Keterangan: Q = kalor (J) c = kalor jenis (J/kg C) T = T 2 T 1. ( C) m = massa (kg)

Transkripsi

1 BAB 9 Kalor A. Kalor (Q) Kalor adalah salah bentuk energi yang dapat berpindah dari benda yang memiliki suhu yang tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Besarnya kalor sebanding dengan massa (m), kalor jenis (c), dan perubahan suhunya ( T). Secara matematis, kalor dapat dirumuskan sebagai berikut: Q m.c. T Keterangan: Q kalor (J) c kalor jenis (J/kg C) T T T ( C) m massa (kg) Dalam satuan SI, satuan kalor adalah joule (J). Ingat Konversi satuan kalor berikut! kalori 4, Joule Joule 0,4 kalori Satu kalori dapat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu C air murni yang massanya gram. Alat untuk mengukur kalori dinamakan Kalorimeter. termometer pengaduk gabus penutup kalorimeter bejana luar gabus B. Kalor Jenis (c) Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu kg zat sebesar o C. Berikut ini beberapa kalor jenis suatu zat: FISIKA 63 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 63 9/08/03 3:5:

2 Tabel 9: Kalor Jenis Beberapa Zat Zat Kalor Jenis (J/kg C) Zat Kalor jenis (J/kg C) Air 4.80 Kuningan 376 Air laut Raksa 40 Alumunium 903 Seng 388 Besi 450 Spirtus 40 Es.060 Tembaga 385 Kaca 670 Timbal 30 Kalor jenis setiap zat ditentukan dengan persamaan: Q c m. T Keterangan: Q kalor (J) C kalor jenis (J/kg C) T T T ( C) m massa (kg) C. Kapasitas Kalor (C) Kapasitas kalor (C) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu benda sebesar C dan dirumuskan sebagai berikut: Q C T Keterangan: Q kalor (J) c kapasitas kalor (J/kg ) T T T ( C) D. Asas Black Asas Black merupakan prinsip keseimbangan kalor yang bunyinya: Pada campuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat bersuhu tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang bersuhu rendah. C Q T lepas serap mc ( T - T ) m c ( T -T ) Q Q m c T m c T c c Keterangan: m massa zat yang memiliki suhu yang lebih tinggi (kg) m massa zat yang memiliki suhu yang lebih rendah (kg) c kalor jenis zat yang memiliki suhu yang lebih tinggi (J/kg C) c kalor jenis zat yang memiliki suhu yang lebih rendah (J/kg C) 64 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 64 9/08/03 3:5:

3 T suhu yang lebih tinggi ( C) T suhu yang lebih rendah ( C) T c suhu campuran ( C) E. Perubahan Wujud Zat Pengaruh kalor pada suatu zat adalah kalor dapat mengubah suhu dan mengubah wjud suatu zat. Kamu pasti sudah mengetahui bahwa ada 3 jenis wujud zat, yaitu zat padat, zat cair, dan gas. Jika sebuah zat diberikan kalor, maka pada zat tersebut akan terjadi perubahan wujud zat. Keterangan: Melebur atau mencair perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Membeku perubahan wujud zat dari cair menjadi padat. Menguap perubahan wujud zat dari cair menjadi gas. Mengembun perubahan wujud zat dari gas menjadi cair. Mengkristal perubahan wujud zat dari gas menjadi padat Menyublim perubahan wujud zat dari padat menjadi gas. F. Kalor Laten Kalor yang diperlukan oleh tiap satuan massa zat untuk mengubah wujudnya disebut kalor laten. Jenisjenis kalor laten, yaitu:. Kalor lebur (L) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud kg zat padat menjadi zat cair.. Kalor beku (B) adalah banyaknya kalor yang dilepaskan utuk mengubah wujud kg zat cair menjadi zat padat 3. Kalor uap atau kalor didih (U) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud kg zat cair menjadi gas. 4. Kalor embun (E) adalah banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah kg gas menjadi zat cair. FISIKA 65 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 65 9/08/03 3:5:

4 Perubahan wujud es sampai menjadi uap jenuh, beserta persamaan kalor yang diserap digambarkan seperti ini: Dari es dengan suhu <0 C sampai es 0 C, kalor yang diserap: Q m es. c es. t Dari es dengan suhu 0 C sampai air 0 C (es melebur), kalor yang diserap: Q m es. L es Dari air dengan suhu 0 C sampai air 00 C, kalor yang diserap: Q m a.c a. t m a m es Dari air dengan suhu 00 C sampai uap 00 C (air mendidih), kalor yang diserap: Q m a.u Dari uap dengan suhu 00 C sampai uap jenuh, kalor yang diserap: Q m u.c u. t m u m es G. Perpindahan Kalor. Konduksi Perpindahan kalor secara konduksi (hantaran) adalah perpindahan kalor melalui zat perantara dimana partikel-partikel zat perantara tersebut tidak berpindah. Berdasarkan daya hantar panasnya maka zat dikelompokkan menjadi dua yaitu konduktor dan isolator: Konduktor Zat yang dapat menghantarkan kalor dengan baik Isolator Zat yang tidak dapat menghantarkan kalor dengan baik Rumus konduksi: Q T H k.a t L Keterangan: H perambatan kalor tiap satuan waktu (J/s) K koefisien konduksi termal (W/m.K) T perbedaan suhu (K) A luas penampang (m ) L panjang (m) 66 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 66 9/08/03 3:5:

5 . Konveksi Perpindahan kalor secara konveksi (aliran) adalah perpindahan kalor karena aliran zat yang dipanaskan. Konveksi terjadi pada zat yang dapat mengalir, yaitu zat cair dan zat gas. Banyaknya kalor yang merambat tiap satuan waktu secara konveksi dapat dinyatakan dengan rumus: H h.a. T Keterangan: H perambatan kalor tiap satuan waktu (J/s) K koefisien konveksi (W/m.K) T perbedaan suhu (K) A luas penampang (m ) 3. Radiasi Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara. Perpindahan kalor dari matahari ke bumi terjadi lewat radiasi (pancaran). Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya radiasi (pancaran) kalor dinamakan termoskop. Banyaknya kalor yang dipancarkan tiap satuan luas, tiap satuan waktu dapat dinyatakan rumus: Q e AT 4 σ t Keterangan : Q kalor yang di pancarkan benda (J) e emisivitas, besarnya tergantung sifat permukaan σ konstanta stefan - Boltzman 5, W/m k 4 T suhu mutlak (K) A luas penampang benda (m ) T selang waktu yang diperlukan (s) Catatan : Untuk benda hitam e Untuk benda bukan hitam 0 < e < FISIKA 67 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 67 9/08/03 3:5:

6 Latihan Soal. Jika 75 gr air yang suhunya 0 C dicampur dengan 50 gr air yang suhunya 00 C. Maka suhu akhir campuran itu adalah... A. 5 C B. 40 C C. 60 C D. 65 C E. 75 C. Gelas berisi 00 gram air bersuhu 0 C dimasukkan 50 gram es bersuhu C. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es saja, setelah terjadi kesetimbangan akan diperoleh... (c air kal/g C; c es 0,5 kal/gr C; L 80 kal/g) A. seluruh es mencair dan suhunya di atas 0 C B. seluruh es mencair dan suhunya 0 C C. tidak seluruh es mencair dan suhunya 0 C D. suhu seluruh sistem di bawah 0 C E. sebagian air membeku dan suhu sistem 0 C 3. Perhatikan gambar di bawah ini! 90 P Q 0 Dua buah batang PQ dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda dilekatkan seperti gambar di bawah ini. Jika koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q, maka suhu pada bidang batas P dan Q adalah... A. 84 C B. 78 C C. 7 C D. 63,3 C E. 90 C 4. Teh panas yang massanya 0 g pada suhu t dituang ke dalam cangkir bermassa 90 g dan bersuhu 0 C. Jika suhu kesetimbangan termal 36 0 C dan panas jenis air teh adalah 8 kali panas jenis cangkir, maka suhu air teh mula-mula adalah... A. 50 C B. 55 C C. 65 C D. 75 C E. 80 C 5. Dua batang penghantar mempunyai panjang dan luas penampang yang sama disambung menjadi satu seperti pada gambar di bawah ini. Koefisien konduksi termal batang penghantar kedua adalah kali koefisien konduksi termal batang pertama. T T (I) (II) Jika batang pertama dipanaskan sehingga T 00 C dan T 5 C, maka suhu pada sambungan (T) adalah... A. 30 C B. 35 C C. 40 C D. 45 C E. 50 C 6. Air sebanyak 60 gram bersuhu 90 C (kalor jenis air kal/g. C) dicampur 40 gram air sejenis bersuhu 5 C. Jika tidak ada faktor lain yang mempengaruhi proses ini, maka suhu akhir campuran adalah... T 68 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 68 9/08/03 3:5:3

7 A. 5,4 C B. 3,0 C C. 46,0 C D. 64,0 C E. 77,0 C 7. Air bermassa 00 gram dan bersuhu 30 C dicampur air mendidih bermassa 00 gram dan bersuhu 90 C. (Kalor jenis air kal/gram. o C). Suhu air campuran pada saat kesetimbangan termal adalah... A. 0 C B. 30 C C. 50 C D. 75 C E. 50 C 8. Sebuah jendela kaca suatu ruangan panjangnya m, lebarnya m dan tebalnya 0 mm. Suhu di permukaan dalam dan permukaan luar kaca masing-masing 3 C dan 33 C. Jika konduktivitas termal ω/m.k, maka jumlah kalor yang mengalir ke dalam ruangan melalui jendela itu setiap sekon adalah... A. 60 J B. 600 J C. 800 J D J E. 80 J 9. Perhatikan pernyataan berikut: () konduktivitas logam () perbedaan suhu ujung-ujung logam (3) panjang logam (4) massa logam Faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam adalah. A. (), (), dan (3) B. () dan (4) C. () dan (4) D. (3) dan (4) E. (4) saja 0. Bila kalor jenis es 0,5 kal/g C, maka untuk menaikkan suhu 800 gram es dari suhu C menjadi 0 C dibutuhkan kalor sebanyak... A., kal B., kal C. 3,33 0 kal D. 4, kal E.,9 0 4 kal. Jika titik lebur es 0 C, kalor jenis es 0,5 kal/g C, kalor jenis air kal/gr C, kalor lebur es 80 kal/g, maka kalor yang diperlukan untuk melebur kg es pada suhu C adalah... A. 4, 0 3 kal B. 6, 0 3 kal C. 8, 0 3 kal D. 8, 0 4 kal E. 9,0 0 4 kal. Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor : () sebanding dengan selisih suhu antara kedua ujungnya. () berbanding terbalik dengan panjang konduktor. (3) sebanding dengan luas penampang konduktor. (4) tergantung pada jenis konduktor. Pernyataan di atas yang benar adalah... A. (), (), (3) B. () dan (3) C. () dan (4) D. (4) saja E. (), (), (3), (4) 3. Dua buah batang PQ dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda dilekatkan seperti gambar di berikut ini. FISIKA 69 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 69 9/08/03 3:5:3

8 P Q 90 C 0 C Jika koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q, maka suhu pada bidang batas P dan Q adalah... A. 84 C B. 78 C C. 7 C D. 66 C E. 60 C 4. Perpindahan kalor konveksi terjadi pada... A. hanya dalam zat cair B. hanya dalam zat padat C. hanya dalam gas D. hanya dalam zat cair dan gas E. hanya dalam zat padat, cair dan gas 5. Laju kalor pada sebatang logam yang panjangnya x, luas penampangnya A, dan perbedaan suhunya T adalah... A. berbanding lurus dengan luas penampang B. berbanding terbalik dengan perbedaan suhu C. berbanding lurus dengan panjang logam D. berbanding terbalik dengan luas penampang E. berbanding lurus dengan waktu 70 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 70 9/08/03 3:5:3

9 Pembahasan. Jawaban: B Diketahui: m A 75 g m B 50 g T oa 0 C T ob 00 C Ditanyakan: Suhu akhir campuran (T s )? Q Q s terima lepas ( - ) ( - ) ( - ) ( - ) mc T T mc T T A A s oa B B ob s 75.c. T 0 50.c. 00 T s s s 75T T 5T Ts 5 T o 40 C s. Jawaban: C Diketahui: m A 00 g m B 50 g T oa 0 C T ob C Ditanyakan: Yang terjadi setelah kesetimbangan? Q terima lepas ( - ) ( - ) + ( ) ( ) ( ( ) ( ) + A A s oa B B ob s es es es es Q mc T T mc T T m L , m m m m m ,375 g es es Jadi, pada suhu 0 C tidak semua es mencair. s es 3. Jawaban: D Diketahui: Tp 90 T Q 0 k Q k k p k Ditanyakan: Suhu pada bidang batas P dan Q (T PQ )? Hantaran kalor pada batas medium adalah sama, jadi: ka T H L H H P P Q ka P Q T ka P Q T L L Q ( - ) ( - ) kpa 90 TPQ k QA TPQ 0 L L ( - PQ) ( PQ - ) ka 90 T ka T 0 L L 80 T PQ T PQ 0 3T PQ 90 C T PQ 63,3o C 4. Jawaban: B Diketahui: m t 0 gram T ot t m c 90 gram T oc 0 o C T T a T c 36 o C c t 8 c c Ditanyakan: Suhu air teh mula-mula (t)? Menurut asas Black, FISIKA 7 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 7 9/08/03 3:5:3

10 Q lepas Q terima m c T m c T m t c t (t T) m c c c (T T oc ) 0.8c c (t 36) 90.c c (36 0) 60 (t 36) 90.6 t t C 5. Jawaban: E Diketahui: T 00 C T 5 C k k Ditanyakan: Suhu pada sambungan (T)? Persamaan hantaran kalor pada suatu permukaan benda: ka T H L H H ka T k A T L L Dikarenakan A A dan L L maka: ( - ) ( - ) ( - ) ( - ) ( T- T) ( T -T) ( T - T) T -T k T T k T T k T T k T T 6. Jawaban: D 3T T+ T + 50 T 3 T 50 C ( ) o 3T 00 5 C Diketahui: T 90 C m 60 g T 5 C m 40 g c c kal/g. C Ditanyakan: Suhu campuran (T c )? Menurut asas Black: Q lepas Q terima m c T m c T ( - ) ( - ) ( - c) ( c - ) ( - ) ( - ) mc T T m c T T c c T 40.. T T 40 T 5 c c c T 40T T 6400 T o 64 C 7. Jawaban: C c Diketahui: m 00 g c c m 00 g T 30 C T 90 C c air kal/g C Ditanyakan: Suhu campuran (T c )? Menurut asas Black: Q terima Q lepas m c T m c T m c (T T c ) m c(t c T ) 00..(30 T c ) 00..( T c 90) T c 00 T c T c 5000 o C T c 50 C Jadi, suhu keseimbangan termalnya adalah 50 C 8. Jawaban: B Diketahui: panjang m lebar m tebal 0 mm 0,0 m T 33 C 3 C 0 o C k W/m.K Ditanyakan: Jumlah kalor yang mengalir ke dalam ruangan melalui jendela itu setiap sekon ( Q)? 7 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 7 9/08/03 3:5:3

