Pembahasan UTBK Fisika 2021 Listrik Dinamis

SOAL DAN PEMBAHASAN UTBK 2021
FISIKA - Rangkaian Arus Searah

Soal Nomor 1

Lampu LED dengan daya 2 W digunakan dalam suatu ruangan selama 4 jam tanpa henti. Ruangan di atasnya menggunakan lampu pijar dengan daya 5 kali daya lampu LED dan digunakan selama 2 jam. Perbandingan energi yang dikonsumsi oleh lampu LED dan lampu pijar adalah...
A. 1 : 5
B. 2 : 5
C. 3 : 5
D. 4 : 5
E. 1 : 1

Diketahui :
$P_{LED} = 2 \ W$
$t_{LED} = 4 \ jam$
$P_{pijar} = 5 \times P_{LED} = 10 \ W$
$t_{pijar} = 2 \ jam$

Ditanya :
Perbandingan $\frac{W_{LED}}{W_{pijar}}$

Jawab : B. 2 : 5
$$\begin{aligned} \frac{W_{LED}}{W_{pijar}} &= \frac{P_{LED} \cdot t_{LED}}{P_{pijar} \cdot t_{pijar}} \\ &= \frac{2 \cdot 4}{10 \cdot 2} \\ &= \frac{8}{20} \\ &= \frac{2}{5} \end{aligned}$$

Baca Juga : Pembahasan soal UTBK (Materi Kelas XI Semester 2)

Soal Nomor 2

Jika amperemeter $A_1$, menunjukkan nilai 6 A maka hasil pengukuran $A_2$ adalah ...

A. 0,25 A
B. 0,75 A
C. 1,50 A
D. 3,00 A
E. 6,00 A

Diketahui :
$A_1 = 6 \ A$
$R_3 = 6 \ \Omega$
 
Ditanya :
$R$ = ...?

Jawab : D. 3,00 A
Karena hambatan $6 \ \Omega$ dan R dipasang secara paralel, sehingga pada kedua hambatan tersebut memiliki beda potensial yang besarnya sama dengan $V_{sumber}$, yaitu sebesar 18 V. Sehingga $V_2 = V_3 = 18 \ V$.

Menghitung besar $I_3$
$$\begin{aligned} I_3 &= \frac{V_3}{R_3} \\ &= \frac{18}{6} \\ &= 3 \ A \end{aligned}$$

Menghitung besar $I_2$ yang ditunjukkan pada $A_2$
$$\begin{aligned}  \Sigma I_{masuk} &= \Sigma I_{keluar} \\ I_1 &= I_2 + I_3 \\ 6 \ A &= I_2 + 3 \ A \\ I_2 &= 6 \ A - 3 \ A \\ &= 3 \ A \end{aligned}$$

Soal Nomor 3

Perhatikan gambar rangkaian berikut ini!

Kelima baterai tersebut memiliki ggl masing-masing sebesar ${\varepsilon}_1 = {\varepsilon}_2 = 6 V, {\varepsilon}_3 = {\varepsilon}_4 = {\varepsilon}_5 = 4 V$, dan hambatan dalam masing-masing baterai $r_1 = r_2 = 0,3 \ \Omega$ dan $r_3 = r_4 = r_5 = 0,2 \ \Omega$. Jika $R = 10 \ \Omega$, kuat arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut sebesar ...
A. 1,16 A
B. 2,16 A
C. 3,16 A
D. 4,16 A
E. 5,16 A
    
Diketahui :

${\varepsilon}_1 = {\varepsilon}_2 = 6 V$
${\varepsilon}_3 = {\varepsilon}_4 = {\varepsilon}_5 = 4 V$
$r_1 = r_2 = 0,3 \ \Omega$
$r_3 = r_4 = r_5 = 0,2 \ \Omega$
$R = 10 \ \Omega$

Ditanya :
$I$ = ...?

Jawab : A. 1,16 A
Meninjau baterai 1 dan 2 (disusun seri), sehingga
$$\begin{aligned} V_{1,2} &= {\varepsilon}_1 + {\varepsilon}_2 \\ &= 6 + 6 \\ &= 12 \ V \\ \\ r_{1,2} &= r_1 + r_2 \\ &= 0,3 + 0,3 \\ &= 0,6 \ \Omega \end{aligned}$$

Meninjau baterai 3, 4 dan 5 (disusun seri), sehingga
$$\begin{aligned} V_{3,4,5} &= {\varepsilon}_1 + {\varepsilon}_1 + {\varepsilon}_2 \\ &= 4 + 4 + 4 \\ &= 12 \ V \\ \\ r_{3,4,5} &= r_3 + r_4 + r_5 \\ &= 0,2 + 0,2 + 0,2 \\ &= 0,6 \ \Omega  \end{aligned}$$
Sehingga, rangkaian menjadi :

Menghitung hambatan dalam total ($r_{total}$)
$$\begin{aligned} \frac{1}{r_{total}} &= \frac{1}{r_{1,2}} + \frac{1}{r_3,4,5} \\ &= \frac{1}{0,6} +\frac{1}{0,6} \\ &= \frac{2}{0,6} \\ r_{total} &= \frac{0,6}{2} \\ &= 0,3 \ \Omega \end{aligned}$$

Menghitung hambatan total ($R_{total}$)
$$\begin{aligned} R_{total} &= r_{total} + R \\ &= 0,3 + 10 \\ &= 10,3 \ \Omega \end{aligned}$$

Menghitung V total Karena baterai 1 dan 2 dipasang secara paralel terhadap baterai 3,4,5 maka beda potensialnya sama, sehingga $V_{total} = 12 \ V$.
Sehingga rangkaiannya menjadi :

Menghitung kuat arus pada rangkaian ($I$)
$$\begin{aligned} I &= \frac{V}{R_{total}} \\ &= \frac{12}{10,3} \\ &= 1,165 \ A \end{aligned}$$