Pembahasan soal Fisika Tes Kemampuan Dasar Sains dan Teknologi (TKD Saintek) Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) tahun 2018 Kode Naskah 466 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang:
- kalor,
- termodinamika,
- gelombang,
- arus bolak balik, dan
- induksi elektromagnetik.
Soal No. 21 tentang Kalor
Di dalam sebuah wadah tertutup terdapat 500 gram es dan 700 gram air pada keadaan setimbang 0 ℃, 1 atm. Selanjutnya, es dan air itu dipanaskan bersama-sama selama 160 detik pada tekanan tetap dengan menggunakan pemanas 2.100 watt. Diketahui kalor lebur es 80 kal.g−1, kalor jenis air 1 kal.g−1.K−1, dan 1 kal = 4,2 J. Pada keadaan akhir hanya terdapat air. Jika efisiensi pemanas 80%, suhu akhir air adalah ….
A. 10 ℃
B. 20 ℃
C. 30 ℃
D. 40 ℃
E. 50 ℃
A. 10 ℃
B. 20 ℃
C. 30 ℃
D. 40 ℃
E. 50 ℃
Pembahasan
Pertama, energi yang dihasilkan oleh alat pemanas (W) digunakan untuk meleburkan es (Q1). Setelah seluruh es mencair, energi tersebut diserap oleh cairan es dan air (Q2) hingga mengalami kenaikan suhu.W = Q1 + Q2
Kak Ajaz ulas satu per satu saja ya!
Efisiensi alat pemanas adalah 80% sehingga:
W = 80% Pt
= 0,8 ∙ 2100 ∙ 160 J
= 268.800 J
Q1 adalah kalor lebur es dan harus dijadikan satuan joule (dikalikan 4,2)
Q1 = mes L
= 500 ∙ 80 ∙ 4,2 J
= 168.000 J
Sedangkan Q2 adalah kalor pemanasan air dan es yang sudah mencair (satuan juga harus joule).
Q1 = (mes + mair)c∆t
= (500 + 700)1 ∙ ∆t ∙ 4,2 J
= 5040∆t J
Ok, sekarang kita masukkan ke rumus awal tadi.
W = Q1 + Q2
268.800 = 168.000 + 5040∆t
5040∆t = 100.800
∆t = 20
Jadi, suhu akhir air adalah 20 ℃ (B).
Soal No. 22 tentang Termodinamika
Suatu bejana kokoh yang berisi gas ideal dikocok berulang-ulang. Manakah pernyataan yang benar tentang keadaan gas tersebut setelah dikocok?
A. Temperatur gas bertambah meskipun energi dalamnya tetap.
B. Temperatur gas bertambah tanpa gas melakukan usaha.
C. Energi dalam gas berkurang karena sebagian berubah menjadi kalor.
D. Gas melakukan usaha sebesar penambahan energi dalamnya.
E. Temperatur gas bertambah sebanding dengan penambahan kelajuan molekul gas.
A. Temperatur gas bertambah meskipun energi dalamnya tetap.
B. Temperatur gas bertambah tanpa gas melakukan usaha.
C. Energi dalam gas berkurang karena sebagian berubah menjadi kalor.
D. Gas melakukan usaha sebesar penambahan energi dalamnya.
E. Temperatur gas bertambah sebanding dengan penambahan kelajuan molekul gas.
Pembahasan
Mari kita analisis pernyataan pada soal di atas!Suatu bejana kokoh yang berisi gas ideal dikocok berulang-ulang.
- Bejana kokoh berarti bejana tersebut tidak akan mengalami penyusutan maupun pengembangan volume. Dengan kata lain, peristiwa tersebut terjadi pada volume tetap (isokhorik). Pada peristiwa isokhorik tidak ada usaha dilakukan (W = 0). [opsi D salah]
- Hukum I Termodinamika dinotasikan sebagai:
Q = W + ∆U
Karena W = 0 maka:
Q = ∆U
Artinya, kalor yang diserap atau dilepas seluruhnya digunakan untuk mengubah energi dalam. [opsi C salah]
- Gas ideal dikocok berulang-ulang akan mengakibatkan partikel gas lebih sering bertumbukan dan kecepatan partikel gas bertambah.