11 Luas penampang (A) panjang lebar m Q A k T t L Q 0 Q 600 J ( ) Jawaban: A Untuk mengukur laju kalor digunakan persamaan: Q T H k.a t L Dimana: H perambatan kalor tiap satuan waktu (J/s) K koefisien konduksi termal (W/m.K) T perbedaan suhu (K) A luas penampang (m ) L panjang (m) Jadi, faktor-faktor yang menentukan laju perambatan k alor pada logam adalah konduktivitas logam, perbedaan suhu di ujungujung logam, dan panjangnya. 0. Jawaban: D Diketahui: c es 0,5 kal/g. C m es 800 g t o C t 0 C Ditanyakan: Banyak kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 800 gram es dari suhu C menjadi 0 C (Q)? Q m.c. t 800.0,5. (0 ( )) kalori 4,8 0 3 kalori Jadi kalor yang dibutuhkan sebanyak 4,8 0 3 kalori.. Jawaban: D Diketahui: c es 0,5 kal/g C c air kal/g C L 80 kal/g m es kg 000 gram, t C Ditanyakan: Kalor yang diperlukan untuk melebur kg es pada suhu C (Q)? Tahap pertama menurunkan suhu es dari C menjadi 0 C: Q m.c es. t 000.0,5.(0 ( )) 000 kalori Tahap kedua meleburkan es pada suhu 0 C: Q m.l kalori Jadi total kalori yang dibutuhkan adalah: Q T Q + Q , 0 4 kalori.. Jawaban: E Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor dapat dihitung dengan rumus: Q ka T t L Dari rumus di atas dapat disimpulkan bahwa kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor: Sebanding dengan selisih suhu antara kedua ujungnya. Berbanding terbalik dengan panjang konduktor. Sebanding dengan luas penampang konduktor. Tergantung pada jenis konduktor. FISIKA 73 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 73 9/08/03 3:5:3

12 3. Jawaban: E Diketahui: Tp 90 T Q 0 o k Q k k p k Ditanyakan: Suhu pada bidang batas P dan Q (T PQ )? H P P Q ( - ) ( - ) P ( PQ) Q Q P Q P Q PQ H ka k P P T QA L L PQ PQ PQ PQ T kap 90 TPQ kaq TPQ 0 L L A A dan L L, maka persamaan di atasmenjadi : 90 - T T 80 - T T 80 3T 80 TPQ 3 T 60 Jadi, suhu pada bidang batas P dan Q (T PQ ) adalah 60 o C. Q 4. Jawaban: D Konveksi adalah salah satu bentuk perpindahan kalor Perpindahan kalor secara konveksi berupa sebuah aliran zat, sehingga hanya terjadi pada zat cair dan gas. 5. Jawaban: A Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui logam tersebut dapat dihitung dengan rumus: Q ka T ka T t L x Dari rumus tersebut, dapat disimpulkan bahwa laju laju kalor konduksi berbanding lurus dengan luas penampangnya. 74 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 74 9/08/03 3:5:3

13 BAB 0 Gelombang A. Jenis-jenis Gelombang Gelombang adalah getaran yang merambat. Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dibagi menjadi dua, yaitu:. Gelombang Mekanik Gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium. Contoh gelombang bunyi, gelombang tali, gelombang pegas, dan gelombang permukaan air.. Gelombang Elektromagnetik Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium, contohnya adalah gelombang radio. Berdasarkan arah getarnya, gelombang dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu:. Gelombang Transversal Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus arah perambatan gelombang. Contohnya gelombang pada tali dan ombak. λ Keterangan: gelombang lembah puncak ABCDE, EFGHI, CDEFG Amplitudo BB, DD, FF, dan HH Puncak ABC dan EFG Lembah CDE dan GHI FISIKA 75 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 75 9/08/03 3:5:4

14 . Gelombang Longitudinal Gelombang longitudinal merupakan gelombang yang arah getarannya berimpit atau sejajar dengan arah perambatan gelombang. Contohnya gelombang bunyi. Rapatan Regangan gelombang rapatan + regangan B. Gelombang Satu Dimensi. Gelombang Berjalan Persamaan umum gelombang Periode (T) Frekuensi (f) Panjang Gelombang (λ) Kecepatan (v) t T atau T f n n f atau f T t n λ d λ v λ f atau v T Keterangan: T perioda (s) f frekuensi (Hz) n banyaknya gelombang t waktu (s) v kecepatan (m/s) λ panjang gelombang (m) d jarak gelombang (m). Persamaan Gelombang Berjalan Gelombang merambat dari titik O sebagai pusat koordinat menuju arah sumbu x positif. 76 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 76 9/08/03 3:5:4

15 y A t o y Asin ωt Keterangan: y simpangan gelombang simpangan getaran titik yang dilalui (m) A amplitudo simpangan maksimum (m) w kecepatan sudut (rad/s): w pf dengan frekuensi getar t lamanya bergetar (s) Fase Gelombang Sudut Fase Gelombang Rumus Fungsi Gelombang Persamaan Gelombang Persamaan Simpangan Gelombang Harmonik t ϕ t.f T θ wt x p y(x, t) A sinω t - v x yp A sinω t ± v x A sinπ f t ± v x A sin πft ± πf v y A sin(π ft ± kx) p y ± A cos(wt ± kx) Keterangan: y p simpangan gelombang di titik P (m) A amplitudo getaran (m) x posisi titik P pada tali diukur dari titik asal (m) v laju perambatan gelombang (m/s) w kecepatan sudut getaran (rad/s) frekuensi sudut gelombang f frekuensi getaran (Hz) frekuensi gelombang FISIKA 77 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 77 9/08/03 3:5:4

16 T periode getaran periode gelombang (s) k bilangan gelombang tetapan penjalaran gelombang π λ t lamanya titik asal telah bergetar (s) λ panjang gelombang (m) θ sudut yang di belakang sin atau cos sudut fase gelombang 3. Superposisi Gelombang Jika dua gelombang atau lebih merambat pada medium yang sama. Maka, gelombang-gelombang tersebut akan datang di suatu titik pada saat yang sama sehingga terjadilah superposisi gelombang. y y y y y o θ θ Persamaan Getaran Hasil Superposisi y Acos sin ωt + Amplitudo Gelombang Hasil Superposisi θ A cos 4. Intensitas Gelombang Intensitas gelombang didefinisikan sebagai jumlah energi bunyi per satuan waktu (daya) yang menembus tegak lurus suatu bidang per satuan luas. P I A Keterangan: P daya atau energi gelombang per satuan waktu (watt) A luas bidang (m ) I intensitas gelombang (W/m ) 5. Energi Gelombang Gelombang memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain. Ketika gelombang merambat melalui medium, maka energi dipindahkan dalam bentuk energi getaran dari partikel satu ke partikel lain dalam medium. 78 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 78 9/08/03 3:5:4

17 E ky E ( 4π mf ) y E π mf y C. Gelombang Dua Dimensi Sifat-sifat gelombang dua dimensi Pemantulan (interferensi) D. Gelombang Eelektromagnetik. Hipotesis Maxwell Menurut maxwell: a. Perubahan medan magnetik akan menimbulkan perubahan medan listrik dan sebaliknya. b. Perubahan medan listrik dan perubahan medan magnetik ini menghasilkan gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetik yang dapat merambat di ruang hampa. c. Gelombang medan listrik (E) dan medan magnetik (B) kemudian dikenal dengan nama gelombang elektromagnetik. d. Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik medium. e. Maxwell menyatakan kecepatan gelombang elektromagnetik dengan rumus: 8 c 3 0 m/s εµ FISIKA 79 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 79 9/08/03 3:5:4

18 Keterangan: e permitivitas listrik medium m permeabilitas magnetik medium di ruang hampa e e 0 8,85 0 C /N.M m m 0 4p 0-7 N.s /C Spektrum Gelombang Elektromagnetik Jika diurut dari frekuensi terbesar hingga frekuensi terkecil adalah sebagai berikut: F r e k u e n s i M a k i n R e n d a h Sinar Gama Sinar - X Sinar Ultraviolet Sinar Cahaya Tampak Sinar Inframerah Gelombang Mikro Gelombang Radio Panjang gelombangnya antara 00 Hz sampai 05 Hz. Sinar gama dapat menembus plat beberapa centimeter. Sinar X ini dapat menembus bagian dalam tubuh, sehingga digunakan untuk rontgen. Sinar ultraviolet ini dihasilkan oleh matahari. Sinar ini membantu pembentukan vitamin D. Sinar ini dapat dilihat oleh mata. Jika diurutkan dari frekuensi terkecil ke frekuensi terbesar, yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Sinar inframerah memiliki jangkauan frekuensi antara 0 hertz sampai 04 hertz. Gelombang mikro digunakan, di antaranya untuk komunikasi jarak jauh, radar (radio detection and ranging) dan memasak (oven). Gelombang radio digunakan untuk mebawa isyarat bunyi dan isyarat gambar melalui jarak yang jauh. Gelombang Televisi Gelombang TV mempunyai panjang gelombang sekitar 3 m dan memerlukan satelit karena tidak dipantulkan ionosfer. 80 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 80 9/08/03 3:5:4

19 Latihan Soal. Di antara pernyataan tentang kecepatan berikut ini, yang benar adalah... A. m e n g a l a m i n i l a i m a k s i m u m p a d a simpangannya maksimum B. sebanding dengan pangkat dua periode getaran C. berbanding terbalik dengan f D. berbanding lurus dengan periodenya E. berbanding lurus dengan f. Pemanfaatan gelombang elektromagnetik dalam pengobatan memiliki efek menyembuhkan dan dapat merusak. Jenis gelombang elektromagnetik yang energinya paling besar sehingga dapat merusak jaringan sel manusia adalah... A. inframerah B. gelombang mikro C. sinar gamma D. ultraviolet E. cahaya tampak 3. Perhatikan gambar di bawah ini! y (m) 0,5 x (m) 4 6 E. x y 0,5 sin π t Perhatikan daftar gelombang elektromagnetik berikut: () Infra merah () Cahaya tampak (3) Sinar X (4) Gelombang TV Urutan dari energi paling besar sampai energi paling kecil adalah... A. () () (3) (4) B. () (4) (3) () C. (3) () () (4) D. (3) () (4) () E. (4) () (3) () 5. Gelombang mikro adalah gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk... A. membunuh sel kanker B. memeriksa cacat logam C. mencari jejak sebuah benda D. memasak makanan dengan cepat E. mensterilkan peralatan kedokteran 6. Rambatan gelombang berjalan pada tali seperti pada diagram. -0,5 Jika periode gelombang s, maka persamaan gelombangnya adalah... A. y 0,5 sin π (t 0,5x) B. y 0,5 sin π (t 0,5x) C. y 0,5 sin π (t x) D. x y 0,5 sin π t - 4 A B - 4 cm x cm Jika AB ditempuh dalam waktu 0,4 sekon, maka persamaan gelombang berjalan tersebut adalah... FISIKA 8 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 8 9/08/03 3:5:4

20 A. y p 4 sin π (0t 0,8x) cm B. y p 4 sin π (0t + 0,8x) cm C. y p 4 sin π (0t x) cm D. y p 4 sin π (5t 0,8x) cm E. y p 4 sin π (5t + x) cm 7. Gelombang elektromagnetik dengan periode 0-5 sekon (cepat rambat dalam ruang hampa 3,0 0 8 m/s) merupakan... A. gelombang radio dan televisi B. gelombang mikro C. sinar inframerah D. cahaya tampak E. sinar ultraviolet 8. Sebuah gelombang yang merambat pada tali memenuhi persamaan y 0,03 sin π (t 0,x) di mana y dan x dalam meter dan t dalam sekon, maka: () Panjang gelombangnya 0 m. () Frekuensi gelombangnya Hz. (3) Cepat rambat gelombangnya 0 m/s. (4) Amplitudo gelombangnya m. Pernyataan yang benar adalah... A. (), (), dan (3) B. () dan (3) saja C. () dan (4) saja D. (4) saja E. (), (), (3) dan (4) 9. Suatu gelombang stasioner mempunyai persamaan y 0, (cos 5π x) sin (0 π t) (y dan x dalam meter dan t dalam waktu). Jarak antara perut dan simpul yang berurutan pada gelombang ini adalah... A. 0, m B. 0, m C. 0,4 m D.,5 m E. 5 m 0. K e cepatan m e rambatnya g e l o m b a n g transversal pada dawai: () Berbanding lurus dengan akar gaya tegang dawai. () Berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai. (3) Berbanding terbalik dengan akar panjang dawai. (4) Berbanding terbalik dengan akar panjang gelombangnya. Yang benar adalah... A. () dan () B. (), () dan (3) C. (), () dan (4) D. () dan (4) E. (3) dan (4). Sebuah benda melakukan gerak harmonik dengan persamaan simpangannya y 5 sin (0t) (y dalam m, t dalam sekon). Kecepatan getaran benda itu pada detik ke-6 adalah... A. 0,5 m/s B.,5 3 m/s C. 0,0 m/s D. 5 3,0 m/s E. 5 m/s. Pada benda yang melakukan gerak harmonik sederhana, besaran yang berbanding lurus dengan percepatannya adalah... A. simpangan B. amplitudo C. kecepatan D. energi kinetik E. energi potensial 3. Sebuah benda bermassa 0,4 kg melakukan gerak harmonis dengan amplitudo 0,5 m dan frekuensi 4 Hz. Besar energi kinetik pada saat simpangannya setengah amplitudonya adalah... (p 0). 8 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 8 9/08/03 3:5:4

21 A. 4 joule B. 8 joule C. joule D. 0 joule E. 6 joule 4. Diantara pernyataan berikut tentang kecepatan gerak harmonik, yang benar adalah... A. mengalami nilai maksimum pada saat simpangan maksimum B. mengalami nilai maksimum pada saat simpangan minimum C. berbanding terbalik dengan amplitudo D. berbanding terbalik dengan simpangannya E. sebanding dengan kuadrat frekuensi 5. Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali adalah y 8 sin π (50t 4x), di mana x dan y dalam cm dan t dalam sekon. Maka panjang gelombangnya adalah... A. 0,5 cm B. 0,50 cm C. 0,75 cm D.,0 cm E. 5 cm FISIKA 83 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 83 9/08/03 3:5:4

22 Pembahasan. Jawaban: E Rumus kecepatan gerak harmonik antara lain: λ v λ f atau v T Keterangan: v kecepatan (m/s) λ panjang gelombang (m) f frekuensi (Hz) T periode (s) Berdasarkan rumus tersebut, maka dapat diperoleh kesimpulan: Kecepatan berbanding lurus dengan panjang gelombangnya (λ) Kecepatan berbanding lurus dengan frekuensi (f) Kecepatan berbanding terbalik dengan. Jawaban: C periodenya (T) Urutan energi gelombang elektromagnetik dari yang terbesar ke terkecil adalah: sinar gamma sinar-x sinar ultraviolet sinar inframerah Jadi, sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik dengan energi terbesar yang dapat merusak jaringan sel. Sinar gamma memiliki frekuensi yang tinggi. 3. Jawaban: B y (m) 0,5-0,5 4 6 x (m) Diketahui: A 0,5 T sekon Ditanyakan: Persamaan gelombang? Menentukan panjang gelombang (λ) jarak gelombang 8 λ 4 banyaknya gelombang Jadi, persamaan gelombangnya adalah: t x y A sinπ - T λ t x y 0, 5sinπ - 4 ( ) y 0,5sinπ t -0,5x 4. Jawaban: C Energi foton bergantung terhadap frekuensi cahayanya, maka frekuensi gelombang cahaya yang dari yang tertinggi adalah: sinar-x cahaya tampak inframerah gelombang TV. 5. Jawaban: D Gelombang mikro dapat dimanfaatkan untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis (microwave oven).sinar gamma digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran dan membunuh sel kanker, sinar-x digunakan untuk memeriksa cacat atau keretakan logam dan, untuk mencari jejak bisa digunakan gelombang radar. 6. Jawaban: C Diketahui: t AB 0,4 s Ditanyakan: Persamaan gelombang? 84 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 84 9/08/03 3:5:4

