Pembahasan Fisika UN 2019 No. 21 - 25

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2019 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang:

• gelombang cahaya [interferensi], 
• alat-alat optik, 
• kalor, 
• kalor [asas Black], dan 
• kalor [perpindahan panas].

Soal No. 21 tentang Gelombang Cahaya [interferensi]

Pada sebuah eksperimen interferensi celah ganda digunakan cahaya hijau dengan panjang gelombang 5000 Å (1 Å = 10⁻¹⁰ m) dan cahaya violet yang panjang gelombangnya 4000 Å. Saat menggunakan cahaya hijau dengan jarak antarcelah d, pola interferensi terbentuk pada layar yang berjarak L dari celah ganda. Saat digunakan cahaya violet, layar diatur agar jarak pita terang pertama dari terang pusat sama dengan ketika disinari cahaya hijau. Agar hal tersebut tercapai maka jarak celah ke layar harus dijadikan ….

A.   5L
B.   3L
C.   5/4 L
D.   1/5 L
E.   1/3 L

Pembahasan

Interferensi celah ganda dirumuskan sebagai:

Agar jarak pita cahaya hijau sama dengan pita terang cahya violet maka:

Karena interferensi kedua sinar terjadi pada terang pertama (n = 1) dan celah ganda yang digunakan sama (d_h = d_v ), maka:

     λ_h L_h = λ_v L_v
5000 ∙ L = 4000 ∙ L_v
          L_v = 5/4 L

Jadi, jarak celah ke layar harus dijadikan 5/4 L (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gelombang Cahaya.

Soal No. 22 tentang Alat-alat Optik

Perhatikan gambar cermin cembung pada persimpangan jalan berikut!

Sebuah mobil mula-mula berada pada jarak 4 m di depan cermin cembung tersebut, kemudian mobil bergerak menjauhi cermin sehingga jaraknya menjadi 6 m. Jika jari-jari kelengkungan cermin 24 m maka perbandingan jarak bayangan mula-mula dengan jarak bayangan setelah mobil menjauh adalah ….

A.   1/4
B.   1/2
C.   3/4
D.   5/4
E.   5/2

Pembahasan

Jarak fokus sama dengan setengah dari jari-jari kelengkungan cermin. Untuk cermin cembung, jarak fokusnya bernilai negatif.

f = −½ × 24
  = −12

Rumus umum jarak bayangan cermin bila disederhanakan akan menjadi:

Ok, mari kita kerjakan! Mula-mula mobil berjarak 4 m di depan cermin cembung.

Kemudian mobil bergerak menjauhi cermin sehingga jaraknya menjadi 6 cm.

Perbandingan bayang sebelum dan sesudah menjauh adalah:

Jadi, perbandingan jarak bayangan mula-mula dengan jarak bayangan setelah mobil menjauh adalah 3/4 (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Alat-alat Optik.

Soal No. 23 tentang Kalor

Alkohol yang suhunya 0 ℃ bermassa 1 kg dipanaskan pada suatu pemanas. Grafik perubahan suhu terhadap kalor diberikan pada gambar di bawah ini.

Kalor yang dibutuhkan alkohol dari keadaan suhu 0 ℃ sampai mencapai suhu 78 ℃ dan seluruhnya telah berubah wujud adalah … (kalor jenis alkohol = 2.400 J/(kg.℃), kalor uap alkohol = 2,1 ∙ 10⁵ J/kg).

A.   187,2 kJ
B.   210,2 kJ
C.   397,2 kJ
D.   450,2 kJ
E.   497,2 kJ

Pembahasan

Kalor yang dibutuhkan alkohol adalah kalor pemanasan (0 ℃ − 78 ℃, grafik miring) dan kalor perubahan wujud (pada 78 ℃, grafik mendatar).

