KATEGORI TEORI SELEKSI TINGKAT PROVINSI OSN PERTAMINA 4 BIDANG FISIKA
PETUNJUK PENGERJAAN. Tuliskan secara lengkap identitas Anda di Lembar Jawab Komputer (LJK): Nama Lengkap, Nomor Ujian, dan Data lainnya.. Ujian seleksi tingkat propinsi kategori teori terdiri dari 4 soal pilihan ganda.. Penilaian setiap nomor soal: a. Jawaban yang benar mendapatkan nilai 4 (plus empat), b. Jawaban yang salah mendapatkaan nilai - (minus satu), c. Tidak menjawab soal mendapatkan nilai (nol). 4. Waktu ujian adalah menit. 5. Gunakan pensil B untuk mengisi jawaban pada lembar LJK. 6. Semua jawaban harus ditulis di lembar LJK yang tersedia. 7. Peserta boleh bekerja bila sudah ada tanda mulai dari Pengawas. 8. Peserta harus segera berhenti bekerja bila ada tanda berhenti dari Pengawas. 9. Peserta tidak diperkenankan meninggalkan ruang ujian sebelum waktu ujian berakhir.. Letakkan lembar jawaban di atas meja dan segera meninggalkan ruangan.. Tidak diperkenankan menggunakan kalkulator.
Pilihlah jawaban yang tepat dari soal berikut!. Suatu bahan memiliki kalor jenis C J/kg C dan kalor lebur L J/kg. Pada temperatur 7 C, gr bahan tersebut melebur secara reversibel. Perubahan entropi bahan tersebut sebesar., - L J/K, - L J/K., - L J/K, - C(T -T ) J/K. 9, L J/K.. Di pagi yang dingin temperatur udara di luar rumah 5 C dan di dalam rumah 5 Energi mengalir melalui jendela kaca dengan konduktivitas termal, W/mK, ketebalan 5, mm, dan luas,6 m. Laju perubahan energi di dalam rumah. -, W +, W. -, J. +, J.. Sebuah sistem katrol yang dihubungkan dengan tali ditunjukkan pada gambar di samping. Kedua katrol dianggap sangat licin. Massa tali dan katrol dapat diabaikan. Massa balok pertama adalah 5 kg dan massa balok kedua 8 kg. Antara balok pertama dan lantai terdapat gesekan, dengan koefisien gesek statik,5 dan koefisien gesek kinetik,. Besar gaya gesek antara balok pertama dan lantai adalah. 5 N 5 N 8 N 5 N 4 N 4. Sebuah simpal konduktor berbentuk lingkaran dengan radius R berotasi dengan kecepatan angular ω dalam suatu daerah medan magnet homogen B seperti terlihat pada OSN Pertamina 4 Hal : /
gambar. Jika tegangan induksi yang dihasilkan dalam simpal tersebut V sinω t, maka kecepatan angular ω loop tersebut adalah VR B V BR V R tan V BR V BR 5. Sistem gas ideal monoatomik berada dalam wadah bertemperatur 7 C dan tekanan, 5 Pa. Energi kinetik rata-rata molekul gas tersebut adalah...,7 - J. 6, - J. 6, - J.,7 - J. 6. Pada sebuah eksperimen, Andi menggunakan bahan bermassa, gr. Setelah dipanaskan dengan pemanas berdaya W dalam waktu satu menit, temperatur bahan berubah dari 7 C menjadi 57 Andi memperoleh kalor jenis bahan tersebut sebesar 4 ev/kg kal/kg C J/kg, W/kg C, J/kg Kerjakanlah soal nomor 7 s.d. 9 berdasarkan keterangan berikut. Sebuah sistem terdiri dari lima elektron. Semua interaksi yang dialami oleh tiap elektron dalam sistem tersebut direpresentasikan oleh sebuah potensial efektif, yang bentuknya sebagai berikut: b, x a Vx., x dan x a 7. Jika massa elektron dinyatakan dengan m, maka energi rata-rata elektron di sistem adalah. ma b ma 9 ma b OSN Pertamina 4 Hal : /