23 Persamaan umum gelombang berjalan adalah: y ± A sin (ωt ± kx) Mula-mula gelombang bergerak ke atas dan menjalar ke sebelah kanan, maka persamaan gelombang menjadi: y A sin (ωt kx) banyaknya gelombang f 5 Hz t 0,4 AB AB ( ) ω πf π 5 0π AB cm v 5 cm/s t 0,4s ω 0π k π v 5 A amplitudo 4 cm Jadi, persamaan gelombangnya adalah: y 4 sin (0π t π x) 4 sin π (0t x) 7. Jawaban: D Diketahui: T 0 5 s v m/s Ditanyakan: Jenis spektrum gelombang elektromagnetik 5 f 0 Hz 5 T 0 - Gelombang elektromagnetik yang berfrekuensi (f 0 5 ) termasuk cahaya tampak. 8. Jawaban: A Diketahui: y 0,03 sin π (t 0,x) Ditanyakan: Pernyataan yang benar? Jawab : Berdasarkan persamaan y 0,03 sin π (t 0,x) diperoleh: A 0,03 m ω π k 0,π Sehingga: ω π πf π π f Hz π ω π v m / s 0 m/s k 0,π v 0 λ 0 m f Maka pernyataan,, dan 3 benar. 9. Jawaban: C Diketahui: y 0, (cos 5π x) sin (0 π t) Ditanyakan: Jarak antara perut dan simpul yang berurutan (λ)? ( π ) ( π ) y 0, cos5 x sin 0 t x t y A cosπ sinπ - λ T λ π x cos cos5οx λ λ 5πx πx 5πxλ π x λ 5π x λ 0, 4 m 0. Jawaban: A Cepat rambat gelombang pada dawai dapat dinyatakan ke dalam persamaan: F FL F v µ m ρa Keterangan: v cepat rambat gelombang F gaya m massa L panjang μ massa linier (massa persatuan panjang) dawai ρ massa jenis dawai A luas penampang dawai FISIKA 85 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 85 9/08/03 3:5:5

24 Jadi, pernyataan yang benar adalah kecepatan gelombang transversal pada dawai berbanding lurus dengan akar gaya tegang dawai dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai.. Jawaban: A Diketahui: y 5 sin (0t) Ditanyakan: Kecepatan getaran benda itu pada detik ke-6 (v)? y 5sin0t dy v dt v 50 cos0t v( 6) 50 cos( 0) 6 v 50 cos60 v 50 v 5 cm/s v 0,5 m/s. Jawaban: E Pada getaran harmonik sederhana, besaran yang berbanding lurus dengan percepatan adalah: Ep ky Ep mω y Ep ( a)( m) y Jadi, energi potensialnya berbanding lurus dengan percepatan. 3. Jawaban: A Diketahui: m 0,4 kg A 0,5 m f 4 Hz Ditanyakan: Besar energi kinetik pada saat simpangannya setengah amplitudonya (Ek)? Ek mv Ek m A cos t ω ω Pada saat simpangan amplitudonya : y A sinωt sin ω t 4 sinωt 4 ωt 30 Maka: Ek mω A cos ωt Ek m4π f A cos 30 Ek 0, 4.4.0( 4 ).. 3 Ek 4 Joule 4. Jawaban: B Rumus kecepatan pada gerak harmonik: v ω A -y Maka kesimpulan dari rumus di atas adalah, jika nilai y minimum maka v menjadi maksimum. 5. Jawaban: B Diketahui: y 8 sin π (50t 4x) Ditanyakan: Panjang gelombang (λ)? y 8 sin 50πt -4πx π k λ π 4π λ λ cm λ 0,5 cm ( ) 86 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 86 9/08/03 3:5:5

25 BAB ALAT OPTIK A. Mata. Bagian-Bagian dari Mata Tabel : Bagian-bagian Mata dan Fungsinya Bagian Mata Kornea Iris Pupil Lensa Retina Otot siliar Fungsi Bagian paling luar dari mata yang berfungsi melindungi mata bagian dalamnya dan meneruskan cahaya yang masuk menuju retina. Memberikan warna pada mata dan mengatur besar kecilnya pupil. Mengatur banyak dan sedikitnya cahaya yang masuk ke mata. Memfokuskan cahaya yang masuk. Tempat pembentukan bayangan. Menggerakan bola mata.. Sifat Bayangan pada Mata Sifat bayangan yang terbentuk pada mata adalah nyata, terbalik, dan diperkecil. 3. Daya akomodasi Daya akomodasi adalah kemampuan mata untuk mengubah kecembungan lensa mata sehingga bayangan dapat tepat jatuh pada retina. 4. Titik Jauh dan Titik Dekat Titik Jauh (Punctum Remotum) Titik dekat (punctum proximum) Titik terjauh dari mata yang masih dapat dilihat dengan mata dalam keadaan tidak berakomodasi. Titik terdekat dari mata yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata dalam keadaan berakomodasi maksimal. FISIKA 87 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 87 9/08/03 3:5:5

26 5. Cacat Mata Tabel : Jenis-jenis Cacat perlu Mata Cacat Mata Pengertian Dibantu Lensa Miopi Tidak dapat melihat benda-benda jauh dikarenakan bayangan (Rabun Jauh) yang terbentuk jatuh di depan retina. Cekung Hipermetropi Tidak dapat melihat benda-benda dekat dikarenakan bayangan yang terbentuk jatuh di belakang retina. (Rabun Dekat) Cembung Presbiopi (Rabun Tua) Penglihatan tidak normal disebabkan oleh berkurangnya daya akomodasi seseorang karena usia lanjut. Rangkap (Cembung dan Cekung) Astigmatisme Tidak mampu melihat garis-garis horizontal dan vertikal secara simultan (bersama-sama). dikarenakan bentuk kornea mata tidak berbentuk bola melainkan lebih melengkung pada satu bidang daripada bidang yang lain. Silindris Rumus pada lensa cekung Untuk membantu mata rabun jauh, jarak fokus dan kuat lensa yang dapat digunakan untuk memperbaiki mata adalah: + s s' f P f Keterangan: s titik terjauh mata normal ~ s' titik jauh penderita, bernilai ( ) karena bayangan yang terlihat maya (dalam satuan m) f fokus lensa P kuat lensa (dioptri) Rumus pada lensa cembung Bagi penderita rabun dekat, maka untuk membantunya penglihatannya diperlukan jarak fokus dan kuat lensa sebesar: + s s' f P f Keterangan: s titik dekat mata normal (5 cm) s' titik dekat penderita, bernilai ( ) karena bayangan yang terbentuk maya f fokus lensa P kuat lensa (dioptri) 88 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 88 9/08/03 3:5:5

27 B. Lup Lup adalah alat optik yang terdiri dari sebuah lensa cembung yang digunakan untuk mengamati bendabenda kecil sehingga tampak lebih besar dan jelas. Bayangan yang dihasilkan oleh lup adalah maya, tegak, dan diperbesar. Tabel :3 persamaan pada Lup Perbesaran pada Mata Tak Berakomodasi Perbesaran pada Mata Berakomodasi Perbesaran pada Mata Berakomodasi pada jarak x Keterangan: M S n M perbesaran sudut f S n jarak titik dekat pengamat (5 cm untuk mata normal) f jarak fokus S M n f + S n Sn M + f x C. Mikroskop Lensa Objektif Tubus Makrometer Mikrometer Revolver Lensa Objektif Stage Cermin. Bagian-Bagian Mikroskop Lensa Objektif Lensa yang dekat dengan objek Lensa Okuler Lensa yang dekat dengan mata Makrometer Pemutar Kasar Mikrometer Pemutar Halus Stage Tempat Objek Tubus Penghubung antara lensa objektif dan lensa okuler Cermin Untuk menangkap cahaya. Sifat Bayangan Pada Mikroskop a. Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif bersifat: nyata, terbalik dan diperbesar. b. Bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler bersifat: maya, terbalik, dan diperbesar. FISIKA 89 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 89 9/08/03 3:5:5

28 3. Perbesaran Mikroskop Perbesaran mikroskop tanpa akomodasi maksimum Perbesaran Lensa Objektif Perbesaran Lensa Okuler S' M OB S' S OB OB OK n M OK atau M OK SOK fok S M M M TOT OB OK Perbesaran Mikroskop Total Panjang Mikroskop S' S OB n M TOT S OB f OK d S' OB + S OK atau d S' OB + f OK Perbesaran mikroskop dengan akomodasi maksimum Perbesaran Lensa Objektif Perbesaran Lensa Okuler Perbesaran Mikroskop Total Panjang Mikroskop M OB S' S S OB OB n M OK + fok S' S OB n M TOT + SOB fok d S' OB + S OK Keterangan: M OB perbesaran dari lensa objektif M OK perbesaran dari lensa okuler M TOT perbesaran total pada mikroskop S OB jarak benda terhadap lensa objektif S' OB jarak bayangan terhadap lensa objektif S n jarak titik dekat mata pengamat f OK jarak fokus lensa okuler D. Teropong atau Teleskop Teropong atau teleskop adalah alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda yang sangat jauh agar tampak lebih dekat dan jelas. Dua jenis utama teropong, yaitu:. Teropong bias (lensa), yang terdiri dari beberapa lensa, contohnya adalah teropong bintang, teropong bumi, teropong prisma, dan teropong panggung.. Teropong pantul (cermin), yang terdiri dari beberapa lensa dan cermin. 90 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 90 9/08/03 3:5:5

29 . Teropong Bintang a. Teropong bintang untuk mengamati objek-objek yang berada di luar angkasa. Teropong bintang terdiri atas dua lensa cembung yang merupakan lensa objektif dan lensa okuler. b. Lensa objektif teropong membentuk bayangan yang bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil c. Lensa okuler membentuk bayangan yang bersifat maya, terbalik, dan diperbesar. d. Perbesaran pada teropong bintang: Perbesaran Sudut Teropong Perbesaran Tak Berakomodasi s' OB f OB dan s OK f OK S' M S f M f OB OK OB OK f OB Sn + f OK Perbesaran Untuk Berakomodasi Maksimum s' OB f OB, dan s' OK S n M. f S OK n Panjang Teropong Tanpa Akomodasi Panjang Teropong Untuk yang Berakomodasi d f OB + f OK d f OB + S OK. Teropong Bumi Teropong bumi digunakan untuk mengamati benda yang berada di permukaan bumi. Teropong bumi terdiri dari tiga lensa cembung, yaitu lensa objektif, lensa okuler, dan lensa pembalik yang terletak diantara lensa objektif dan lensa okuler. Sifat bayangan yang terbentuk adalah maya, tegak, dan diperbesar. Perbesaran teropong tanpa akomodasi maksimum Perbesaran Sudut Panjang Teropong f M f OB OK d f OB + 4f PB + f OK Perbesaran teropong dengan akomodasi maksimum Perbesaran Sudut Panjang Teropong f S + f OB n OK M OK f OK S n d S' OB + 4f PB + S OK f PB panjang fokus lensa pembalik FISIKA 9 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 9 9/08/03 3:5:5

30 Latihan Soal. Amatilah diagram pembentukan bayangan oleh mikroskop berikut ini! fok Obyektif Okuler Mata Pengamat 4. Seorang siswa (S n 5 cm) melakukan percobaan menggunakan mikroskop, dengan data seperti diagram berikut: f ob f ok 5 cm fok S ob, cm cm Jika berkas sinar yang keluar dari lensa okuler merupakan berkas sejajar, dan mata yang mengamati berpenglihatan normal, maka perbesaran mikroskop adalah... (S n 5 cm) A. 0 kali B. 8 kali C. kali D. 30 kali E. 50 kali. Bayangan yang terbentuk oleh cermin cembung dan sebuah benda yang tingginya h yang ditempatkan di depan cermin bersifat... A. nyata, tegak, diperbesar B. maya, tegak, diperbesar C. nyata, tegak, diperkecil D. nyata, terbalik, diperbesar E. maya, tegak, diperkecil 3. Seseorang bermata hipermetropi supaya dapat melihat dengan normal harus menggunakan kaca mata yang kuat lensanya + dioptri. Maka jarak terdekat yang dapat dilihat orang tersebut tanpa kaca mata adalah... A.,5 cm B. 5 cm C. 50 cm D. 60 cm E. 00 cm Perbesaran mikroskop adalah... A. 30 kali B. 36 kali C. 40 kali D. 46 kali E. 50 kali 5. Sebuah benda diletakkan 0 cm di depan cermin cembung yang jarak fokusnya 30 cm. Letak dan sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin tersebut adalah... A. 60 cm di depan cermin, maya, tegak B. 60 cm di belakang cermin, nyata, tegak C. 60 cm di depan cermin, nyata, terbalik D. cm di belakang cermin, maya, tegak E. cm, di depan cermin, nyata, tegak 6. Seseorang bermata normal (titik dekatnya 5 cm) mengamati benda dengan mata berakomodasi maksimum. Diameter pupil matanya mm dan mata peka terhadap cahaya mm. Batas daya urai mata orang itu adalah... 9 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 9 9/08/03 3:5:6

31 A. 0,0 mm B. 0,08 mm C. 0,8 mm D. 0,8 mm E.,8 mm 7. Alat optik di bawah ini yang selalu menghasilkan bayangan maya, tegak dan diperkecil dari suatu benda nyata, adalah... A. cermin datar B. cermin cekung C. cermin cembung D. lensa positif E. lensa negatif 8. Letak bayangan yang dibentuk lensa bikonveks 0 cm di belakang lensa. Apabila kekuatan lensa 0 dioptri, maka jarak benda terhadap lensa adalah... A. 5 cm B. 0 cm C. 5 cm D. 0 cm E. 40 cm 9. Seorang dengan mata normal menggunakan mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum itu berarti... A. Bayangan lensa obyektif 5 cm di belakang lensa B. Bayangan lensa obyektif tak hingga C. Bayangan lensa okuler tak hingga D. Bayangan lensa okuler 5 cm di depan E. Bayangan lensa okuler 5 cm di belakang 0. Sebuah lup mempunyai jarak fokus 5 cm, jika titik dekat mata normal 5 cm, maka perbesaran lup untuk mata berakomodasi maksimum adalah. A. 3 kali B. 4 kali C. 5 kali D. 6 kali E. 7 kali. Bayangan dari sebuah benda yang di bentuk oleh cermin cembung adalah. A. selalu di belakang cermin B. selalu di perbesar C. kadang-kadang di perkecil D. kadang-kadang terbalik E. kadang-kadang nyata. Seorang tukang servis jam memiliki titik dekat 0 cm, menggunakan lup yang jarak fokusnya 0 cm. Besar perbesaran bayangan dengan tanda berakomodasi adalah... A. kali B. kali C. 3 kali D. 5 kali E. 6 kali 3. Sebuah lensa berjarak fokus 5 cm, digunakan sebagai lup. Mata normal menggunakan lup tersebut dengan berakomodasi maksimum, maka perbesaran anguler lup adalah... A. 3 kali B. 4 kali C. 5 kali D. 6 kali E. 8 kali 4. Sebuah objek ditempatkan pada jarak,5 cm dari lensa objektif sebuah mikroskop, jika mikroskop memiliki jarak fokus lensa objektif dan okuler berturut-turut 0 mm dan 6 cm dan pengamatan dilakukan dengan akomodasi maksimum dengan titik dekat 30 cm, maka perbesaran mikroskop adalah... kali A. 0 FISIKA 93 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 93 9/08/03 3:5:6