Ek = 3/2 kT
1/2 mv2 = 3/2 kT
v2 ~ T
[opsi E salah, yang benar temperatur gas sebanding dengan kuadrat kelajuan]
- Hubungan antara temperatur dan energi dalam adalah:
U = 3/2 NkT atauTinggal satu opsi jawaban, yaitu opsi B. Opsi ini harus benar karena opsi yang lain sudah salah.
∆U = 3/2 Nk∆T
∆U ~ ∆T
Artinya, penambahan temperatur akan menyebabkan energi dalam bertambah. [opsi A salah]
Kata kunci pernyataan soal di atas ada dua, yaitu bejana kokoh dan dikocok berulang-ulang. Bejana kokoh berarti volume tetap sehingga gas tidak melakukan usaha. Sedangkan dikocok berulang-ulang menyebabkan partikel gas sering tumbukan sehingga suhu naik.
Jadi, pernyataan yang benar adalah opsi (B).
Soal No. 23 tentang Gelombang
Dua balok kayu kecil A dan B terapung di permukaan danau. Jarak keduanya adalah 150 cm. Ketika gelombang sinusoida menjalar pada permukaan air, teramati bahwa pada saat t = 0 detik, balok A berada di puncak sedangkan balok B berada di lembah. Keduanya dipisahkan satu puncak gelombang. Pada saat t = 1 detik, balok A berada di titik setimbang pertama kali dan sedang bergerak turun. Manakah pernyataan tentang gelombang pada permukaan air tersebut?
A. Gelombang air memiliki panjang 200 cm.
B. Pada saat t = 1 detik, balok B berada di titik setimbang dan sedang bergerak turun.
C. Frekuensi gelombang adalah 0,25 Hz.
D. Amplitudo gelombang adalah 75 cm.
E. Balok A akan kembali berada di puncak pada saat t = 4,5 detik.
A. Gelombang air memiliki panjang 200 cm.
B. Pada saat t = 1 detik, balok B berada di titik setimbang dan sedang bergerak turun.
C. Frekuensi gelombang adalah 0,25 Hz.
D. Amplitudo gelombang adalah 75 cm.
E. Balok A akan kembali berada di puncak pada saat t = 4,5 detik.
Pembahasan
Grafik ilustrasi untuk soal di atas adalah:
Mari kita ulas setiap opsi jawaban di atas!
- Jarak balok kayu A dan B adalah 150 cm. Sepanjang jarak tersebut terdapat 3/2 λ.
3/2 λ = 150
λ = 2/3 × 150
= 100
Panjang gelombang air adalah 100 cm. [opsi A salah]
- Jika diperhatikan gambar ilustrasi di atas, saat t = 1 detik balok B berada di titik setimbang keempat dan bergerak ke atas. [opsi B salah]
- Sesuai gambar di atas, dalam 1 detik balok menempuh 1/4 periode.
1/4 T = 1 detik
T = 4 detik
Sehingga balok A akan kembali ke puncak (satu periode) saat t = 4 detik. [opsi E salah]
- Frekuensi gelombang tersebut adalah:
f = 1/T
= 1/4 Hz
= 0,25 Hz [opsi C benar]
- Pada soal tidak disajikan data untuk menentukan amplitudo gelombang.
Soal No. 24 tentang Arus Bolak Balik
Sebuah kapasitor, sebuah lampu pijar, dan sebuah sumber arus AC dirangkai secara seri sehingga membentuk sebuah rangkaian tertutup. Lampu pijar meredup apabila ….
