka akan terjadi hantaran kalor (H) yang dirumuskan:

dengan:

k  = konduktivitas termal,
A  = luas penampang logam,
l   = panjang logam, dan
∆t = perubahan suhu.

Pada sambungan logam P dan Q, kalor yang dilepas oleh logam Q (suhu tinggi) akan diserap oleh  logam P.

Kedua logam mempunyai panjang dan luas yang sama (besaran A dan l bisa dicoret) sehingga diperoleh: 

k_P∆t_P = −k_Q∆t_Q

Konduktivitas termal logam P = 4 kali konduktivitas termal logam Q atau k_P = 4k_Q, sehingga:

4k_Q∆t_P = −k_Q∆t_Q
    4∆t_P = −∆t_Q
 
Misalkan suhu akhir kesetimbangan termal adalah t, maka:

4(t − 25) = −(t − 200)
 4t − 100 = −t + 200
           5t = 300
             t = 60

Jadi, suhu pada sambungan kedua logam saat terjadi keseimbangan termal adalah 60 °C (E).

Soal No. 20 tentang Asas Black

Setengah kilogram es bersuhu −20 °C dicampur dengan air bersuhu 20 °C sehingga menjadi air seluruhnya pada suhu 0 °C. Jika kalor jenis es 0,5 kal.g⁻¹.°C⁻¹, kalor lebur es 80 kal.g⁻¹, dan kalor jenis air 1 kal.g⁻¹.°C⁻¹, maka massa air mula-mula adalah ....

A.   1,5 kg
B.   2,25 kg
C.   3,75 kg
D.   4,50 kg
E.   6,00 kg

Pembahasan

Peristiwa di atas dapat diilustrasikan dengan grafik berikut ini:

Mula-mula es menyerap kalor untuk menaikkan suhunya (Q₁) kemudian menyerap kalor lagi untuk mengubah wujudnya menjadi air (Q₂). Dua kalor yang diserap es tersebut sama dengan kalor yang dilepas air (Q₃).

             Q₁ + Q₂ = −Q₃ 
m_e.c_e.∆t_e + m_e.L = −m_a.c_a.∆t_a

dengan:

∆t_e = 0 − (−20)
      = 20

∆t_a = 0 − 20
      = −20

Karena satuan kalor jenis mengandung satuan gram maka massa es harus dikonversi dulu menjadi gram (0,5 kg = 500 g), diperoleh:

500×0,5×20 + 500×80 = −m_a×1×(−20)
5000 + 40.000 = 20m_a
                20m_a = 45.000
                     m_a = 2.250 gram
                          = 2,25 kg

Jadi, massa air mula-mula adalah 2,25 kg (B).

Perdalam materi soal no. 18 - 20 di Pembahasan Fisika UN: Kalor.

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2016 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.