32 B. C. 8 D. 0 E Seorang teropong diarahkan ke bintang, menghasilkan perbesaran anguler 5 kali. Jika jarak fokus objektif 50 cm, maka jarak antara lensa objektif dan lensa okuler teropong tersebut adalah... cm A. 75 B. 56 C. 50 D. 44 E kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 94 9/08/03 3:5:6

33 Pembahasan. Jawaban: E Diketahui: s ob, cm f ob cm S n 5 cm f ok 5 cm Ditanyakan: perbesaran mikroskop (M)? + f s s' ob ob ob +, s' -, s',-, s' ob ob ob 0, s' ob,, s' ob cm 0, ( ) Perbesaran mikroskop M : s' s 5 s f, 5 ob n M kali ob ok. Jawaban: E Bayangan yang terbentuk oleh cermin cembung dan sebuah benda yang tingginya h yang ditempatkan di depan cermin adalah maya, tegak, diperkecil. 3. Jawaban: C Diketahui: P dioptri s 5 cm Ditanyakan: PP (jarak terdekat yang dapat dilihat orang tersebut tanpa kaca mata)? f 0,5 m 50 cm P Jarak bayangan adalah: + f s s' s' - s' s' 50 - s' 50 s' -50 cm PP 50 cm 4. Jawaban: A Diketahui: s n 5 cm f ob cm s ob, cm f ob 5 cm Ditanyakan: Perbesaran bayangan (M)? + f s s' ob ob ob +, s ' ob - s ' ob,, - s ' ob, 0, s ' ob,, s' ob 6 cm 0, FISIKA 95 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 95 9/08/03 3:5:6

34 ( ) Perbesaran M : s' S s + f ob n M ob ok 6 5 M +, 5 ( ) ( ) M 5 5+ M 56 M Jawaban: D Diketahui: s 0 cm f 30 cm Ditanyakan: Letak bayangan (s') dan sifat bayangan? + f s s' s' - - s' s' 60-5 s' s' - -5 Jadi, letak bayangan cm di belakang cermin dengan sifat maya dan tegak 6. Jawaban: B Diketahui: Titik dekat (l) 5 cm 50 mm Diameter pupil (d) mm Panjang gelombang (λ) mm Ditanyakan: Batas urai mata (dm)? -5 ( )( ),λ, dm 0, 08 mm d 7. Jawaban: C Sifat bayangan dari cermin cembung adalah maya, tegak dan diperkecil. 8. Jawaban: D Diketahui: s' 0 cm P 0 dioptri Ditanyakan: Jarak benda (s)? f 0 cm P 0 + f s s' - s f s' - s s 0 s 0 s 0 cm 9. Jawaban: E Mata normal menggunakan mikroskop dengan berakomodasi maksimum, berarti: Bayangan yang dilihat selalu bayangan maya yang dibentuk oleh okuler.. Karena bayangan maya maka letak bayangan di depan lensa yaitu searah dengan arah datangnya cahaya.. Karena berakomodasi maksimum berarti bayangan terletak pada jarak 5 cm dari mata. 0. Jawaban: D Diketahui: f 5 cm S n 5 cm Ditanyakan: Perbesaran (M)? Untuk mata berkomodasi maksimum 96 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 96 9/08/03 3:5:6

35 Sn M + f 5 M + 5 M 5+ M 6 kali. Jawaban: A Bayangan yang dihasilkan oleh cermin cembung selalu maya, tegak, dan diperkecil dengan letak bayangan di belakang cermin.. Jawaban: A Diketahui: S n 0 cm f 0 cm Ditanyakan: Perbesaran (M)? Sn 0 M kali f 0 3. Jawaban: D Diketahui: S n 5 cm f 5 cm Ditanyakan: Perbesaran (M)? Sn 5 M kali f 5,5 0,5 - - S',5,5,5, 5 3 OB S' 3 OB S' S OB n M + OB S f ( ) OK 3 30 M +,5 6 M 5 + M 6 5. Jawaban: B Diketahui: M 5 kali f ob 50 cm Ditanyakan: Panjang teropong (d)? f M f ok ok ob ok 50 5 f f f ob ok cm d f + f cm ok 4. Jawaban: B Diketahui: S n 30 cm f ok 6 cm f ob cm S ob,5 cm Ditanyakan: Perbesaran (M)? S' S OB n M + OB Dicari S' OB : S f OK - S' f S OB OB OB FISIKA 97 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 97 9/08/03 3:5:6

36 BAB Bunyi A. Pengertian Bunyi Bunyi adalah gelombang yang membutuhkan medium udara dalam perambatannya, berbentuk longitudinal, terdiri atas partikel-partikel yang berosilasi searah dengan gerak gelombang tersebut, dan membentuk daerah bertekanan tinggi dan rendah. Sifat-sifat bunyi:. Tinggi rendah bunyi Menunjukkan besar frekuensi bunyi. Kuat lemahnya bunyi Menunjukkan besar amplitudo 3. Warna bunyi bunyi yang diterima oleh alat pendengaran berdasarkan sumber getarannya. B. Efek Doppler Efek Doppler merupakan perubahan frekuensi yang disebabkan gerak relatif antara sumber dan pengamat. Jika keduanya bergerak saling mendekat, maka frekuensi yang terdengar akan lebih tinggi, tetapi jika keduanya saling menjauh, frekuensi yang terdengar akan lebih rendah. v± vp fp fs v± v s Keterangan: f p frekuensi pendengar (Hz) f s frekuensi sumber (Hz) v cepat rambat (m/s) v s cepat rambat sumber bunyi (m/s) v p cepat rambat pendengar (m/s) Pemakaian tanda (+) dan negatif ( ): vs ( ) jika sumber mendekati pendengar dan (+) jika sumber menjauhi pendengar. C. Cepat Rambat vp ( ) jika pendengar menjauhi sumber bunyi dan (+) jika pendengar mendekati sumber. 98 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 98 9/08/03 3:5:6

37 C. Cepat Rambat Cepat Rambat Gelombang Pada Dawai F FL F v ì m ña Cepat Rambat Bunyi Pada Zat Padat Cepat Rambat Bunyi Pada Zat Cair v v E ρ β ρ Cepat Rambat Bunyi Pada Zat Gas Keterangan: L panjang kawat atau dawai (m) F tegangan kawat atau beban (N) µ massa kawat per satuan panjang (kg/m) E modulus Young (N/m ) ρ massa jenis (kg/m 3 ) β modulus Bulk (N/m ) R tetapan molar gas (J/mol K) M massa satu mol gas T suhu termodinamika (K) γ P v atau v ρ RT γ M D. Sumber Bunyi. Dawai Tabel : Persamaan Saat Dawai Bergetar Gambar Frekuensi (f) Panjang dawai (l) Nada Dasar f v L L λ Nada Atas Pertama f v L L λ Nada Atas Kedua f 3 3v L 3 L λ 3 FISIKA 99 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 99 9/08/03 3:5:7

38 . Pipa Organa Terbuka Tabel : Bentuk Gelombang Stationer pada Pipa Organa terbuka Gambar Frekuensi (f) Panjang dawai (l) Nada Dasar f v L L λ Nada atas Pertama v f L λ L Nada atas Kedua f3 3v L L 3 λ 3 3. Pipa Organa Tertutup Tabel :3 Bentuk Gelombang Stationer pada Pipa Organa Tertutup Gambar Frekuensi (f) Panjang dawai (L) Nada Dasar f v 4L 4 λ L 3v 3 Nada Dasar Pertama f3 3f L 4L 4 λ 5v 5 Nada Dasar Kedua f5 5f L 3 4L 4 λ E. Energi dan Intensitas Gelombang Energi Gelombang Bunyi Intensitas Gelombang Bunyi Taraf Intensitas Bunyi E ka P I A P I 4πr I TI 0log I o Keterangan: E energi gelombang bunyi (J) k tetapan/konstanta (N/m) 00 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 00 9/08/03 3:5:7

39 I intensitas bunyi (watt/m ) P Daya (Watt) TI Taraf Intensitas bunyi (db) I o Harga ambang batas (0 watt/m ) F. Pelayangan Bunyi Karena bunyi adalah gelombang, maka dua bunyi yang frekuensi dan amplitudonya berbeda dapat bergabung (superposisi) jika bertemu pada satu tempat. Efeknya, kamu bisa mendengar bunyi yang kuat dan lemah bergantian. Ini disebut pelayangan bunyi. Frekuensi layangan bunyi adalah selisih frekuensi dua bunyi. Jika f > f, besar frekuensi pelayangan bunyi: f f -f G. Manfaat Bunyi. Sonar meterapi medis.. Bunyi ultrasonik digunakan dalam bidang kedokteran dengan menggunakan teknik pulsa gema. Teknik ini digunakan untuk mengetahui keadaan tumor dan pertumbuhan abnormal. 3. Dalam dunia industri, dengan menggunakan bor-bor ultrasonik dapat dibuat berbagai bentuk atau ukuran lubang pada gelas dan baja. 4. Mengetahui keadaan di dalam bumi. 5. Digunakan untuk terapi medis. FISIKA 0 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 0 9/08/03 3:5:7

40 Latihan Soal. Jarak A ke sumber bunyi adalah kali jarak B 3 ke sumber bunyi tersebut. Jika intensitas bunyi yang didengar A adalah I0, maka intensitas yang didengar B adalah... A. I o 3 B. 4 I o 9 C. 3 I o D. I o 3 E. 9 I o 4. Dua pipa organa terbuka (panjang dan suhunya sama) ditiup seorang anak secara bergantian. Pipa organa pertama menghasilkan nada atas pertama sedang pipa organa kedua menghasilkan nada atas kedua. Perbandingan frekuensi pipa organa pertama dan kedua adalah... A. : B. : 3 C. : 4 D. : 3 E. 3 : 4 3. Benda A adalah sumber bunyi yang mengeluarkan nada dengan frekuensi P. B adalah pendengar. Saat A dan B diam di tempatnya masing-masing, B mendengar nada itu dengan frekuensi Q. Kemudian B bergerak mendekati A sehingga nada yang didengarnya berfrekuensi R. Setelah melewati A, nada yang didengar B berfrekuensi S. Hubungan frekuensi P, Q, R dan S dinyatakan sebagai... A. P Q R S B. Q P, R > P, S > P C. Q P, R > P, S < P D. Q P, R < P, S > P E. Q < P, R < P, S < P 4. Pipa organa tertutup A ditiup secara bersamaan dengan pipa organa tertutup B. Ternyata nada dasar pipa organa A sama tinggi dengan nada atas pertama pipa organa B. Perbandingan panjang pipa A dan B adalah... A. : B. : 3 C. : D. : 3 E. 3 : 5. Sebuah lokomotif mendekati stasiun dengan kecepatan 30 m/s sambil mengeluarkan bunyi peluit yang berfrekuensinya 000 Hz. Kecepatan bunyi di udara saat itu 330 m/s. Frekuensi yang didengar oleh seseorang di stasiun adalah... A. 88 Hz B. 833 Hz C. 000 Hz D. 8 Hz E. 00 Hz 6. Jarak A ke sumber bunyi adalah kali jarak B ke sumber bunyi tersebut. Perbandingan intensitas bunyi yang diterima A dan B adalah... A. : B. : 4 C. : 6 0 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 0 9/08/03 3:5:7

41 D. : E. 4 : 7. Sebuah sumber bunyi berfrekuensi 680 Hz bergerak dengan kecepatan 0 m/s menjauhi pendengar yang diam. Di dekat pendengar terdapat sumber bunyi lain yang memancarkan bunyi berfrekuensi 644 Hz. Jika cepat rambat gelombang bunyi di udara 30 m/s, maka frekuensi pelayangan bunyi yang diterima pendengar adalah... A. 4 Hz B. 6,7 Hz C. 4 Hz D. 3 Hz E.,7 Hz 8. Pipa organa tertutup A memiliki frekuensi nada atas pertama yang sama tinggi dengan frekuensi nada dasar pipa organa terbuka B. Jika dalam keadaan yang sama panjang pipa B 0 cm, panjang pipa A adalah... A. 90 cm B. 60 cm C. 30 cm D. 5 cm E. 7,5 cm 9. Seorang pengendara sepeda motor memacu kendaraannya dengan kelajuan v karena dikejar mobil patroli yang bergerak dengan kelajuan v sambil membunyikan sirine dengan frekuensi f. Jika kelajuan bunyi di udara adalah v, maka frekuensi bunyi yang didengar oleh pengendara sepeda motor adalah... v+ v A. f f v + v B. C. v+ v f f - v v v- v f f + v v v- v D. f f v - v E. v- v f f - v v 0. Yang dimaksud dengan taraf intensitas bunyi adalah... A. jumlah energi bunyi yang merambat B. perbandingan antara intensitas bunyi dari intensitas ambang C. jumlah frekuensi yang ditangkap tiap detik oleh telinga D. logaritma perbandingan antara intensitas bunyi dengan intensitas ambang E. jumlah energi bunyi tiap satuan waktu tegak lurus tiap satuan luas bidang. Taraf intensitas satu ekor lebah yang berdengung adalah 0 db. Jika bunyi dengung masing-masing lebah tersebut dianggap identik dan intensitas ambang pendengaran manusia 0 - W/m maka intensitas bunyi dengung 000 lebah adalah... A. 0-8 W/m B. 0-7 W/m C. 0-6 W/m D. 0-5 W/m E. 0-4 W/m. Seseorang bergerak dengan kecepatan 0 m/s mendekati sumber bunyi yang diam, frekuensi sumber bunyi 680 Hz. Setelah sampai di sumber bunyi orang tersebut bergerak menjauhi sumber bunyi dengan kecepatan yang sama. Jika kecepatan sumber bunyi di udara 340 m/s, maka perbandingan kedua frekuensi yang didengar ketika bergerak mendekati sumber dengan saat menjauhi sumber adalah... A. 33/34 B. 33/35 C. 34/35 FISIKA 03 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 03 9/08/03 3:5:7

42 D. 35/33 E. 35/34 3. Sirine di menara sebuah pabrik berbunyi dengan frekuensi.700 Hz. Seorang sopir yang mengendarai mobilnya mendekati menara mendengar sirine tersebut dengan frekuensi.000 Hz. Jika kecepatan rambat bunyi di udara 340 m/s, maka mobil tersebut bergerak dengan percepatan... A. 60 m/s B. 5 m/s C. 40 m/s D. 30 m/s E. 0 m/s 5. Dini berada di dalam kereta api A yang berhenti. Sebuah kereta api lain (B) bergerak mendekati A dengan kecepatan m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 676 Hz. Bila cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka frekuensi peluit kereta B yang didengar oleh Dini adalah... A. 680 Hz B. 676 Hz C. 660 Hz D. 656 Hz E. 640 Hz 4. Diketahui taraf intensitas bunyi sebuah mesin X adalah 45 db (I o 0 - W/m ). Perbandingan taraf intensitas bunyi untuk 0 mesin X dengan 00 mesin X adalah... A. 0 : B. : C. : 3 D. : 3 E. 3 : 4 04 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 04 9/08/03 3:5:7