A. tegangan listrik membesar
B. frekuensi berkurang
C. arus listrik membesar
D. sebuah resistor dipasang paralel dengan lampu
E. sebuah kapasitor dipasang seri dengan lampu
A. tegangan listrik membesar
B. frekuensi berkurang
C. arus listrik membesar
D. sebuah resistor dipasang paralel dengan lampu
E. sebuah kapasitor dipasang seri dengan lampu
Pembahasan
Prinsip utama agar lampu dalam rangkaian listrik meredup adalah:- tegangan diperkecil [opsi A salah]
- arus listrik diperkecil [opsi C salah]
- hambatan diperbesar
Berdasarkan rumus di atas, kita ketahui bahwa frekuensi berbanding terbalik dengan hambatan kapasitor. Jika frekuensi berkurang maka hambatan kapasitor membesar. Jika hambatan membesar maka lampu akan menyala redup. [opsi B benar]
Setiap lampu mempunyai hambatan (resistor). Jika pada lampu tersebut dipasang hambatan lain secara paralel maka hambatan total lampu akan mengecil sehingga lampu akan menyala lebih terang. [opsi D salah]
Pemasangan kapasitor secara seri menghasilkan kapasitor pengganti yang kapasitasnya lebih kecil (kebalikan resistor). Kapasitas kecil menyebabkan hambatan kapasitor besar (ingat, berbanding terbalik). Hambatan besar menyebabkan lampu menyala redup. [opsi E benar]
Jadi, pernyataan yang benar adalah opsi B dan E.
Soal No. 25 tentang Induksi Elektromagnetik
Perhatikan gambar berikut ini!
Dua buah kawat konduktor yang sejajar dan berjarak L = 1 m dipasang membentuk sudut θ = 30° terhadap bidang horizontal. Ujung bawah kedua kawat terhubung dengan resistor R = 3 Ω. Sebuah batang konduktor dengan massa m bergeser turun di sepanjang rel tanpa kehilangan kontak dengan rel sehingga rel dan batang membentuk suatu rangkaian tertutup. Pada daerah tersebut terdapat medan magnetik seragam yang besarnya B = 2 T dan berarah horizontal. Jika batang turun dengan laju konstan v = 3 m/s, massa batang m adalah ….
A. 0,2 kg
B. 0,4 kg
C. 0,6 kg
D. 0,8 kg
E. 1,0 kg
Dua buah kawat konduktor yang sejajar dan berjarak L = 1 m dipasang membentuk sudut θ = 30° terhadap bidang horizontal. Ujung bawah kedua kawat terhubung dengan resistor R = 3 Ω. Sebuah batang konduktor dengan massa m bergeser turun di sepanjang rel tanpa kehilangan kontak dengan rel sehingga rel dan batang membentuk suatu rangkaian tertutup. Pada daerah tersebut terdapat medan magnetik seragam yang besarnya B = 2 T dan berarah horizontal. Jika batang turun dengan laju konstan v = 3 m/s, massa batang m adalah ….
A. 0,2 kg
B. 0,4 kg
C. 0,6 kg
D. 0,8 kg
E. 1,0 kg
Pembahasan
Batang konduktor sepanjang L yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet B akan menimbulkan GGL induksi ε.ε = BLv sin θ
iR = BLv sin 30°
i ∙ 3 = 2 ∙ 1 ∙ 3 ∙ 1/2
i = 1
Nah, sekarang batang konduktor tersebut dialiri arus listrik 1 ampere.
Bila konduktor sepanjang L yang berarus listrik i dan berada dalam medan magnet B maka akan menimbulkan gaya Lorentz FL.
FL = BiL sin 30°
= 2 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1/2
= 1
Gaya Lorentz sebesar 1 newton inilah yang menahan gerak konduktor turun sehingga konduktor bergerak dengan kecepatan konstan.
F adalah gaya gerak konduktor turun dengan sudut kemiringan 30°.
F = mg sin 30°
= m ∙ 10 ∙ 1/2
= 5m
Karena batang konduktor bergerak dengan kecepatan konstan maka berlaku hukum I Newton.
ΣF = 0
F − FL = 0
F = FL
5m = 1
m = 1/5
= 0,2
Jadi, masa batang konduktor adalah 0,2 kg (A).
Simak Pembahasan Soal TKD Saintek SBMPTN 2018 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.
kak untuk nomor 21 kalor jenis air 1 kal.g−1.K−1. Apa satuan kelvinnya tidak harus dikonversi dulu ke bentuk celcius?
ReplyDeleteYa, tidak harus karena pada penghitungan Q1 = (mes + mair)c∆t, satuan kalor jenis dalam Kelvin (K)
Delete