SOAL dan PEMBAHASAN KALOR

1. Air yang suhunya 100°C dan bermassa 300 gram dicampur dengan air yang bersuhu 20°C dan bermassa 200 gram. Jika kalor jenis air 4.200 J/Kg°C dan tidak ada kalor yang berpindah ke lingkungan maka suhu akhir campuran sebesar ?
   Pembahasan :
   Dik : m₁ = 300 g ; t₁ = 100⁰ C ; m₂ = 200 g ; t₂ = 20⁰ C
   Dit : t_c = ?
   Jawab :
   t_c = (m₁.t₁ + m₂.t₂)/(m₁+m₂)
   t_c = (300.100 + 200.20)/(300 + 200) = (30000 + 4000)/500 = 34000/500 = 68⁰ C


2. Kalor yang diperlukan air sebanyak 3 kg hingga mendidih adalah 756 kJ jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C maka mula mula air yaitu....
   pembahasan :
   Dik : m = 3 kg ; Q = 756 kJ = 756.000 J ; c = 4200 J/kg°C ; t₂ = 100⁰ C (mendidih)
   Dit : t₁ = ?
   Jawab :
   Q = m c (t₂ - t₁)
   756.000 = 3 . 4200 . (100 - t₁)
   756.000 = 12.600 . (100 - t₁)
   (100 - t₁) = 756.000/12.600
   (100 - t₁) = 60
   t₁ = 100 - 60 = 40⁰ C

SOAL dan PEMBAHASAN GELOMBANG MEKANIK

1. Jika simpul ke 6 suatu gelombang stasioner ujung bebas berada pada x = 22 cm, panjang gelombangnya adalah...
   pembahasan :
   simpul ke-6 terjadi saat x₆ = 11/4 λ
   maka 22 cm = 11/4 λ
   λ = 4/11 . 22 cm = 8 cm


2. Suatu gelombang stasioner mempunyai persamaan y=0.2 cos 5πx sin 10πt (y dan x dalam meter dan t dalam waktu). jarak antara ketiga simpul yang berturutan dari ujung pantul pada gelombang ini adalah...
   pembahasan :
   y=0.2 cos (kx) sin (wt)
   k=5π
   k = 2π/λ
   maka λ = 2π/k = 2π/5π = 0,4 m
   simpul ke-1 terjadi saat x₁ = 1/4 λ
   x₁ = 1/4 . 0,4 = 0,1 m
   simpul ke-2 terjadi saat x₂ = 3/4 λ
   x₂ = 3/4 . 0,4 = 0,3 m
   simpul ke-3 terjadi saat x₃ = 5/4 λ
   x₃ = 5/4 . 0,4 = 0,5 m
   


3. Dari suatu gelombang stasioner dengan ujung pantul tetap. diketahui bahwa laju gelombang 10 m/s dan frekuensi gelombang 5 Hz. jarak titik p dari ujung pantul yang merupakan perut kedua adalah...m
   pembahasan :
   v = 10 m/s   ;      f = 5 Hz
   λ = v/f = 10/5 = 2 m
   jarak perut kedua = 3/4 . λ = 3/4 . 2 m = 1,5 m


4. Gelombang tali merambat dari ujung A ke ujung B sepanjang 560 cm seperti gambar berikut ( terdapat 7λ (7 bukit 7 lembah)).  Jika cepat rambat gelombang 5 m/s, periode gelombang tersebut adalah....
   pembahasan :
   Dik : 7λ = 560 cm ; v = 5 m/s
   Dit : T = ?
   jawab :
   7λ = 560 cm maka λ = 560/7 = 80 cm = 0,8 m
   T = λ/v = 0,8/5 = 0,16 s

SOAL dan PEMBAHASAN USAHA dan ENERGI

1. Tubuh seberat 20kg dijatuhkan dari ketinggian 12m. hitung ketinggian dari tubuh saat memiliki akselerasi 12 m/s!
   Pembahasan :
   Dik : = = 20 kg ; h_awal = 12 m ; v_awal = 0 m/s (tubuh diam) ; v_akhir = 12 m/s
   Dit : h_akhir = ?
   EM_awal = EM_akhir
   (Ep+Ek)_awal = (Ep+Ek)_akhir
   m.g.h_awal + 1/2 mv²_awal = m.g.h_akhir + 1/2 mv²_akhir
   20.10.12 + 0 = 20.10.h_akhir + 1/2 . 20 . 12²
   2400 = 200h_akhir + 1440
   2400 - 1440 = 200 h_akhir
   960 = 200 h_akhir
   maka h_akhir = 960/200 = 4,8 m

