LATIHAN SOAL PERSIAPAN USP FISIKA 2021 (Part 2)

Mesin Carnot
Sebuah mesin Carnot membangkitkan tenaga 2000 joule dari reservoir bertemperatur 1200 K ke reservoir 400 K, maka mesin pada saat itu menghabiskan energi sebesar ….
A. 2500 J
B. 3000 J
C. 3200 J
D. 3600 J
E. 6000 J

Lihat jawaban:

$$\begin{aligned} \frac{W}{Q_1} &= \frac {T_1 – T_2}{T_1} \nonumber\\ \frac{2000}{Q_1} &= \frac {1200 – 400}{1200} \nonumber\\ \frac{2000}{Q_1} &= \frac {800}{1200} \nonumber\\ Q_1 &= \frac{1200 \times 2000}{800} \nonumber\\ &= 3000 \ Joule \ (B)\nonumber \end{aligned}$$  

Gelombang berjalan
Sebuah gelombang berjalan dinyatakan dengan persamaan $y = 0,01 \ sin \pi(100t-0,5x)$, dengan x dan y dalam m sertta t dalam s.

(1) Amplitude gelombang 1 cm
(2) Frekuensi gelombang 50 Hz
(3) Cepat rambat gelombang 200 m/s
(4) Gelombang merambat ke kanan
Pernyataan yang tepat ditunjukkan oleh nomor ….
A. (1) dan (2)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (4)
D. (1), (2) dan (3)
E. (1), (2), (3) dan (4)

Lihat jawaban:

Persamaan gelombang berjalan : $$\begin{aligned} y &= A \ sin(\omega t \pm kx) \nonumber\\ y &= 0,01 \ sin \pi(100t-0,5x) \nonumber\\ &=0,01 \ sin(100 \pi t – 0,5 \pi x) \nonumber \end{aligned}$$ (1) Amplitudo = 0,01 meter = 1 cm (benar) (2) Frekuensi gelombang (f) $$\begin{aligned} f &= \frac{\omega}{2\pi} \nonumber\\ &=\frac{100 \pi}{2\pi} \nonumber\\ &= 50 \ Hz \ (benar) \nonumber \end{aligned}$$ (3) Cepat rambat gelombang : $$\begin{aligned} v&=\frac{\omega}{k} \nonumber\\ &=\frac{100 \pi}{0,5 \pi} \nonumber\\ &= 200 \ m/s \ (benar) \nonumber \end{aligned}$$ (4) Arah rambat gelombang Persamaan gelombang $y = 0,01 \ sin(100 \pi t \ – \ 0,5 \pi x)$ Tanda minus pada $(100 \pi t \ – \ 0,5 \pi x)$, menyatakan gelombang merambat ke arah kanan (benar) Jadi jawabannya adalah opsi D. (1), (2), (3) dan (4)  

Melde
Dawai dipetik menghasilkan gelombang stasioner dengan panjang gelombang 40 m dan periode 2 sekon. Jika massa per satuan panjang dawai $2 \times 10^{-2} kg/m$, gaya yang mengenai
dawai dawai tersebut sebesar . . . .
A. 0,04 N
B. 0,08 N
C. 4,0 N
D. 8,0 N
E. 40 N

Lihat jawaban:

Mencari besar kecepatan gelombang $$\begin{aligned} v&= \frac{\lambda}{T} \nonumber\\ &=\frac{40 \ m}{2 \ s} \nonumber\\ &= 20 \ m/s \nonumber \end{aligned}$$ Mencari besar gaya pada dawai (persamaan Melde) $$\begin{aligned} v&= \sqrt{\frac{F}{\mu}} \nonumber\\ v^2 &= \frac{F}{\mu} \nonumber\\ 20^2 &= \frac{F}{2\times10^{-2}} \nonumber\\ F &= 400 \times 2\times 10^{-2} \nonumber\\ &= 8 \ N \ (D) \nonumber \end{aligned}$$  

Tumbukan lenting sempurna
Benda A bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 3 m/s menumbuk benda B bermassa 1 kg yang diam. Jika tumbukan kedua benda lenting sempurna, kecepatan benda pertama dan kedua setelah tumbukan adalah…
A.${v_A}’$ = 2 m/s dan ${v_B}’$ = -2 m/s
B.${v_A}’$ = 1 m/s dan ${v_B}’$ = 6 m/s
C.${v_A}’$ = 1 m/s dan ${v_B}’$ = 4 m/s

D.${v_A}’$ = 1 m/s dan ${v_B}’$ = 3 m/s
E.${v_A}’$ = 1 m/s dan ${v_B}’$ = 2 m/s

Lihat jawaban:

Hukum kekekalan momentum $$\begin{aligned} m_1 v_1 + m_2 v_2 &= m_1 {v_1}' + m_2 {V_2}' \nonumber\\ (2 \times 3) + (1 \times 0) &= (2 \times {v_1}') + (1 \times {V_2}') \nonumber\\ 6 + 0 &= 2{v_1}' + {V_2}' \nonumber\\ 6 &= 2{v_1}' + {V_2}' \end{aligned}$$ Koefisien restitusi (e) = 1 $$\begin{aligned} e &= -\left(\frac{v_2’ – v_1’}{v_2 – v_1}\right) \nonumber\\ 1 &= -\left(\frac{v_2’ – v_1’}{0 – 3}\right) \nonumber\\ -3 &= - ({v_2}’ – {v_1}') \nonumber\\ -3 &= -{v_2}’ + {v_1}' \nonumber\\ -3 &= {v_1}’ - {v_2}' .... 1 \nonumber \end{aligned}$$ Eliminasi persamaan 1 dan 2 $$\begin{aligned} 2{v_1}' + {V_2}' &= 6 \nonumber\\ {v_1}'- {v_2}’ &= -3 \nonumber\\ --------+ \nonumber\\ 3 {v_1}' &= 3 \nonumber\\ {v_1}' &= \frac{3}{3} \nonumber\\ {v_1}' &= 1 \ m/s \ ke \ kanan \nonumber \end{aligned}$$ Mencari kecepatan benda 2 setelah tumbukan $$\begin{aligned} {v_1}'- {v_2}’ &= -3 \nonumber\\ 1 - {v_2}’ &= -3 \nonumber\\ - {v_2}’ &= -4 \nonumber\\ {v_2}’ &= 4 \ m/s \ ke \ kanan \nonumber \end{aligned}$$  

Gravitasi
Nilai percepatan gravitasi di permukaan Bumi adalah P. Planet Yona memiliki massa 4 kali massa Bumi dan jari-jarinya 2 kali jari-jari Bumi. Percepatan gravitasi di permukaan planet Yona adalah ….
A. 0,25P
B. 0,5P
C. P
D. 2P
E. 4P

Lihat jawaban:

$$\begin{aligned} \frac{g_B}{g_P} &= \frac{m_B}{m_P} \times \frac{{R_P}^2}{{R_B}^2} \nonumber\\ \frac{P}{g_P} &= \frac{m_B}{4.m_B} \times \frac{({2.R_B})^2}{({R_B})^2} \nonumber\\ \frac{P}{g_P} &= \frac{1}{4} \times \frac{4}{1} \nonumber\\ \frac{P}{g_P} &= 1 \nonumber\\ {g_P} &= P \ (C) \nonumber \end{aligned}$$