9 ma 9 b ma. 8. Jika, nilai spin terkecil yang mungkin di sistem itu adalah. / / 9. Anggap semua elektron dalam sistem itu berada pada keadaan spinup dan nilai momentum angular orbital sistem itu (di sini digunakan ). Jika sistem itu berada pada keadaan dengan nilai momentum angular total terkecil yang mungkin, maka operator spin-orbit, yaitu L S, memberikan nilai.,5,5 -,5 -,5 -,85. Suatu partikel fermion dapat mempunyai tiga tingkat energi dengan nilai masing-masing ev, ev, dan ev. Untuk sistem yang berisi dua partikel tersebut pada temperatur T, fungsi partisi dinyatakan dengan... ( dalam (ev) - ) kt e e e e / e e e e e e e e 4 e 4 e. Rapat massa emas ( 79 Au 97 ) adalah 9, g/cm. Sebuah lembaran tipis emas setebal, µm mengandung atom emas per cm sebanyak. (Bilangan Avogadro = 6, mol -.) 6, 9 6, 7 6,84 8 5,9 7 5,9 5 OSN Pertamina 4 Hal : /
. Diketahui rasio jumlah atom C 4 terhadap jumlah atom C di alam adalah :. Radioisotop C 4 meluruh dengan waktu paruh 57 tahun. Jika sampel dari sebuah fosil menunjukkan aktivitas radioisotop C 4 sebesar,9 Bq dan mengandung isotop C sebanyak gram, berarti umur fosil tersebut. (Bilangan Avogadro = 6, mol -, ln =,69, tahun =,56 6 detik.) antara 8 juta sampai 9 juta tahun antara 7 juta sampai 8 juta tahun antara 6 juta sampai 7 juta tahun antara 5 juta sampai 6 juta tahun antara 4 juta sampai 5 juta tahun. Sebuah silinder konduktor yang sangat panjang (radius R) dialiri arus I dengan rapat arus J R, adalah konstanta. Medan magnet B pada jarak r ( r R) dari pusat sumbu silinder adalah. r r R r r R r 4. Seberkas elektron dipercepat dengan beda potensial kv, lalu diarahkan ke suatu target logam. Sinar-X yang keluar dengan frekuensi tertinggi diarahkan ke suatu bahan kristal. Sinar-X terhambur ke arah 6 relatif terhadap arah datang dan menimbulkan pola terang pertama. Jarak bidang Bragg pada bahan tersebut adalah., angstrom,45 angstrom,6 angstrom,96 angstrom,4 angstrom OSN Pertamina 4 Hal : 4/
5. Sebuah bola beradius R, memiliki rapat muatan yang sebanding dengan kuadrat jarak dari pusat bola, yaitu AR, A adalah konstanta. Medan listrik pada jarak R/ dari pusat bola adalah. A AR AR 4 4 4 AR 5 AR 6. Sebuah partikel yang massa diamnya,5 MeV bergerak di dalam pipa yang panjangnya 8, cm, menurut pengamat di laboratorium. Energi total partikel itu,85 MeV. Menurut pengamat di laboratorium partikel itu bergerak di sepanjang pipa selama waktu T. Jika diamati menurut kerangka acuan partikel itu, lama waktu tempuh partikel adalah.,64 T,8 T,565 T,65 T,85 T Kerjakanlah soal nomor 7 dan 8 berdasarkan keterangan berikut. Seekor burung, massa, kg, berusaha menangkap ikan di laut. Dari ketinggian 4 m, burung tersebut menukik turun dengan laju awal m/det sedemikian hingga menyentuh permukaan air secara tegak lurus dengan laju m/s. Diperlukan waktu - detik agar seluruh tubuh burung masuk ke dalam air. Kemudian burung bergerak lurus dengan laju 8, m/s ke bawah. Sejauh m tepat di bawah burung seekor lumba-lumba sedang bergerak vertikal ke atas dengan laju m/s sambil mengeluarkan suara dengan frekuensi khz (kecepatan suara di air laut 5 m/s). 7. Saat menukik turun, burung mengalami gaya gesek udara dan saat menembus permukaan laut juga mengalami gaya karena air laut. Besar kedua gaya tersebut berturut-turut adalah.... 9,5 N dan 9,8 N 4,9 N dan 8, N. 9,8 N dan, N.,5 N dan 7,7 4 N.,5 N dan, 4 N. OSN Pertamina 4 Hal : 5/