SOAL dan PEMBAHASAN VEKTOR

1. Seorang anak berjalan lurus 2 m ke barat, kemudian berbelok ke selatan sejauh 6 m, dan belok lagi ke timut sejauh 10 m. Perpindahan yang dilakukan anak tersebut dari posisi awal adalah….
   Pembahasan :
   Perpindahan = panjang garis lurus dari titik awal ke titik akhir
   
   
   Dengan konsep phytagoras kita dapatkan 6 8 10
   Maka perpindahan = 10 m ke arah tenggara


2. Sebuah benda bergerak dengan lintasan seperti grafik berikut.
   
   
   
   Perpindahan yang dialami benda sebesar….m
   Pembahasan :
   Perpindahan = panjang garis lurus dari titik awal ke titik akhir
   
   
   
   Dengan konsep phytagoras kita dapatkan 15 8 17
   Maka perpindahan = 17 m


3. Seorang anak berlari menempuh jarak 80 m ke utara, kemudian membelok ke timur 80 m dan ke selatan 20 m. Besar perpindahan yang dilakukan anak tersebut adalah….
   Pembahasan :
   Perpindahan = panjang garis lurus dari titik awal ke titik akhir
   
   
   
   Dengan konsep phytagoras kita dapatkan 60 80 100
   Maka perpindahan = 100 m

SOAL dan PEMBAHASAN PENGUKURAN

1. Gambar berikut merupakan hasil bacaan pengukuran diameter silinder silinder logam dengan mikrometer sekrup.
   
   
   Laporan yang dituliskan adalah....
   pembahasan :
   


2. Pembacaan hasil pengukuran menggunakan jangka sorong yang ditunjukkan pada gambar berikut adalah....
   
pembahasan :



3. Dari hasil pengukuran plat seng, panjang 1,5 m dan lebar 1,20 m.  Luas plat seng menurut penulisan angka penting adalah....
   pembahasan :
   1,5 memiliki 2ap
   1,20 memiliki 3ap
   aturan perkalian angka penting = hasilnya harus memuat banyak ap yang paling sedikit (dalam soal ini 2ap)
   maka 1,5 x 1,20 = 1,800 (memiliki 4ap) harus dibulatkan menjadi 1,8 m² saja


4. Hasil pengukuran panjang dan lebar sebidang tanah berbentuk empat persegi panjang 15,35 m dan 12,5 m. Luas tanah tersebut menurut aturan angka penting adalah....
   pembahasan :
   15,35 memiliki 4ap
   12,5 memiliki 3ap
   aturan perkalian angka penting = hasilnya harus memuat banyak ap yang paling sedikit (dalam soal ini 3ap)
   maka 15,35 x 12,5 = 191,875 (memiliki 6ap) harus dibulatkan menjadi 192 m² saja


5. hasil pengurangan dari 825,16 gram - 515 gram berdasarkan aturan angka penting adalah....
   pembahasan :
   angka 825,16 memiliki angka taksiran di paling ujung yaitu 6 maka penulisannya menjadi 825,16
   515 memiliki angka taksiran di paling ujung yaitu 5 maka penulisannya menjadi 515
   sehingga 825,16 - 515 = 310,16
   aturan penjumlahan = hasil hanya boleh memiliki satu angka taksiran (yang diambil yang paling kiri) sehingga jika lebih dari satu angka taksiran harus dilakukan pembulatan
   maka hasilnya menjadi 310 gram


6. Pada pengukuran panjang benda, diperoleh hasil pengukuran 0,03020 m. Banyak angka penting hasil pengukuran adalah....
   pembahasan :
   angka 0 di sebelah kiri angka desimal bukan 0 adalah BUKAN angka penting, maka angka pentingnya adalah 0,03020 = memiliki 4ap


7. Sebuah benda, ketebalannya diukur dengan mikrometer sekerup seperti gambar.
   
   
   
   Hasil pengukuran ketebalan benda adalah....
   pembahasan :
   2 + 47(x0,01) = 2+0,47 = 2,47 mm

SOAL dan PEMBAHASAN FLUIDA STATIS

1. Sebuah dongkrak hidrolik digunakan mengangkat mobil yang beratnya 5000N.jika gaya tekan yang diberikan pada penumpang kecil 250N dan luas penampang besar 4 m2 tentukan lah 

   a.luas penampang kecil
   b.tekanan pada penampang kecil



2. Sebuah dongkrak hidrolik dengan luas pengisap kecil 10 cm2 dan luas pengisap besar 60 cm2 digunakan untuk mengangkat beban sebesar 6.000 N. Berapa gaya tekan yang harus diberikan pada pengisap kecil supaya beban tersebut terangkat?