43 Pembahasan. Jawaban: B Diketahui: r A I A I 0 r B 3 Ditanyakan: Intensitas yang didengar B (I B )? IA P4πr I P4πr B A B I 4πr r I 4 r r A B B B π A A I I A B r r B A I r I 3 A B B rb IA rb I 4 B rb I I I 9 9 B A o. Jawaban: D Diketahui: Pipa organa terbuka (panjang dan suhunya sama). Pipa ke- frekuensi nada atas ke- (f ) Pipa ke- frekuensi nada atas ke- (f ) Ditanyakan: Perbandingan frekuensi pipa organa pertama dan kedua (f : f )? v v f L λ,maka f λ L v 3 3v f L λ,maka f L λ v f L f 3v 3 3 L Jadi, perbandinganya adalah : 3 3. Jawaban: C I II III fs P Vs 0 A fs P Vs 0 A fs S Vp 0 B 4. Jawaban: B Diketahui: fp Q Vp 0 B fp R Vp + B fs P Vs 0 A f p f s maka P Q v+ v v+ v p p fp f s karena > v Maka f p > f s atau R > P p p fp f s karena > p s v v - v v-v v Maka f < f atau S < P Frekuensi nada dasar pipa A f A Frekuensi nada atas pertama pipa B f B f A f B Ditanyakan: Perbandingan panjang pipa A dan B (L A dan L B )? f A f B v λ v λ 4L 4 L 3 v FISIKA 05 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 05 9/08/03 3:5:8

44 3 4L 4L B A LA L 3 B L A : L B : 3 5. Jawaban: E Diketahui: v 330 m/s v s 30 m/s v p 0 m/s f s 000 Hz Ditanyakan: Frekuensi yang didengar oleh seseorang di stasiun (f p )? v+ vp f p.f v - v p s 330 f p f s 00 Hz 6. Jawaban: B 7. Jawaban: C Vs 0 m/s r B Diketahui: r A r r B r Ditanyakan: Perbandingan intensitas bunyi yang diterima A dan B (I A : I B )? I I A B P4πr P4πr A B ( r) IA ra 4 IB : 4 r r B Sumber bunyi Pendengar Sumber bunyi r A Vp 0 Vs 0 Diketahui: f s 680 Hz f s 644 Hz v 30 m/s Ditanyakan: Frekuensi pelayangan bunyi yang diterima pendengar ( f)? v+ vp f p.f v + v p s s f p f 640 Hz Jadi, frekuensi pelayangan yang diterima pendengar: f f s f p Hz 8. Jawaban: C Diketahui: A pipa organa tertutup B pipa organa terbuka frekuensi nada atas pertama A frekuensi nada dasar B L B panjang pipa B Ditanyakan: Panjang pipa A (L A )? Pada organa B: LB λ 0 λ λ 40 cm Pada organa A: L L A A 3 λ 4 3 ( 40 ) 4 30 cm 9. Jawaban: E Diketahui Kelajuan pengendara motor/ pendengar v 06 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 06 9/08/03 3:5:8

45 Kelajuan mobil patroli/sumber bunyi v Frekuensi sirine/frekuensi sumber bunyi f Kelajuan bunyi di udara v Ditanyakan: Frekuensi bunyi yang didengar oleh pengendara sepeda motor (f )? Rumus efek Doppler: v± v f f ± v v Ingat ya!! v menjauhi sumber bunyi (sirine) bernilai negatif ( ) v mendekati pendengar bernilai ( ) J a d i, p e r s a m a a n y a n g s e s u a i a d a l a h v- v f f v - v 0. Jawaban: D Intensitas bunyi: I TI 0log I Keterangan: TI taraf intensitas I intensitas bunyi o I o intensitas ambang pendengaran atau intensitas bunyi minimum yang masih dapat didengar manusia, sebesar 0 - W/ m. Jadi taraf intensitas bunyi adalah logaritma dari perbandingan intensitas bunyi dan intensitas ambang.. Jawaban: A Diketahui: TI 0 db Ditanyakan: I I o 0 - W/m n 000 TI TI + 0 log n (0 + 0 log 000) db ( ) db 40 db I TI 0 log I0 40 0(log I log I o ) 4 log I log (0 ) 4 log I + log I 8 I 0-8. Jawaban: D Diketahui: v p +0 m/s v s 0 f s 680 Hz v p 0 m/s v s 0 f s 680 Hz v 340 m/s Ditanyakan: Perbandingan frekuensi yang didengar saat mendekati sumber dengan saat menjauhi sumber (f p : f p )? Jawab : Efek doppler didefinisikan: v vp fs v+ vp fp v± vs v f p ± v± v v v p - fs v± v v s Jawaban: A Diketahui: f s 700 Hz f p 000 Hz v 340 m/s v s 0 Ditanyakan: Kecepatan pendengar (v p )? p FISIKA 07 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 07 9/08/03 3:5:8

46 v+ vp fp f v + v p s vp vp vp vp vp ( 3) vp 7 v 60 m/s s ( ) 4. Jawaban: C Diketahui: TI 45 db I o 0 - W/m 5. Jawaban: A Diketahui: v s m/s f s 676 Hz v 340 m/s v p 0 m/s Ditanyakan: Frekuensi pendengar (f p )? v+ vp fp fs v- v fp fp f p s 680 Hz Ditanyakan: Perbandingan taraf intensitas bunyi untuk 0 mesin X dengan 00 mesin X (TI 0 : TI 00 )? TI 0 TI + 0 log n log db TI 00 TI + 0 log n log () 65 db TI 0 : TI : 65 : 3 08 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 08 9/08/03 3:5:8

47 BAB 3 Listrik Statis A. Muatan Listrik Atom listrik terdiri dari inti atom dan kulit elektron. Inti atom terdiri dari proton (muatan positif) dan neutron (netral). Sedangkan kulit atom terdiri dari elektron (muatan negatif). Jika suatu atom kelebihan elektron maka muatan atom tersebut negatif, sedangkan jika suatu atom kekurangan elektron maka muatannya positif. Dua muatan yang sejenis akan tolak menolak saat didekatkan, sedangkan dua muatan yang berbeda akan tarik menarik. Gaya tarik menarik dan gaya tolak menolak antara benda bermuatan listrik ini disebut gaya Coulomb. B. Hukum Coulomb Hukum Coulomb menyatakan besar gaya listrik berbanding lurus dengan perkalian besar kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda. qq F k r F gaya (N) q muatan (C) q muatan (C) r jarak (m) k tetapan Coulomb 9 0 N.m / C 9 FISIKA 09 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 09 9/08/03 3:5:8

48 C. Medan Listrik Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Medan listrik ini digambarkan dengan garis-garis gaya listrik. Muatan Positif Muatan Negatif + + D. Kuat Medan Listrik Kuat Medan Listrik F E q Kuat Medan Listrik Oleh muatan q E k r Kuat Medan Listrik Pada Konduktor Keping sejajar Kuat Medan Listrik Pada Konduktor Bola Berongga σ E ε Di dalam E 0 q Di luar E k r o Keterangan: F gaya (N) q muatan (C) E kuat medan Listrik (N/C) k N.m /C r jarak (m) σ rapat muatan pelat (C/m ) ε o permitivitas ruang hampa (C /N.m ) E. Usaha dan Energi Listrik Usaha Energi Potensial W ( V V ) q q V E p q. V 0 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 0 9/08/03 3:5:8

49 Keterangan: W usaha (J) q muatan (C) V potensial listrik (V) F. Kapasitor Kapasitas (C) q C V C C C 3 Kapasitor Rangkaian Seri V V + V + V C C C C s 3 C C Kapasitor Rangkaian Paralel C 3 V V V V 3 Cp C C C 3 Energi yang Tersimpan Dalam Kapasitor W CV Keterangan: C kapasitas kapasitor (F) V beda potensial (V) FISIKA KITAB SUKSES fisika SMA.indd 9/08/03 3:5:8

50 Latihan Soal. Perhatikan gambar di bawah ini! 3. Perhatikan rangkaian kapasitor berikut ini! µf 3µF 6µF µf 3µF 3µF 6µF 3µF µf Pada gambar di atas, dua buah muatan titik +Q dan Q terletak di udara dan terpisah pada jarak x. Letak titik yang mungkin kuat medan listriknya sama dengan nol adalah di titik... A. B B. C C. D D. E E. Tidak ada. Perhatikan gambar di bawah ini! µf 3µF 6µF A B µf Jika V AB 3 volt, maka energi potensial total pada rangkaian kapasitor dalam mikrojoule adalah... A. 5 B. C. 9 D. 6 E. 3 3 µf µf µf µf 3µF 4 3µF 6µF Yang memiliki kapasitas gabungan yang sama adalah rangkaian... A. (), () dan (3) B. (), (), (3) dan (4) C. () dan (3) D. () dan (4) E. tidak ada yang sama 4. Bila sebuah partikel bermuatan C ditempatkan dalam medan listrik homogen yang kuat medannya, 0 5 N/C, maka partikel tersebut akan mengalami gaya sebesar... A. 4,8 0-4 N B. 5, 0-4 N C. 3,0 0-3 N D. 3,3 0-4 N E. 4,8 0-4 N kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 9/08/03 3:5:9

51 5. Dua buah kapasitor masing-masing kapasitasnya μf dan 3 μf dirangkai seri. Bila beda potensial antara ujung-ujung gabungannya 0 volt, maka perbandingan muatan kapasitor μf terhadap 3 μf adalah... A. : B. : C. : 3 D. : E. 3 : 6. Dua kapasitor masing-masing dengan kapasitansi μf dan 3 μf dipasang secara seri. Beda potensial antara ujung-ujung gabungan 0 volt. Besar muatan pada kapasitor μf adalah... A., μc B. μc C. μc D. 30 μc E. 50 μc 7. Dua titik A dan B berjarak m satu dengan yang lain, masing-masing bermuatan listrik: q A C; q B C. Titik C terletak m di kiri A dan segaris dengan A dan B, maka kuat medan listrik di C adalah... (k N.m / C ) A. nol B.,6 0 5 N/C C. 3,6 0 5 N/C D. 7, 0 5 N/C E. 8, 0 5 N/C 8. Sebuah kapasitor mempunyai kapasitas 4 μfarad. Jika beda potensial antara kepingkepingnya 00 volt, maka kapasitor menyimpan energi listrik sebesar... A. 0 - Joule B. 0 - Joule C Joule D Joule E Joule 9. Sebuah titik bermuatan q berada di titik P dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan ( ), sehingga mengalami gaya N dalam arah menuju muatan tersebut. Jika medan di titik P besarnya 0, N/C, maka besar dan jenis muatan pada titik P adalah... A. 5 C positif B. 5 C negatif C. 5 mc positif D. 5 mc negatif E. mc positif 0. Tiga buah muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. A B 0, m 0, m 0 μc 0 μc 0 μc Gaya Coulomb yang dialami muatan B sebesar ( k N.m / C, µ C 0-6 C ) A. 9 0 N ke muatan C B. 9 0 N ke muatan A C. 8 0 N ke muatan C D. 8 0 N ke muatan A E N ke muatan C. Perhatikan gambar dua muatan titik berikut! 3 cm Q + 9μC C Q 4μC Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol? ( k N.m / C, µ C 0-6 C ) A. tepat di tengah Q dan Q B. 6 cm di kanan Q C. 6 cm di kiri Q D. cm di kanan Q E. cm di kiri Q FISIKA 3 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 3 9/08/03 3:5:9

52 . Perhatikan gambar di bawah. Ketiga muatan listrik q, q, dan q adalah segaris. d d q 30μC q q 60μC Bila q 5,0 µc dan d 30 cm, maka besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan q adalah... (k N.m /C ) A. 7,5 N menuju q B. 7,5 N menuju q C. 5 N menuju q 5. Dua muatan listrik Q dan Q diletakkan berjarak R, sehingga kuat medan yang dialami Q sebesar E o. Jika Q digeser sehingga jarak kedua muatan menjadi R maka kuat medan yang dialami Q muatan menjadi E. Perbandingan antara E o dan E adalah... A. : 4 B. : C. : D. : E. 4 : D.,5 N menuju q E.,5 N menuju q 3. Dua partikel masing-masing bermuatan q A µc dan q B 4 µc diletakkan terpisah sejauh 4 cm (k N.m /C ). Besar kuat medan listrik di tengah-tengah q A dan q B adalah... A. 6, N/C B. 4, N/C C. 4,0 0 7 N/C D. 3, N/C E.,5 0 7 N/C 4. Perhatikan gambar di bawah ini! Q Q Q 3 F F X X Tiga muatan titik dalam kesetimbangan seperti pada gambar (x x x). Jika Q 3 digeser 4 x mendekati Q, maka perbandingan besar gaya Coulomb F : F menjadi... A. : 4 B. 4 : 9 C. 9 : 4 D. 9 : 6 E. 6 : 9 4 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 4 9/08/03 3:5:9

53 Pembahasan. Jawaban: A Titik yang memiliki kuat medan listriknya nol adalah titik B. Dikarenakan yang sebelah kanan memiliki kekuatan -Q sedangkan di sebelah kiri ada +Q, maka untuk memperoleh nilai nol harus berada di sebelah kiri +Q yaitu titik B.. Jawaban: C Diketahui: C μf; C 3 μf; C 3 6 μf; C μ F; V AB 3 volt µf 3µF 6µF A B µf Ditanyakan: Energi potensial total pada rangkaian kapasitor dalam mikrojoule (Ep)? µ F C C C C s 3 Cp µ F+ µ F µ F Ep Cp.VAB ( µ F)( 3) 9 µ J 3. Jawaban: E I II C µ F+ µ F 3 µ F p Cs µ F 6 µ F 3 µ F C s µ F 5 C 3 µ F+ 6 µ F 9 µ F p C s 9 C s µ F 7 III IV s s C µ F + µ F + µ F 4µ F p C s 4 Cs µ F µ F C s µ F C Cs µ F C Cp + µ F Jawaban: A Diketahui: q C E, 0 5 N/C Ditanyakan: Besar gaya listrik (F)? ( ) F q.e 4 0 C, 0 N / C 4,8 0 N 5. Jawaban: A Ciri kapasitor yang disusun seri adalah: Muatan yang tersimpan pada setiap kapasitor sama besar. Tegangan pada setiap kapasitor berbeda. Jadi, perbandingan muatan kapasitor tersebut adalah sama besar yaitu :. 6. Jawaban: B Diketahui: C μf C 3 C dan C dipasang seri V AB 0 V Ditanyakan: Besar muatan pada kapasitor μf (q)? FISIKA 5 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 5 9/08/03 3:5:9

54 C s ( ) -6 C s µ F 0 F -6-6 q C.V C µ C 7. Jawaban: A Diketahui: q A C q B C r AC m r BC,5 m Ditanyakan: Kuat medan listrik di C (E)? -6 (- 4 0 ) q E k N / C A 9 3 AC rac q 9 0 E k N / C -6 B 9 3 BC r BC, Etotal EAC + EBC N / C N / C 0 N/C 8. Jawaban: B Diketahui: C 4μF F V 00 V Ditanyakan: Energi listrik (W) ( )( ) -6 - W CV J 9. Jawaban: A Diketahui: F N E 0, N/C Ditanyakan: Muatan (q) dan jenisnya? F q 5 C E 0, 0. Jawaban: B Diketahui: q A, q B 0μC q C 0 μc r BA, r BC 0, m Ditanyakan: Gaya Coulomb yang dialami B (F B )? F F -F B A C F F -F B A C q q F kq - r r A C B B BA BC ( )( ) ( ) 9-6 ( ) ( ) ( ) - ( ) - ( ) F B - - ( ) - ( ) ( 9 0 )( 0 0 ) FB 90 N Jadi, gaya coloumb di B adalah 9 0 N ke muatan A. Jawaban: B Diketahui: q +9 μc q 4 μc r 3 cm Ditanyakan: Letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol? q q k k r r q q ( r ) ( r ) x x 9 3+ x 4 x 3 3+ x x 3x 6 + x x 6 cm Jadi, nilai E 0 terletak pada 6 cm di kanan Q. 6 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 6 9/08/03 3:5:9