8. Frekuensi suara lumba-lumba yang terdeteksi di detektor yang ditempelkan di burung...., Hz,6 Hz, Hz, Hz 9,4 Hz 9. Sebuah benda titik berada di permukaan bumi bergerak dalam lintasan parabola dengan persamaan y ax vertikal. Lagrangian benda titik tersebut adalah. 4ay L my mgy L my mgy 4ay L mx mgy 4ax L mx 4a x mgy L mx my mgy, y adalah sumbu. Sebuah molekul terdiri dari atom, yang masanya m dan m. Jarak antar kedua atom yaitu d. Molekul tersebut berotasi. Molekul itu bertransisi dari tingkat energi rotasi j ke j-, dengan j adalah bilangan kuantum momentum angular. Molekul memancarkan foton dengan frekuensi. j m m jm m mm d mm d j m m j j mm N.. mm d mm d j m m. m m d OSN Pertamina 4 Hal : 6/
. Tentukan nilai rata-rata vektor Poynting gelombang elektromagnetik terhadap waktu untuk fungsi gelombang berikut E ( x, t) E cos kxcos t, B ( x, t) B sin kxsin t. y EB EB sin kx y 4 EB EB sin kx. Pada model Einstein, bahan padat dimodelkan dengan sekumpulan fonon identik yang masing-masing dapat berenergi atau. Anggaplah, suatu bahan padat mempunyai fonon dan berenergi total 998 di temperatur 9 K dan tekanan, 5 Pa. Entropi bahan padat tersebut sebesar.... k ln 4995 J/K. k ln 79 J/K. k ln 66 J/K. k ln J/K. k ln 4 J/K.. Sistem osilator harmonik mempunyai energi ( n ) ev, dengan n =,,,,... Pada temperatur T, energi sistem tersebut dinyatakan dengan... (kt dalam ev, ) kt N ev. e ev. e ev. e ev. e ev. OSN Pertamina 4 Hal : 7/
4. Sebuah cincin tipis non konduktor (radius R) bermuatan Q yang terdistribusi homogen. Titik P terletak pada sumbu simetri (tegak lurus bidang cincin) berjarak x dari pusat cincin. Potensial listrik di titik P adalah. Q 4 x Q 4 R x Qx 4 R x Qx R 4 x QR 4 R x 5. Sebuah bola berjejari R memiliki rapat massa ρ yang homogen. Bola itu tidak pejal, melainkan di dalamnya terdapat sebuah rongga berbentuk bola, yang diameternya ½R. Posisi rongga ditunjukkan pada gambar di samping. Jika G menyatakan konstanta gravitasi universal, maka besar medan gravitasi bola tersebut di titik P seperti ditunjukkan pada gambar oleh panah putus-putus adalah. G R G R 5 6 G R 5 7 G R G R OSN Pertamina 4 Hal : 8/
6. Sebuah partikel bergerak dengan energi kinetik 5 MeV. Laju partikel itu,6c (c = laju cahaya di vakum = 8 m/s). Massa diam partikel itu setara dengan energi sebesar MeV. 7. Sebuah kawat tembaga dengan radius R dan panjang L dialiri arus listrik I yang terdistribusi homogen pada luas penampang lintangnya. Besar energi magnetik yang tersimpan dalam kawat tersebut adalah I L R I L L I 6 IL R OSN Pertamina 4 Hal : 9/ I L 6R 8. Sebuah muatan titik q Coulomb diletakkan pada jarak d dari keping konduktor berukuran sangat besar yang di-ground-kan. Kerapatan muatan (C/m ) di permukaan konduktor pada jarak D dari muatan tersebut adalah. q qd q d 4D qd D d qd 4 d D 9. Gelombang elektromagnetik (e.m.) bidang merupakan superposisi dari dua gelombang e.m. bidang yang saling orthogonal. Persamaan gelombang tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: E xˆe expi kz t yˆe expi kz t. Setelah melewati sebuah layar, kedua bagian gelombang mempunyai beda lintasan optis sebesar / k. Intensitas rata-rata gelombang e.m. setelah melewati layar adalah. E E E E E E E 5 E