3. Sebuah benda terapung pada zat cair yang massa jenisnya 800 kg/m³. Jika 1/4 bagian benda tidak tercelup dalam zat cair tersebut maka massa jenis benda adalah....
   pembahasan :
   Dik : ρ_c = 800 kg/m³ ; V_b = 1 - 1/4 = 3/4 V (bagian yang tercelup)
   Dit : ρ_b = ?
   Jawab :
   ρ_b/ρ_c = V_b/V
   ρ_b/800 = (3/4 V)/V
   ρ_b/800 = 3/4
   ρ_b = 3/4 . 800 = 600 kg/m³


4. Sebuah balok yang bervolume 13000 cm³ memiliki massa 78 kg dicelupkan kedalam air sehingga mengapung diatas air. maka volume balok yang terapung diatas permukaan air adalah (massa jenis air = 1 gr/cm3)
   pembahasan :
   Dik : m = 78 kg = 78.000 g ; V = 13000 cm³ ; ρ_c = 1 gr/cm³
   Dit : V yang terapung = ?
   Jawab :
   ρ_b = m/V = 78000/13000 = 6 gr/cm³
   karena ρ_b > ρ_c maka balok akan tenggelam seluruhnya


5. 
   
6. 
   
7. 
   
8. 
   
9. 
   
10. 
    
11. 
    
12. 
    

SOAL dan PEMBAHASAN HUKUM NEWTON tentang GRAVITASI

1. Dua benda masing – masing bermassa 3600 kg dan 8100 kg terpisah sejauh 150 km. 

   a. Tentukan resultan gaya gravitasi yang bekerja pada benda bermassa 100 kg yang diletakkan di antara kedua benda tersebut dengan jarak 50 km dari benda bermassa 3600 kg!
   b. Dimanakah benda bermassa 100 kg harus diletakkan agar resultan gaya gravitasi yang dialaminya sama dengan nol !

2.  Tiga benda langit terletak satu garis lurus. bila gaya gravitasi pada benda Mc = 0 dan besar Ma = 1/9 Mb serta jarak benda A ke B = 800 m. nilai X (jarak AC) adalah...... meter
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
8.  
9.  
10. 
    

SOAL dan Pembahasan Gerak Lurus

1. Sebuah benda dilempar vertikal ke bawah dari ketinggian 10 m dan kecepatan awal 2 m/s.  Jika g=10m/s² berapakah kecepatan benda ketika benda sampai dipermukaan bumi ?




2. Mobil bermassa 800 kg bergerak lurus dengan kecepatan awal 36 km/jam, setelah menempuh jarak 150 m kecepatannya menjadi 72 km/jam. Waktu tempuh mobil adalah….
   Pembahasan :
   Dik : m = 800 kg     ;    v₀ = 36 km/jam = 10 m/s ;    s = 150 m    ;     v_t = 72 km/jam = 20 m/s
   Dit : t = ?
   Jawab :
   Kita cari dulu percepatan mobil (a) dari rumus :
   v_t² = v₀² + 2.a.s
   20² = 10² + 2 a (150)
   400 = 100 + 300a
   400-100 = 300a
   300 = 300a
   Maka a = 1 m/s²
   Untuk mendapatkan nilai t kita bisa menggunakan rumus :
   v_t = v₀ + a.t
   20 = 10 + 1t
   20-10 = t
   Maka t = 10 s
   


3. Seorang pengendara mobil melaju dengan kecepatan 20 m/s. Ketika melihat ada “polisi tidur” di depannya dia menginjak rem dan mobil berhenti setelah 5 sekon kemudian. Maka jarak yang ditempuh mobil tersebut sampai berhenti adalah….
   Pembahasan :
   Dik : v₀ = 20 m/s   ;    t = 5 s    ;    v_t = 0 m/s(mobil berhenti)
   Dit : s = ?
   Jawab :
   Kita cari dulu percepatan mobil (a) dari rumus :
   v_t = v₀ – a.t
   0 = 20 – a.5
   5a = 20
   Maka a = 4 m/s²
   Untuk mendapatkan nilai s kita bisa menggunakan rumus :
   v_t² = v₀² – 2.a.s
   0 = 20² – 2 (4) s
   0 = 400 – 8s
   8s = 400
   Maka s = 50 m
   


4.  
5.  
6.  
7.  
8.  
9.  
10.  
11.  
12.  