55 . Jawaban: B Diketahui: q 30 μc q 5,0 μc q 60 μc d 30 cm Ditanyakan: Besar gaya listrik (F) yang bekerja pada muatan q dan arahnya? F - F + F total qq qq F - k + k total r r F q q kq - + total r r F q q kq - + d total F ( d) kq q - + q d 4 total ( 9 0 )( 5 0 ) ( 60 0 ) ( -6 - ) ( 3 0 ) ( 9 0 )( 5 0 ) -6 ) -6 ( ( ) ( ) F total F total F total F total 75 0 F total 7,5 N menuju q 3. Jawaban: A Diketahui: q A µc q B 4 µc r AB 4 cm Ditanyakan: Besar kuat medan listrik (E) di tengah-tengah q A dan q B? E p E A + E B qa qb Ep k + k r r k Ep ( qa + qb) r 9 ( 9 0 ) Ep ( ) ( -6-6 ) 9 ( 9 0 ) ( -6 ) Ep p 9 ( 9 0 ) ( -6 ) Ep E 4. Jawaban: D 7 6,75 0 N/C Diketahui: q Q q Q q 3 Q 3 r x r 3 x Ditanyakan: Jika Q 3 digeser 4 x mendekati Q, maka perbandingan besar gaya Coulomb F : F? qq F k r QQ F k x F QQ k 3 x 4 3 QQ QQ F k 9 x x F 6Q 3Q 6Q3Q 6 k 9x 9x 5. Jawaban: A Diketahui: q Q q Q E E o r R r' R E' E Ditanyakan: Jika jarak kedua muatan menjadi R, perbandingan antara E dan E adalah... o q E k r Q Q E k o R R E Q Q 4 k R R 4 FISIKA 7 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 7 9/08/03 3:5:30

56 BAB 4 LISTRIK DINAMIS A. Kuat Arus Arus listrik merupakan aliran muatan listrik positif pada suatu penghantar dari potensial tinggi ke potensial rendah. Jadi, perlu diingat bahwa arah arus listrik berlawanan arah dengan arah elektron hanya mengalir di dalam rangkaian tertutup. Rumus Arus Listrik q I t Keterangan: I kuat arus (A) q muatan (C) t waktu (s) B. Beda Potensial Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda. Beda potensial W V q Keterangan: V beda potensial (V) q muatan (C) W energi (J) C. Hukum Ohm Hukum Ohm menunjukkan hubungan antara kuat arus listrik dan tegangan listrik. Bunyi hukum Ohm adalah: Kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar itu dengan syarat suhunya konstan/tetap. 8 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 8 9/08/03 3:5:30

57 Hukum Ohm V I R Keterangan: V beda potensial (V) I arus listrik (A) R hambatan (ohm/ω) D. Hambatan Tidak hanya merumuskan hukum Ohm, dari hasil eksperimen Ohm juga menemukan kalau hambatan suatu kawat logam bergantung kepada jenis bahan, berbanding lurus dengan panjangnya dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Hambat Jenis L R ρ A Keterangan: L panjang penghantar (m) R hambatan (ohm/ Ω) ρ hambatan jenis kawat penghantar (ohm meter) A luas penampang (m ) E. Hukum Kirchhoff Hukum Kirchhoff yang dirumuskan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada dasarnya merupakan cara menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang.. Hukum I Kirchhoff Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan. Tabel 4: Persamaan Hukum I Kirchhoff Hukum I Kirchoff Gambar Rangkaian I I 4 I masuk I keluar I I 3 I 5 I + I + I 3 I 4 + I 5 FISIKA 9 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 9 9/08/03 3:5:30

58 . Hukum II Kirchhoff Jumlah aljabar dari GGL (Gaya Gerak Listrik) sumber beda potensial dalam suatu rangkaian tertutup (loop) sama dengan nol. Tabel 4: persamaan Hukum II Kirchhoff Gambar Rumus E A r R E r B R Loop R 3 E E + E 3 I(r + R + r + R + R 3 + R 4 + r 3 ) D E 3 r 3 R 4 C I I IR + E 0 R I R 3 8 V II 6 Ω Ω I 3 8 V R Ketentuan tanda untuk E dan I: E (+) : jika arah loop bertemu dengan kutub (+) E ( ) : jika arah loop bertemu dengan kutub ( ) I (+) : jika arah loop searah dengan arah arus I ( ) : jika arah loop berlawanan arah dengan arah arus E E F. Susunan Jembatan Wheatstone Jembatan Wheatstone R R R 5 R 3 R R 4 R R 3 R 4 A B R R R 5 R 3 R 4 D C R R R A B c R.R3 R + R + R 3 5 R.R5 R + R + R 3 5 R 3.R5 R + R + R kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 0 9/08/03 3:5:30

59 G. Rangkaian Hambatan Listrik Jenis rangkaian hambatan Rumus Keterangan Seri R R R 3 Paralel R R 3 R R + R + R s 3 Untuk V dan I : R s hambatan seri V V + V + V R hambatan 3 I I I I 3 R + + Rp R R R3 Untuk V dan I : V V V V 3 I I + I + I 3 R p hambatan paralel R hambatan H. Energi dan Daya Listrik Daya (P) Energi Listrik (W) Keterangan: P daya (W) V beda potensial (V) I kuat arus (A) R hambatan (ohm /Ω) W energi listrik (J) W V t R P V I atau P atau P I R atau P V W P t atau W VIt atau W I RT atau W t R FISIKA KITAB SUKSES fisika SMA.indd 9/08/03 3:5:30

60 Latihan Soal. Pada sebuah lampu pijar tertulis 00 W, 0 V, apabila lampu tersebut dipasang pada tegangan X volt, maka daya disipasi lampu ternyata hanya 5 watt. Berapakah nilai X... A. 00 volt B. 0 volt C. 50 volt D. 00 volt E. 0 volt. Perhatikan gambar di bawah! 4Ω Besar kuat arus yang mengalir pada hambatan 4 Ω adalah... A.,0 A B., A C.,6 A D.,4 A E. 3, A 4. Perhatikan rangkaian listrik seperti pada gambar! R,4 ohm Am P Ω Ω Q E V + E,5 V rd 0, Ω Jika sebuah hambatan yang nilainya 4R dirangkaikan paralel pada titik P dan Q, maka nilai arus listrik pada rangkaian akan menjadi... A. ampere B. 3 ampere C. 4 ampere D. 6 ampere E. 9 ampere Kuat arus terukur amperemeter adalah... A. 0, A B. 0,5 A C.,0 A D.,5 A E. 3,0 A 5. Perhatikan pengukuran pada rangkaian listrik berikut! 3. Perhatikan rangkaian listrik berikut... Beda potensial pada ujung-ujung hambatan 0 ohm adalah... kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 9/08/03 3:5:30

61 A. 0,6 volt B., volt C.,5 volt D. 3 volt E. volt 6. Perhatikan rangkaian dibawah ini Ω r r 9 v 3 Ω 8 v Bila hambatan dalam sumber tegangan masing-masing 0,5 Ω, besar kuat arus yang melalui rangkaian tersebut adalah... A. 0,5 A B..5 A C.,8 A D. 4,5 A E. 5,4 A 7. Sebuah lampu pijar bertuliskan 80 watt; 0 volt, di pasang pada suatu sumber tegangan 0 volt. Daya lampu pijar itu menjadi... A. 80 watt B. 60 watt C. 40 watt D. 0 watt E. 0 watt 8. Dari percobaan hubungan tegangan ( V ) dengan kuat arus (I) pada resistor, dihasilkan grafik V sebagai berikut! v (volt) I pada gambar di samping. Jika V 4,5 volt maka besar kuat arus yang mengalir adalah... A. 5 ma B. 0 ma C. 0 m A D. 30 ma E. 35 ma 9. Jika sebuah lampu 60 watt/0 volt dipasang pada tegangan 0 volt, lampu tersebut akan menyala dengan daya... A. 5 watt B. 0 watt C. 5 watt D. 30 watt E. 60 watt 0. Perhatikan gambar berikut ini! 6 v 6 Ω 3 v 3 Ω Ω Kuat arus listrik yang mengalir pada hambatan Ω adalah... A. 0,5 A B. 0,75 A C. A D.,5 A E. A. Perhatikan gambar di bawah ini! R,5 Ω 3 r 0,5 Ω 0,0 I (amp) E 6v FISIKA 3 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 3 9/08/03 3:5:30

62 Pada gambar di atas, tegangan dan kuat arus pada hambatan R adalah... A. 6,00 V ; A B. 5,75 V ; 0,5 A C. 5,75 V ; 0,50 A D. 4,00 V ; 0,50 A E. 4,00 V ; 0,5 A. Rangkaian sederhana terdiri dari 3 hambatan seperti pada gambar! R R A B C R Jika beda potensial V AB 60 volt, maka beda potensial V AC adalah... A. 40 volt B. 0 volt C. 50 volt D. 00 volt E. 40 volt 4. Alat pemanas listrik memakai arus 0 A, apabila dihubungkan dengan sumber 0 V. Hambatannya adalah... Ω. A. 0,05 B. 0 C. D. 0 E Lampu 0 W/4 V dihubungkan sumber tegangan V, lampu menyala dengan menyerap daya sebesar... W. A. 80 B. 40 C. 0 D. 0 E Setiap kawat atau penghantar memiliki sifat menghambat arus listrik, besaran-besaran berikut memengaruhi hambatan setiap penghantar, yaitu: () massa kawat () panjang kawat (3) warna kawat (4) luas penampang kawat Pernyataan yang benar adalah... A. (), (), dan (3) B. () dan (3) C. () dan (4) D. 4 saja E. semua benar 4 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 4 9/08/03 3:5:30

63 Pembahasan. Jawaban: B Diketahui: P 00 W V 0 V P dis 5 W Ditanyakan: Nilai tegangan X (V )? P V V 5 00 V P 0 V V V 0 0 ( ) 0 5 V 0 V 0 V. Jawaban: D Diketahui: R s pada titik P dan Q Ω, Ω Rp pada titik P dan Q 4Ω E V Ditanyakan: Arus listrik pada rangkaian (I)? R + 4Ω s + R p 4 Rp Ω V I 6 A Rp 3. Jawaban: D Rangkaian listrik: Ditanyakan: Kuat arus yang mengalir pada hambatan 4 Ω (I)? Nilai hambatan: R 4 6 p Rp R s +, 6 4Ω Kuat Arus V 6 I 4A R 4 s 6 I pada R 4 Ω.4, 4 A Jawaban: C Diketahui: R,4 Ω r d 0. Ω E,5 V D i t a nyak a n : Arus yang terukur p a d a amperemeter (I)? R total R + r d V I R total V, 5, 5 I A R, 4 + 0,, 5 total FISIKA 5 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 5 9/08/03 3:5:30

64 5. Jawaban: E Diketahui: Jangkauan A Hasil pengukuran 30 A Skala maksimum 50 A R 0 ohm Ditanyakan: Beda potensial (V)? skala yang ditunjuk I jangkauan skala maksimum 30 3 I A V I R 0 V 5 6. Jawaban: B Diketahui: r 0,5 A; R Ω; R 3 Ω; ε 9 V; ε 8 V Ω r r ε ε 8 v 9 v 3 Ω Ditanyakan: Kuat arus (I)? Hukum II Kirchoff Σε + ΣIR 0 ε + ( ε ) + I.r + I. R + I.r + I.R 0 9V 8V + I(0,5) + I() + I(0,5) + I(3) I 0 I,5 A 7. Jawaban: D Diketahui: P 80 W V 0 V V 0 V Ditanyakan: (P )? V P V P P P 0.0 P 0 W 8. Jawaban: D v (volt) 3 I (amp) 0,0 Dari grafik dicari nilai hambatannya: V 3 R 50 Ω - I 0 Berarti arus yang mengalir jika V 4,5 V adalah: V 4,5 I 0,03 A 30 ma R Jawaban: A Diketahui: P 60 W V 0 V V 0 V Ditanyakan: Lampu menyala dengan besar daya (P )? V P V P P ( ) P 0.0 P 5 W 0. Jawaban: C 6 v 6 Ω 3 v 3 Ω Ω 6 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 6 9/08/03 3:5:3

65 Ditanyakan: Kuat arus listrik yang mengalir pada hambatan Ω? Ω Rp Rp Ω p p () Kuat arus I V 6 3 Ip + + A R 6 3 Vp (I )R V ( ) Maka arus pada hambatan Ω : Vp I A R. Jawaban: C Diketahui: R,5 Ω r 0,5 Ω E 6 V Ditanyakan: Tegangan dan kuat arus pada hambatan R (V dan I)? R IR ( ) V 6 I,5 + 0,5 6 I 0,5 A V IR 0,5,5 5,75 V ( ). Jawaban: D Diketahui: V AB 60 V R R A B C R Ditanyakan: Beda potensial V AC? Arus yang mengalir pada AB: VAB I R R R AB Hambatan pada rangkaian paralel BC: + R R R R BC R RBC 80 VBC I. ( RBC) R 40V R V V + V V AC AB BC 3. Jawaban: C Rumus hambatan lisrik adalah: L R ρ A Keterangan: R hambatan ρ hambat jenis L panjang kawat A luas Jadi, hambat jenis dipengaruhi panjang kawat () dan luas penampang kawat (4). 4. Jawaban: C Diketahui: I 0 A V 0 V Ditanyakan: Besar hambatan (R)? V 0 R ohm I 0 5. Jawaban: E Diketahui: P 60 W V 4 V V V Ditanyakan: Besar daya (P )? V P V P 4 60 P ( ) 60 P 4 P 5 watt FISIKA 7 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 7 9/08/03 3:5:3

66 BAB 5 Medan Magnet dan Induksi Elektromagnetik A. Medan Magnet Medan magnet adalah ruang disekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet. Orang yang pertama kali menemukan adanya medan magnet disekitar arus listrik adalah Hans Christian Oersted. Tabel 5: Jenis dan Persamaan Medan Magnet Jenis Medan Magnet Gambar Rumus Kawat Lurus a B p µ oi πa I Solenoida Di pusat: µ IN o B L Di ujung: µ IN o B L Kawat Melingkar Di titik O: µ I o B a Di titik P: µ I o 3 B sin θ a 8 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 8 9/08/03 3:5:3

67 Toroida µ IN o B πr Keterangan: B medan magnet (Wb/m atau T) µ 4p 0-7 Tm/A a jarak (m) N jumlah lilitan L panjang solenoida (m) Kuat medan magnet merupakan besaran vektor (memiliki besar dan arah). Arahnya dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Buatlah seolah tangan kananmu menggenggam kawat lurus sementara ibu jari ditegakkan. Maka arah arus listrik sesuai dengan arah ibu jari dan induksi magnet sesuai dengan arah putaran keempat jari yang lain. Kaidah tangan kanan. Sumber gambar: tangan_kanan B. Gaya Lorentz Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet. Arah gaya Lorentz juga dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Saat tangan kanan dibuka, arah ibu jari menunjukkan arah arus, empat jari lainnya menunjukkan arah medan magnet B, dan telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz. I F B Kaidah tangan kanan untuk gaya Lorentz. Sumber gambar: wiki/gaya_lorentz_kanan FISIKA 9 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 9 9/08/03 3:5:3