Q = mc∆t + mL
    = 1 ∙ 2400 ∙ 78 + 1 ∙ 2,1 ∙ 10⁵ J
    = (187200 + 210000) J
    = 397200 J
    = 397,2 kJ

Jadi, kalor yang dibutuhkan alkohol dari keadaan suhu 0 ℃ sampai mencapai suhu 78 ℃ adalah 397,2 kJ (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor.

Soal No. 24 tentang Kalor [asas Black]

Di sebuah laboratorium, sekelompok siswa melaksanakan percobaan tentang suhu dan kalor. Percobaan dilakukan dengan memasukkan es yang bersuhu −10 ℃ ke dalam segelas air hangat yang bersuhu 50 ℃. Massa es dan massa air hangat masing-masing 100 gram dan 190,48 gram. Setelah es dimasukkan ke dalam air hangat, campuran diaduk secara perlahan sampai mencapai keseimbangan termal, di mana termometer menunjukkan suhu 0 ℃.

Pernyataan yang benar tentang kondisi es sekarang adalah … (kalor jenis es = 2.100 J/(kg.℃), kalor jenis air = 4.200 J/(kg.℃), kalor lebur es = 336.000 J/kg).

A.   es masih tersisa 50 gram
B.   tidak ada es mencair
C.   seluruh es telah mencair
D.   setengah bagian es mencair
E.   es mash tersisa 10 gram

Pembahasan

Soal di atas berhubungan dengan asas Black yang berbunyi,

“Jika dua benda yang berbeda suhu dicampurkan maka benda yang panas akan melepas kalor sedangkan benda dingin akan menerima kalor hingga tercapai keseimbangan termal”.

Perhatikan grafik berikut!

Pertama, es menyerap kalor untuk menaikkan suhunya sampai 0 ℃ sebesar Q₁.

Q₁ = m_e c_e ∆t_e
      = 0,1 ∙ 2100 ∙ 10 J
      = 2100 J

Sisa kalor yang masih ada digunakan untuk mengubah wujud dari padat menjadi cair.

Q₂ = m_e L
      = m_e ∙ 336000
      = 336000m_e

Dalam hal ini massa es tidak perlu dimasukkan rumus karena belum tentu semua es mencair.

Di lain pihak, air melepas panas sampai tercapai suhu 0 ℃.

Q₃ = m_a c_a ∆t_a
      = 0,19048 ∙ 4200 ∙ 50
      = 40000,8 J

Sesuai asas Black, kalor yang diserap sama dengan kalor yang dilepas.

                  Q_serap = Q_lepas
               Q₁ + Q₂ = Q₃
2100 + 336000m_e = 40000,8
            336000m_e = 37900,8
                        m_e = 0,1128 kg
                              = 112,8 gram

Ternyata massa es yang mencair adalah 112,8 gram, padahal es yang dicampurkan hanya 100 gram. Hal ini berarti bahwa seluruh es telah mencair.

Jadi, pernyataan yang benar adalah opsi (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor.

Soal No. 25 tentang Kalor [perpindahan panas]

Amir akan memasangkan kaca pada mobilnya. Dia akan memilih kaca yang tepat agar panas pada siang hari tidak mudah merambat melalui kaca dari luar ke bagian dalam mobil. Suhu luar saat panas terik sebesar 38 ℃ dan suhu bagian dalam mobil 20 ℃. Manakah jenis kaca yang tepat dipilih Amir?

Pembahasan

Perpindahan panas secara konduksi dirumuskan sebagai:

Artinya, perpindahan panas secara konduksi sebanding dengan konduktivitas k dan berbanding terbalik dengan ketebalan L.

Ok, mari kita tentukan perbandingan k/L!

Semakin kecil nilai k/L, semakin sulit panas merambat ke bagian dalam mobil.

Jadi, jenis kaca yang tepat dipilih Amir adalah kaca jenis II (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor.

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2019 selengkapnya.

No. 01 - 05					No. 21 - 25
No. 06 - 10					No. 25 - 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.