. Sebuah kapasitor bola koaksial dengan radius dalam a dan radius luar b tersusun seperti pada gambar. Ruang kapasitor diisi dengan bahan dilektrik dengan permitivitas ε dan ε yang masingmasing mengisi tepat ½ volume total (lihat gambar). Kapasitas kapasitor tersebut adalah. C C C C C ε ε ab ( b a) ε εab ( b a) ab ε ε ( b a) ε εab ( b a) 6 ε εab ( b a). Sekeping koin yang massanya gram diletakkan di meja. Mulamula koin itu diam. Kemudian, koin itu digeser oleh sebuah gaya konstan sebesar,4 N. Setelah gaya itu berhenti bekerja, koin masih bergerak selama, detik, sampai akhirnya berhenti. Jika besar percepatan gravitasi m/s dan koefisien gesek koin dan meja,, kerja yang dilakukan gaya tersebut adalah sebesar., J, J,4 J, J 4, J. Eigenstate-eigenstate operator s z, yaitu dan, dipilih sebagai basis untuk menyatakan sembarang keadaan suatu sistem berspin. Untuk keadaan spin N, dengan N konstanta normalisasi, nilai harapan s x adalah. OSN Pertamina 4 Hal : /
,,,,4. Sebuah partikel berosilasi di sepanjang sumbu-x dalam pengaruh gaya F = -kx (k adalah konstanta) dengan amplitudo A dan frekuensi f. Kecepatan partikel pada posisi x = A/ adalah fa fa fa fa fa 4. Tentukan medan magnet dalam parameter I, a dan b pada titik origin yang disebabkan oleh loop berarus I seperti pada gambar. I a b a b I b b b a I b a a a b I b a ab a b I a a a a b b b a b b a b b a 5. Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian h terhadap lantai. Ketika memantul dari lantai kecepatan bola adalah 8% dari kecepatan sesaat tepat sebelum menumbuk lantai. Ketinggian bola maksimum setelah memantul dari lantai adalah,94 h,8 h,75 h,64 h,5 h OSN Pertamina 4 Hal : /
6. Sebuah partikel bermassa M bergerak dalam orbit lingkaran berjarijari r di bawah pengaruh gaya tarik-menarik F, dengan K K r adalah konstanta. Jika energi potensial pada jarak tak berhingga dari pusat gaya sama dengan nol, maka energi total partikel dalam orbit lingkaran tersebut adalah. K r K R K R K r 7. Sebuah bola yang jejarinya 5 cm diletakkan di air. Tampak / bagian bola berada di atas permukaan air. Kemudian seseorang menahan bola, sehingga bola seluruhnya berada di bawah permukaan air. Besar gaya yang dikerjakan orang itu pada bola adalah. N 5 N N 5 N N Kerjakanlah soal nomor 8 s.d. 4 berdasarkan keterangan berikut. Satu mol gas ideal monoatomik mengalami proses seperti pada gambar. Di keadaan B gas bertekanan P B =, 5 Pa pada temperatur 7 Pada proses AB kerja yang dilakukan pada gas sebesar 49 J, sementara pada proses BC energi dalam gas bertambah sebesar 49, Joule. Proses CA merupakan proses irreversibel. (Gunakanlah R=8, J/molK, ln =,, ln,6 =,47, dan ln =,69). OSN Pertamina 4 Hal : /
8. Tekanan gas di keadaan C sebesar...,6 4 Pa., 4 Pa.,5 5 Pa.,99 Pa., 5 Pa. 9. Kalor yang diserap gas selama proses ABC... 598, J. 49, J. -49, J. -598, J. -49, J. 4. Perubahan entropi gas selama proses irreversibel CA...,6 J/K.,6 J/K. -,8 J/K. 4,4 J/K.,8 J/K. OSN Pertamina 4 Hal : /