68 Tabel 5: Persamaan pada Gaya Lorentz Jenis Gaya Lorentz Gambar Rumus I Gaya Lorentz Pada Kawat Berarus B L F BIL Gaya Lorentz Pada Partikel Bermuatan + v B v + B F Bqv sin θ (a) (b) Gaya Lorentz Pada Dua Kawat Lurus Sejajar F µ o II L πa a jarak antar kawat C. Fluks Magnetik dan Hukum Faraday Fluks Magnetik ( Φ m ) Hukum Imbas Faraday (ε) Φ m B.A.cos θ dφ ε -N volt dt D. Penerapan Hukum Faraday dan Hukum Lenz Perubahan Luas Kawat U GGL( ) ε -B.L.v Kawat Diputar Sejajar Bidang yang Tegak lurus B Generator AC Transformator Induktansi Diri (L) Energi dalam Solenoida η ε BπL T T periode (s) ε NBAω P V I 00% 00% P V I sekunder s s primer p p µµ r L I W LI NA o 30 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 30 9/08/03 3:5:3

69 E. Sumber Arus dan Tegangan AC Sumber arus dan tegangan AC Tegangan AC Arus AC Penjelasan V V m sin wt I I m sinwt F. Nilai Efektif dan Tegangan Bolak-Balik Nilai Efektif Arus Bolak-Balik Tegangan Bolak-Balik Penjelasan I V eff eff I maks V maks G. Rangkaian Seri R L C Resistor, induktor dan kapasitor dapat dipasang secara seri dalam rangkaian arus bolak-balik, dengan impedansi dari rangkaian seri RLC dapat dianggap sebagai hambatan pengganti seri dari rangkaian. R L C Impedansi (nilai hambatan total): ( ) z R + XL -XC X X L C w.l w.c Keterangan: L Induktansi (H) C Kapasitas (F) X L Reaktansi Induktif (Ω) X C Reaktansi Kapasitas (Ω) FISIKA 3 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 3 9/08/03 3:5:3

70 Latihan Soal. Sebuah transformator menurunkan tegangan listrik bolak-balik dari 0 volt menjadi 0 volt. Efisiensi transformator 60%. Bila kuat arus pada kumparan sekunder 6,6 ampere, maka kuat arus pada kumparan primernya adalah... A. ampere B. 0,8 ampere C. 0,5 ampere D. 0,4 ampere E. 0,3 ampere. Perhatikan gambar arah arus listrik (I), medan magnetik (B) dan gaya magnetik (F). B F I I V Keterangan: B F I o Arah menembus keluar bidang gambar x Arah menembus kedalam bidang gambar Hubungan arah I, B, dan F yang benar adalah pada gambar... A. I B. II C. III D. IV E V II III IV x x x x x x x x F x x x x x x I x x B F I I B F 3. Reaktansi induktif sebuah induktor akan mengecil, bila... A. frekuensi arusnya diperbesar, induktansi induktor diperbesar B. frekuensi arusnya diperbesar, induktansi induktor diperkecil C. frekuensi arusnya diperbesar, arus listriknya diperkecil D. frekuensi arusnya diperkecil, induktansi induktor diperbesar E. frekuensi arusnya diperkecil, induktansi induktor diperkecil 4. Induksi magnetik pada solenoida menjadi bertambah besar, bila... A. jumlah lilitannya diperbanyak, arusnya diperkecil 3 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 3 9/08/03 3:5:3

71 B. jumlah lilitannya dikurangi, arusnya diperbesar C. jumlah lilitannya diperpanjang, arusnya diperbesar D. solenoidanya diperpanjang, arusnya diperbesar E. solenoidanya diperpanjang, arusnya diperkecil 5. Perhatikan gambar berikut ini! R 50 µ F 00 V ; 50/ π Hz Jika kuat arus dalam rangkaian 4A, maka nilai resistor R pada rangkaian adalah... A. 60 ohm B. 50 ohm C. 40 ohm D. 30 ohm E. 0 ohm 6. Perbandingan jumlah lilitan kumparan primer dan sekunder sebuah transformator adalah :. Bila efisiensi transformator itu 80% dan arus keluarnya 8 A, maka arus listrik pada kumparan primernya adalah. A.,8 A B. 8,8 A C. 5,0 A D. 4,4 A E. 3, A 7. Partikel bermuatan positif 0,4 coulomb bergerak dengan kecepatan 4 m/s dalam medan induksi magnetik homogen yang besarnya 0 Wb/m². Apabila arah gerak partikel dengan arah vektor induksi medan magnetik sejajar maka besar gaya yang dialami muatan tersebut adalah... A. 0 N B. 0,6 N C. N D. 4 N E. 6 N 8. Perhatikan gambar di bawah ini! X Y Z N N N,5 A 0 cm 5 A 5 cm 5 A 0 cm Urutan yang menghasilkan induksi magnetik dari besar ke kecil adalah... A. X, Y, Z B. X, Z, Y C. Y, X, Z D. Y, Z, X E. Z, X, Y 9. Pada rangk aian AC terluk is di bawah, impedansinya adalah... R 5 Ω X L 6 Ω X C 6 Ω A. 3 ohm B. 7 ohm C. 0 ohm D. 5 ohm E. 35 ohm 0. Rangkaian seri RLC dengan nilai R 30 ohm, L 40 mh dan C 50 μf dihubungkan pada sumber listrik. Rangkaian ini akan beresonansi pada frekuensi... A. B. C. 0 π 0 Hz 50 π 0 Hz 40 π 0 Hz FISIKA 33 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 33 9/08/03 3:5:3

72 D Hz π E. 000pHz. Sebuah transformator step up mengubah tegangan 5 volt menjadi 0 volt. Jika efisiensi transformator 80% dan kumparan sekunder dihubungkan dengan lampu 50 W, 0 volt, maka kuat arus kumparan primer adalah... A.,00 ampere B.,5 ampere C.,50 ampere D.,00 ampere E.,50 ampere. Seutas kawat lurus dilengkungkan seperti gambar dan dialiri arus A. D. 4,0 A E. 5,0 A 4. Sebuah kawat PQ diletakkan di dalam me dan magnet homogen seperti gambar. Jika kawat dialiri arus dari Q menuju P, maka arah kawat akan melengkung... A. ke bawah B. ke atas C. ke samping D. keluar bidang gambar E. masuk bidang gambar 5. Rangkaian R L C disusun seperti gambar di bawah ini. Medan magnet homogen i P r R L C Jika jari-jari kelengkungan π cm dan I A, maka induksi magnetik di P adalah... µ 0 4p 0-7 Wb/A.m A T keluar bidang gambar B T keluar bidang gambar C T masuk bidang gambar D. 0-5 T masuk bidang gambar E. 0-5 T masuk bidang gambar 3. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut! R 60 Ω L 0 Ω C 40 F Grafik gelombang sinus yang dihasilkan jika X L > X C adalah... A. B. C. V i t V i t V i t Jika tegangan maksimum sumber arus bolakbalik 00 V, maka besar kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian adalah... A.,5 A B.,0 A C. 3,5 A D. E. i V i V t t 34 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 34 9/08/03 3:5:3

73 Pembahasan. Jawaban: C Diketahui: V P 0 V V S 0 V I S 6,6 A η 60% Ditanyakan: Kuat arus pada kumparan primer (I P )? Vs Is η 00% V I p p p p 0( 6,6) ( 0) I 60% 00% I I 6600 p ( 60)( 0) 0,5 A. Jawaban: B Dengan menggunakan kaidah tangan kanan: Ujung-ujung jari dirapatkan menunjukkan arah medan magnet (B). Telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz (F). Ujung ibu jari menunjukkan arah kuat arus (I). I B F Jadi, gambar yang sesuai adalah gambar II. 3. Jawaban: E X ωl πf.l L Keterangan: X L reaktansi induktif L induktif f frekuensi L panjang Jadi, frekuensi arusnya diperkecil, induktansi induktor diperkecil. 4. Jawaban: C Solenoida di ujung: µ oin B L Solenoida di tengah: µ oin B L Keterangan: B medan magnet I kuat arus N lilitan L panjang μ o permitivitas Jadi, jumlah lilitannya diperpanjang, arusnya diperbesar. 5. Jawaban: D Diketahui: I 4 A V 00 V C 50 μf f 50/π Hz Ditanyakan: Nilai resistor R? XC π fc 50 π,5 0 π ohm -, FISIKA 35 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 35 9/08/03 3:5:3

74 V 00 Z 50 Ω I 4 R Z X c R R R 900 R 30 ohm 6. Jawaban: C Diketahui: N p : N s : η 80% I s 8 A Ditanyakan: Arus listrik pada kumparan primer (I p )? η s s p p p s p s s s 80% 00% p p V V I I p ( ) ( p) ( ) ( ) 00% Jika N : N :,maka V : V : V I V I 8 80% 00% I I I A 7. Jawaban: A Diketahui: q 0,4 C p v 4 m/s B 0 Wb/m θ 0 (arah gerak partikel sejajar dengan arah vektor induksi magnetik) Ditanyakan: Gaya (F)? F B qv sin θ (0(0,4)(sin0 )(0)(0,4)(0) 0 8. Jawaban: E Diketahui: Solenoida X: N N L 0 cm 0, m I,5 A Solenoida Y: N N L 5 cm 0,5 m I 5 A Solenoida Z: N N L 0 cm 0, m I 5 A µ oin B L N Bx µ o(,5) 50µ on 0, N 00 BY µ o( 5) µ on 0,5 3 N BZ µ o( 5) 00µ on 0, 9. Jawaban: D R 5 Ω X L 6 Ω X C 6 Ω Impedansinya adalah: Z ( X X ) R + L - ( ) Z Z Z 65 Z 5 ohm 0. Jawaban: B Diketahui: R 30 ohm C L 40 mh H C 50 μf F Ditanyakan: Frekuensi (f)? f π LC 36 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 36 9/08/03 3:5:33

75 f ( ) - π f Hz π. Jawaban: E Diketahui: V p 5 V V s 0 V P s 50 watt η 80% Ditanyakan: Kuat arus kumparan primer (I P )? Ps η 00% V I p p p p 50 80% 00% 5I I I p (80),5 A. Jawaban: D Diketahui: I A μ o 4π 0-7 Wb/A.m r π cm π 0 - m V i t i t V i t V Ditanyakan: Induksi magnetiknya (B)? Besar induksi magnetik di titik P berupa kawat melingkar, sehingga: I B µ 4π 0 r 0-7 o -7 8π 0-4π 0 - ( π ) ( ) -5 0 masuk bidang gambar 3. Jawaban: B Diketahui: V 00 V R 60 Ω L 0 Ω C 40 F Ditanyakan: Arus maksimum (I maks )? maks ( ) ( ) Z R + X - X I L C Ω V 00 V A Z 00 Ω 4. Jawaban: A Jika arah arus mengalir dari arah Q ke arah P, maka gaya Lorentz arahnya ke bawah, sehingga kawat PQ akan mengarah ke bawah 5. Jawaban: C R L C Jika X L > X C maka rangkaian tersebut bersifat induktif. Jika rangkaian tersebut bersifat induktif, maka tegangan akan mendahului arus dengan beda fase 90. FISIKA 37 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 37 9/08/03 3:5:33

76 BAB 6 FISIKA MODERN A. Perkembangan Teori Atom. Model Atom Dalton Teori model atom Dalton: Atom merupakan bagian terkecil dari suatu zat yang tidak dapat dibagi lagi. Atom penyusun suatu zat memiliki sifat yang sama, sementara atom unsur berbeda memiliki sifat dan massa yang berbeda pula. Perbedaan antara satu zat dengan zat lainnya adalah perbedaan pada atom penyusunnya. Dua atom atau lebih dari sebuah unsur dapat membentuk suatu molekul. Reaksi kimia merupakan penyusunan kembali atom-atom penyusun zat dengan perbandingan massa yang tetap.. Model Atom Thomson 38 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 38 9/08/03 3:5:33

77 Teori model atom Thomson: Atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu zat. Atom adalah bola padat bermuatan positif dengan muatan negatif tersebar merata di seluruh bagian atom seperti roti kismis. Jumlah muatan positif dan negatif adalah sama sehingga muatan bersifat netral. 3. Model Atom Rutherford Teori model atom Rutherford: Atom memiliki inti atom, yang merupakan tempat berkumpulnya muatan positif. Inti atom memiliki ukuran yang sangat kecil dibandingkan dengan ukuran atomnya. Sebagian ruang dalam atom adalah ruang kosong. Muatan negatif bergerak mengitari inti atom dalam lintasan tertentu seperti lintasan planet mengelilingi matahari. Terdapat gaya tarik-menarik antara inti atom dengan elektron yang menahan elektron agar tetap pada lintasannya. 4. Spektrum Atom Hidrogen Jika kamu mengalirkan arus listrik ke dalam tabung yang berisikan gas, maka gas tersebut akan memancarkan cahaya yang berbeda-beda tergantung pada karakteristik gas. Cahaya ini dipancarkan dalam bentuk spektrum garis. Spektrum garis merupakan deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Deret panjang gelombang ini mempunyai pola tertentu yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis, dikenal sebagai deret spektrum hidrogen seperti dapat dilihat pada tabel berikut. Deret Lyman (Daerah ultra ungu) R - λ n, n, 3, 4, Deret Balmer (Daerah cahaya tampak) R - λ n, n 3, 4, 5, Deret Paschen (Daerah inframerah I) R - λ 3 n, n 4, 5, 6, FISIKA 39 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 39 9/08/03 3:5:33

78 Deret Brackett (Daerah inframerah II) R - λ 4 n, n 5, 6, 7, Deret Pfund (Daerah inframerah III) R - λ 5 n, n 6, 7, 8, R adalah konstanta Rydberg yang besarnya, /m. 5. Model Atom Niels Bohr Teori model atom hidrogen Niels Bohr: a. Elektron atom hidrogen bergerak mengitari inti dalam orbit yang berbentuk lingkaran yang berada di bawah pengaruh gaya Coulomb. F Coulomb F sentripetal k q r mv r E Ek + Ep q E k r k q r k q r b. Elektron berputar mengelilingi inti dalam suatu lintasan tertentu yang disebut orbit stasioner. c. Elektron dapat berpindah dari satu orbit ke orbit yang lain sambil melepas atau menyerap energi. d. Orbit yang diperkenankan ditempati elektron adalah orbit yang momentum sudutnya merupakan suatu kelipatan bulat dari h. h mvr n, n,, 3,... π Keterangan: n bilangan kuantum utama h konstanta Planck 6, J.s Pada intinya, struktur atom berdasarkan model atom Bohr menyatakan bahwa elektron dapat berada di dalam lintasan-lintasan stasioner dengan energi tertentu, dimana elektron pada lintasan ke-n akan memiliki jari-jari lintasan dan energi sebesar: 40 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 40 9/08/03 3:5:33

