Pembahasan Fisika UN 2016 No. 21 - 25

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2016 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang:

• gas ideal, 
• teori kinetik gas, 
• gelombang stasioner, 
• gelombang berjalan, dan 
• efek Doppler.

Soal No. 21 tentang Gas Ideal

Pernyataan-pernyataan di bawah ini berkaitan dengan gas:

1. Gas terdiri dari partikel-partikel yang disebut molekul.
2. Partikel-partikel gas bergerak dalam lintasan lurus dengan laju konstan dan gerakannya acak.
3. Tumbukan yang terjadi antarpartikel maupun dengan dinding wadah lenting sempurna.
4. Dalam setiap gerak partikel gas tidak berlaku hukum-hukum Newton tentang gerak.
5. Terdapat gaya tarik-menarik antarpartikel maupun partikel dengan dinding wadah.

Pernyataan yang sesuai dengan sifat-sifat gas ideal adalah ....

A.   (1), (2), (3)
B.   (1), (2), (5)
C.   (1), (4), (5)
D.   (2), (3), (4)
E.   (3), (4), (5)

Pembahasan

Gas ideal adalah suatu gas dengan anggapan-anggapan tertentu sebagai pendekatan teori. Pada kenyataannya gas ini tidak pernah ada. Anggapan-anggapan untuk gas ideal adalah:

• Gerak partikelnya acak, lintasannya lurus dengan kecepatan tetap. [pernyataan 2 benar]
• Tidak ada gaya tarik-menarik antarpartikel. [pernyataan 5 salah]
• Tumbukan antar partikel lenting sempurna. [pernyataan 3 benar]
• Volume tiap partikel diabaikan.
• Berlaku hukum Newton tentang gerak. [pernyataan 4 salah]

Berdasarkan keterangan di atas, opsi jawaban yang mengandung pernyataan 4 dan 5 pasti salah. Berarti opsi B, C, D, dan E salah.

Adapun pernyataan (1), meskipun bukan sifat spesifik gas ideal, namun pernyataan tersebut merupakan kebenaran umum, terutama dalam ilmu Kimia.

Jadi, pernyataan yang sesuai dengan sifat-sifat gas ideal adalah pernyataan 1, 2, dan 3 (A).

Soal No. 22 tentang Teori Kinetik Gas

Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V₁ pada suhu T₁ dan tekanan P₁. Jika suhu gas menjadi 3T₁ dan tekanan menjadi 5/3 P₁ maka perbandingan volume gas akhir dengan volume gas mula-mula adalah ....

A.   3 : 5
B.   5 : 9
C.   9 : 5
D.   9 : 15
E.   15 : 9

Pembahasan

Diketahui: 

T₂ = 3T₁ 
P₂ = 5/3 P₁
 
Persamaan umum gas ideal adalah: 

PV = nRT

Dari persamaan di atas, hubungan antara P, V, dan T adalah: 

PV ~ T

Hubungan tersebut berarti:

Kak Ajaz sengaja menaruh indeks (2) di atas. Hal ini untuk mempermudah penghitungan, karena yang ditanyakan adalah V₂ : V₁. Dengan memindah P ke ruas kanan diperoleh:

Jadi, perbandingan volume gas akhir dengan volume gas mula-mula adalah 9 : 5 (C).

Perdalam materi soal no. 21 dan 22 di Pembahasan Fisika UN: Teori Kinetik Gas.

Soal No. 23 tentang Gelombang Stasioner

Seutas senar yang panjangnya 2 m diikat salah satu ujungnya dan ujung yang lainnya digetarkan dengan vibrator sehingga terbentuk 5 simpul gelombang stasioner. Letak perut kedua dari ujung pantul adalah ....

A.   1/4 meter
B.   3/4 meter
C.   1 meter
D.   3/2 meter
E.   7/4 meter

Pembahasan

Soal di atas dapat digambarkan sebagai berikut.

Berdasarkan gambar di atas, sepanjang 2 m terbentuk 2 gelombang.

2λ = 2 m
  λ = 1 m

Letak perut kedua dari ujung pantul adalah x. Pada gambar di atas, nilai x adalah 3/4 λ. 

x = 3/4 λ
   = 3/4 × 1 m
   = 3/4 m

Jadi, letak perut kedua dari ujung pantul adalah 3/4 meter (B).

Soal No. 24 tentang Gelombang Berjalan

Persamaan gelombang berjalan:

y = 2 sin 2π(4t − 2x) meter

dengan t dalam sekon dan x dalam meter.

1. Amplitudo gelombang 20 m.
2. Panjang gelombang 5 m.
3. Frekuensi gelombang 4 Hz.
4. Cepat rambat gelombang 2 m.s⁻¹.

Dua pernyataan di atas yang benar adalah ....

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

Pembahasan

Kita ubah dulu persamaan gelombang berjalan di atas ke dalam bentuk umum. 

y = 2 sin 2π(4t − 2x)
   = 2 sin (8πt − 4πx)

Bandingkan bentuk persamaan yang terakhir dengan bentuk baku berikut ini: 

y = A sin (ωt − kx)

Dengan membandingkan bentuk bakunya diperoleh: 

A = 2 m
ω = 8π 
k = 4π

Sekarang kita periksa pernyataan-pernyataan pada soal di atas.

• Amplitudo gelombang

A = 2 m
[pernyataan 1 salah]

• Panjang gelombang

[pernyataan 2 salah]

• Frekuensi gelombang

   ω = 8π
2πf = 8π
    f = 4 Hz
[pernyataan 3 benar]

• Cepat rambat gelombang

v = f λ
   = 4 × 0,5 m/s
   = 2 m/s
[pernyataan 4 benar]

Jadi, dua pernyataan di atas yang benar adalah pernyataan 3 dan 4 (E).

Perdalam materi soal no. 23 dan 24 di Pembahasan Fisika UN: Gelombang.

Soal No. 25 tentang Efek Doppler

Sebuah mobil ambulans bergerak dengan kelajuan 144 km.jam⁻¹ sambil membunyikan sirene dengan frekuensi 2000 Hz. Sebuah sepeda motor bergerak dengan kelajuan 40 m.s⁻¹ berlawanan arah kemudian berpapasan dengan mobil ambulans. Jika cepat rambat bunyi di udara saat itu 320 m.s⁻¹ maka perbandingan frekuensi yang didengar oleh pengendara sepeda motor saat mendekati dan menjauhi mobil ambulans adalah ....

A.   36 : 64
B.   40 : 64
C.   49 : 81
D.   64 : 36
E.   81 : 49

Pembahasan

Diketahui: 

v_s = 144 km/jam
    = 144 × 10/36 m/s
    = 40 m/s 
v_p = 40 m/s 
v = 320 m/s 
f_s = 2000 Hz

Soal di atas adalah penerapan efek Doppler yang dirumuskan

Yang perlu ditekankan pada rumus di atas adalah cara menentukan nilai positif atau negatif dari v_p maupun v_s. Salah satu caranya adalah dengan menggambar ilustrasi arah pendengar dan sumber bunyi.

Selalu letakkan pendengar di sebelah kiri sehingga arah ke kanan berarti positif dan arah ke kiri berarti negatif.

Perhatikan ilustrasi berikut ini!

Berdasarkan ilustrasi di atas, frekuensi yang didengar oleh pengendara motor saat saling mendekati mobil ambulans (f_p1) adalah:

Sedangkan frekuensi yang didengar oleh pengendara motor saat saling menjauhi mobil ambulans (f_p2) adalah:

Dengan demikian, perbandingan antara frekuensi pendengar ketika saling mendekat dan saling menjauh adalah:

Jadi,  perbandingan frekuensi yang didengar oleh pengendara sepeda motor saat mendekati dan menjauhi mobil ambulans adalah 81 : 49 (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gelombang Bunyi.

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.