79 r 0,053n n E -3,6 n n Keterangan: r jari-jari dalam nanometer (nm) E energi dalam elektron Volt (ev) B. Mekanika Kuantum Dalam usaha memahami struktur atom secara lengkap, maka digunakan prinsip dualisme gelombangpartikel. Prinsip yang menyatakan bahwa sebuah objek dapat berperilaku sebagai gelombang maupun partikel. Di sini gerak elektron digambarkan sebagai gejala gelombang, sehingga digunakan persamaan Schrodinger yang menyatakan fungsi gelombang untuk elektron sebagai pengganti dinamika Newton yang biasa dipakai untuk menjelaskan gerak elektron. Model atom seperti ini disebut model atom mekanika kuantum.. Persamaan de Broglie Menurut Louis de Broglie, panjang gelombang suatu partikel mempunyai momentum dengan persamaan yang serupa untuk foton, yaitu: h h h λ p mv mev Keterangan: λ panjang gelombang de Broglie h 6, J.s m massa elektron (9 0-3 kg) e muatan elektron (,6.0-9 C) V tegangan pemercepat (V) v kecepatan elektron (m/s) Persamaan tersebut disebut juga gelombang de Broglie atau gelombang materi.. Ketidakpastian Heisenberg Menurut ketidakpastian Heisenberg adalah tidak mungkin mengetahui posisi dan momentum partikel secara tepat, yang dapat ditentukan hanya posisi orbital atau momentumnya. Posisi dan momentum elektron dalam atom tidak dapat diketahui secara pasti karena elektron selalu bergerak. FISIKA 4 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 4 9/08/03 3:5:33

80 3. Bilangan Kuantum Teori atom mekanika kuantum mengemukakan bahwa kedudukan elektron dalam suatu atom ditentukan oleh bilangan kuantum elektron. Ada empat bilangan kuantum untuk menentukan keadaan elektron dalam struktur atom. Keempat bilangan kuantum ini diturunkan dari persamaan fungsi gelombang Schrodinger. Bilangan Kuantum Utama (n) Bilangan Kuantum Orbital (l) Bilangan Kuantum Magnetik (m) Bilangan Kuantum Spin (s) Menunjukkan jumlah kulit elektron ( n,, 3, 4,...) Menentukan subkulit elektron (s 0, p, d, f 3) Menentukan arah momentum sudut elektron m l,, 0,, l Menentukan arah perputaran elektron s + ( searah jarum jam) s - berlawanan arah jarum jam ( ) C. Relativitas. Relativitas Newton Terdapat dua kerangka acuan yang kita kenal, yaitu kerangka inersial dan non inersial. Kerangka Inersial Kerangka Noninersial Benda tidak mengalami percepatan tambahan akibat gerakan. Benda mengalami percepatan tambahan akibat gerakan kerangka. Prinsip relativitas Newton adalah setiap hukum dalam fisika berlaku pada setiap kerangka inersial, dan semua gerak adalah relatif, artinya tidak ada gerak yang absolut.. Konsep Eter Cahaya dapat merambat melalui ruang hampa, hal ini berarti gelombang cahaya dapat merambat tanpa memerlukan medium perambatan. Medium yang dipercaya sebagai medium perambatan cahaya adalah eter, karena eter tidak bermassa dan tidak memberikan efek apapun pada suatu benda. Konsep eter ini pertama kali diperkenalkan oleh Huygens untuk menjawab pertanyaan apa yang menjadi medium rambat cahaya matahari untuk sampai ke bumi jika cahaya dianggap sebagai gelombang. Pada masa itu, orang-orang masih menganggap gelombang membutuhkan medium untuk merambat. Menurut Huygens medium itu adalah eter, zat yang sangat ringan dan tembus pandang. Namun, percobaan yang dilakukan oleh Michelson dan Morley pada tahun 887 tidak menemukan bukti mengenai keberadaan eter. 4 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 4 9/08/03 3:5:33

81 3. Relativitas Einstein Menurut Einstein, semua hukum fisika sama dalam semua kerangka acuan inersial (kerangka acuan yang diam atau bergerak konstan) dan kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah m/s dalam semua kerangka acuan. Dua pernyataan Einstein tersebut pada dasarnya menyatakan bahwa setiap gerak dapat dinyatakan secara relatif terhadap suatu kerangka tertentu yang telah ditetapkan dan tidak ada yang bisa bergerak melebihi kecepatan rambat cahaya. Pernyataan-pernyataan ini dapat digunakan dalam meninjau objek yang bergerak dengan kelajuan mendekati cepat rambat cahaya (kelajuan relativistik). Kecepatan Relativitas Einstein: V AB VAO + V V V + c BO AO BO Keterangan: V AB kecepatan A terhadap B (m/s) V AO kecepatan A terhadap suatu kerangka acuan O (m/s) V BO kecepatan B terhadap suatu kerangka acuan O (m/s) c kecepatan cahaya (m/s) 4. Kontraksi Lorentz Kontraksi panjang menyebabkan benda yang bergerak akan tampak lebih pendek menurut kerangka diam. v L Lo - c Keterangan: L panjang benda diukur oleh pengamat yang bergerak terhadap benda (m) L o panjang benda diukur oleh pengamat yang diam terhadap benda (m) v kecepatan relatif antara kerangka acuan (m) 5. Dilatasi Waktu Pada peristiwa dilatasi waktu, waktu seolah-olah diperlambat. t t o v - c Keterangan: t selang waktu yang diukur oleh pengamat yang bergerak terhadap kejadian t o selang waktu yang diukur oleh pengamat yang diam terhadap kejadian v kecepatan relatif antara kerangka acuan (m) FISIKA 43 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 43 9/08/03 3:5:33

82 6. Massa Relativistik Massa relativistik menyebabkan massa benda yang bergerak tampak lebih besar. m m o v - c Keterangan: m o massa benda dalam keadaan diam m massa benda dalam keadaan bergerak 7. Momentum Relativistik Rumus momentum harus dapat membuat hukum kekekalan momentum berlaku pada setiap proses tumbukan relativistik. p mv o v - c γ.m o V p momentum relativistik 8. Energi Relativistik Usaha untuk menggerakan benda dari diam sampai kecepatannya v sama dengan energi kinetik benda yang kecepatannya v. mc Ek o γ v - c.m c o Keterangan: Ek energi kinetik relativistik D. Fisika Inti Defek massa merupakan selisih dari jumlah massa proton dan neutron dengan massa inti. m [Zm p + (A -Z) m n - m inti ] Keterangan: m defek massa sma, kg 93,5 MeV/c 44 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 44 9/08/03 3:5:34

83 E. Radioaktivitas. Penemuan Radioaktivitas Radioaktivitas merupakan pemancaran energi dalam bentuk sinar radioaktif dari inti tidak stabil untuk membentuk inti stabil. Gejala radioaktivitas pertama kali ditemukan oleh Rontgen yang mengamati bahwa penyinaran tabung katode dapat menghitamkan pelat fotografi.. Jenis Sinar Radioaktif a. Sinar alfa (a) Partikel alfa merupakan partikel bermuatan positif yang identik dengan inti atom helium. Partikel ini memiliki dua proton dan dua neutron, dan disimbolkan sebagai 4 He atau 4 α. Sifat partikel alfa: Mempunyai daya tembus yang paling lemah karena massanya paling besar. Daya ionisasinya paling besar. Dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik ke kutub negatif. X Y+ α A A-4 4 Z Z- b. Sinar beta (b) Partikel beta merupakan partikel bermuatan negatif yang identik dengan elektron. Sifat partikel beta: Mempunyai daya tembus lebih besar daripada sinar alfa. Daya ionisasinya lebih kecil. Dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik ke kutub positif. X Y+ β A A 0 Z Z+ - c. Sinar gama (γ) Sinar gama merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energi tinggi yang tidak memiliki massa dan muatan. Sifat sinar gama: Mempunyai daya tembus paling besar karena tidak bermassa. Daya ionisasinya paling lemah. Tidak dibelokkan oleh medan magnet maupun medan listrik karena tidak memiliki muatan dan kecepatannya sama dengan cahaya. X Y+ γ A A 0 Z Z 0 FISIKA 45 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 45 9/08/03 3:5:34

84 3. Waktu Paruh Yang dimaksud dengan waktu paruh adalah selang waktu yang dibutuhkan zat radioaktif untuk meluruh menjadi tinggal setengah dari jumlah mula-mula. X(t) Xo t T Keterangan: X(t) jumlah radioaktif setelah meluruh X o jumlah radioaktif mula-mula t T waktu peluruhan waktu paruh Atau, bila dinyatakan dalam konstanta peluruhan (λ): 0,693 λ T 46 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 46 9/08/03 3:5:34

85 Latihan Soal. Bila laju partikel 0,8 c, maka perbandingan massa relativistik partikel itu terhadap massa diamnya adalah... A. 5 : 3 B. 5 : 9 C. 5 : 4 D. 5 : 4 E. 8 : 5. Energi foton sinar gama adalah 0 8 ev (h 6, J.s; ev,6 0-9 joule), panjang gelombang sinar gama tersebut dalam angstrom (c m/s) adalah... A. 4,5 0-5 B., C. 4,5 0-5 D., E. 7, Hal di bawah ini yang merupakan sifat foton cahaya:. Energi foton tidak bergantung pada. intensitas berkas cahayanya h Momentum foton memenuhi kaitan P λ dengan h tetapan planck dan λ panjang gelombang cahaya. 3. Foton tidak dibelokkan oleh medan magnet maupun medan listrik. 4. Energi yang dibawa oleh tiap foton besamya c E h λ A.,, 3 benar B., 3 benar C., 4 benar D. 4 benar E.,, 3, 4 benar 4. Jika massa proton dan neutron masing-masing,0078 dan,00086 sma, serta massa sma setara dengan energi sebesar 93 MeV, maka besar energi ikat 3 C 6 yang massanya 3,003 sma adalah... A. 0,07 MeV B. 33,70 MeV C. 40,664 MeV D. 94,95 MeV E. 96,84 MeV 5. Pembawa muatan mayoritas dalam bahan semi konduktor ekstrinsik tipe N adalah... A. elektron B. positron C. hole D. elektron dan hole E. neutron dan hole 6. Inti atom yang terbentuk memenuhi reaksi fusi berikut ini: H+ H d+ e+ E 0 Diketahui: Massa H,0078 sma Massa d,040 sma Massa 0 e 0,00055 sma sma 93 MeV Nilai E (energi yang dihasilkan) pada reaksi fusi tersebut adalah... A. 0,44 MeV B. 0,88 MeV C MeV D.,0 MeV E.,47 MeV FISIKA 47 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 47 9/08/03 3:5:34

86 7. Yang menunjukkan perbedaan pendapat tentang atom menurut Rutherford dan Bohr adalah... Rutherford Bohr Atom terdiri dari elektron yang bermuatan Elektron tersebar merata di dalam inti atom. A negatif dan inti atom yang bermuatan positif. Elektron tersebar Atom terdiri dari elektron B merata di dalam inti yang bermuatan negatif atom. dan inti atom yang bermuatan positif. C Elektron bergerak mengorbit inti atom. Orbit elektron dalam atom menempati lintasan yang tetap. Orbit elektron dalam Elektron dapat berpindah D atom menempati lintasan dengan lintasan yang tetap. menyerap/melepas energi. E Elektron yang tereksitasi akan menyerap energi. Elektron yang bertransisi ke lintasan terdalam akan melepas energi. 8. Pernyataan-pernyataan berikut: () terapi radiasi () mengukur kandungan air tanah (3) sebagai perunut (4) menentukan umur fosil Yang merupakan pemanfaatan radioisotop di bidang kesehatan adalah... A. (), (), (3), dan (4) B. (), (), dan (3) C. () dan (3) D. () dan (4) E. (4) 9. Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah... A. peristiwa dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya sebagai gelombang B. elektron yang keluar dari permukaan logam akan berkurang jika frekuensi cahayanya diperbesar C. intensitas cahaya tidak mempengaruhi energi elektron yang keluar dari permukaan logam D. efek fotolistrik terjadi pada daerah inframerah E. efek fotolistrik akan terjadi, asalkan intensitas cahaya yang mengenai logam cukup besar 0. Sebuah inti atom uranium 38 9 U 38,0508 sma, massa proton (m p ),0078 sma, massa neutron (m n ),0086 sma. ( sma 93 MeV) maka besar energi ikat atom uranium 38 9 U adalah... A. 97,76 MeV B. 830,50 MeV C. 399,73 MeV D. 9,4 MeV E. 789,75 MeV. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut! () Sinar gama digunakan untuk membunuh sel-sel kanker. () Sinar gama digunakan untuk mensterilkan alat-alat kedokteran. (3) Sinar alfa digunakan untuk mendeteksi adanya kebocoran suatu pipa. (4) Sinar beta digunakan untuk mendeteksi kebocoran suatu pipa. Pernyataan yang merupakan manfaat sinar radioaktif yang dihasilkan radioisotop adalah... A. (), (), dan (3) B. () dan (3) saja C. () dan (4) saja D. (), (), dan (4) E. () dan (4) saja 48 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 48 9/08/03 3:5:34

87 . Sebuah partikel elektron bermassa kg bergerak dengan laju 3,3 0 6 m/s. Jika konstanta Planck h 6, J.s, panjang gelombang de Broglie dari elektron adalah... A.,0 0-0 m B. 4, m C. 5, m D. 6, m E. 8,0 0-0 m 3. Apabila massa inti 4 He 4 sma, massa proton,00783 sma dan massa netron, sma ( sma 93 MeV), maka energi ikat inti atom tersebut adalah... A. 3,07 MeV B. 6,4 MeV C. 6,6 MeV D. 30,7 MeV E. 60,4 MeV 4. Massa unsur radioaktif P mula-mula X gram dengan waktu paruh hari. Setelah 8 hari unsur yang tersisa Y gram. Perbandingan antara X : Y... A. 6 : B. 8 : C. 4 : D. : 8 E. : 6 5. Pada model atom Bohr, energi elektron atom hidrogen pada keadaan dasar 3,6 ev. Jika elektron mengalami eksitasi dari kulit M ke kulit L, maka besar perubahan energi elektron adalah. A.,89 ev B.,7 ev C. 3,4 ev D. 3,6 ev E. 68 ev FISIKA 49 KITAB SUKSES fisika SMA.indd 49 9/08/03 3:5:34

88 Pembahasan. Jawaban: A Diketahui: v 0,8c Ditanyakan: Perbandingan massa (m : m o )? m o v - m c mo mo c - c c - 0,64c 0,36 c 0,6 0 : 6 5 : ( 6,6 0 )( 3 0 ) - -4,375 0 m ( 0,8 ). Jawaban: B Diketahui: E 0 8 ev ( ev,6 0-9 joule),6 0 - joule h 6, J.s Ditanyakan: Panjang gelombang sinar gama (λ)? c E h λ,6 0 6,6 0 λ, 6 0 λ 3 0 λ 3. Jawaban: E Sifat-sifat foton: Tidak bergantung pada intensitas cahaya. Momentum foton, P h. λ 8 Foton tidak dibelokan oleh medan magnet dan medan listrik. Energi foton, E hf 4. Jawaban: E Diketahui: m p,0078 sma m n,0086 sma c h λ. m inti 3,003 sma Ditanyakan: Energi ikat 3 C 6 (E)? m (Zm p + Nm n ) m inti (6., ,0086) 3,003 (6, ,060) 3,003 3,07 3,003 0,04 sma mc² 0, ,84 MeV 5. Jawaban: A Pada semikonduktor type-n yang berperan sebagai pembawa muatan mayoritas adalah elektronnya. 6. Jawaban: B Diketahui: Massa H,0078 sma Massa d,040 sma 0 Massa e 0,00055 sma sma 93 MeV Ditanyakan: Energi yang dihasilkan (E)? E m 93 MeV E ( msebelum - m sesudah) 93 MeV 0 E { mh mh} { md me} MeV { } { } E,0078 +,0078 -, , MeV 50 kitab sukses KITAB SUKSES fisika SMA.indd 50 9/08/03 3:5:34