SOAL dan PEMBAHASAN TERMODINAMIKA

1. Gas helium dengan massa 8 gram dipanaskan dalam bejana yang bebas memuai maka diperoleh kapasitas kalornya 50,4 J/K. Jika dipanaskan dalam bejana kokoh (tdk dapat memuai) diperoleh kapasitas kalornya 40,2 J/K, tetapan umum gas adalah....
     
         
2. Temperatur diruang pendingin dari kulkas -3°C sedangkan suhu diluar 30°C setiap jam kalor yang dikeluarkan dari ruangan pendingin 3,88×10⁶ joule. Berapa daya listrik yang digunakan kulkas?
       
   


3. Sebuah mesin carnot mengambil kalor pada resevoir tinggi sebanyak 1.050 joule.  Mesin tersebut memiliki suhu resevoir tinggi 427° Celcius dan suhu resevoir rendah 27° Celcius.  Usaha yang dilakukan mesin sebesar!



4. Mesin kalor Carnot mengambil kalor 8.000 J dari reservoir suhu tinggi dan membuang kalor 2.500 J dari reservoir suhu rendah.  Jika suhu reservoir tinggi 800 K.  Hitunglah
   a. suhu reservoir rendah
   b. efisiensi mesin



5. Dalam suatu ruangan terdapat AC yang mendinginkan ruangan dengan memindahkan kalor sebesar 4.500 J keluar ruangan.  Usaha yang dilakukan pada sistem ini 1.800 J  Berapakah koefisien kerja dan efisiensi AC!





6.  
7. 
   
8.  
9.  

TERMODINAMIKA

Hukum I Termodinamika

"Pada saat gas dalam ruang tertutup diberi kalor maka kalor tersebut akan dimanfaatkan untuk melakukan usaha dan merubah energi dalam".
Hubungan diatas dapat dinamakan kekekalan energi dan dituliskan sebagai berikut :

keterangan :
Q    = perubahan kalor sistem
W   = usaha sistem
ΔU = perubahan energi dalam
Aturan tanda positif dan negatif adalah sebagai berikut :

1. Q dianggap positif (+) apabila menyerap kalor
2. Q dianggap negatif (-) apabila melepas kalor
3. W dianggap (+) apabila usaha dilakukan oleh sistem
4. W dianggap (-) apabila lingkungan melakukan usaha pada sistem
5. ΔU (+) apabila energi dalam sistem bertambah
6. ΔU (-) apabila energi dalam sistem berkurang

Usaha pada proses Termodinamika

1. Proses Isobarik

Proses perubahan gas dengan tekanan tetap. Pada proses isobarik terjadi perubahan suhu pada sistem sehingga terjadi perubahan energi dalam.

Proses Isobarik

Usaha yang dilakukan oleh sistem pada proses isobarik adalah : 




2. Proses Isotermik

Proses perubahan gas dengan suhu tetap 

Proses Isotermik

Sehingga usaha yang dilakukan oleh sistem pada proses Isotermik :

3. Proses Isokhorik

Proses perubahan gas dengan volume tetap, sehingga sistem tidak melakukan kerja W = 0.  

Proses Ishokoris

4. Proses Adiabatik

Pada proses ini tidak ada kalor yang masuk dan tidak ada kalor yang keluar sistem, Q = 0,sehingga usaha sama dengan nilai negatif dari perubahan energi dalam.

Proses Adiabatik

Perubahan Energi dalam

1.  Gas monoatomik :

2.  Gas Diatomik

     a. Suhu rendah (± 250 K)

     b. Suhu sedang (± 500 K)

    c. Suhu tinggi (± 1.000 K)

keterangan :
W   = usaha sistem (J)
ΔU = perubahan energi dalam (J)
P    = tekanan (Pa)
V   = volume (m³)
n    = jumlah zat (mol)
R   = tetapan umum gas
ΔT  = perubahan suhu (K)

Kapasitas Kalor

Kapasitas Kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar 1 kelvin

Ada dua macam kapasitas kalor pada gas, yaitu kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (Cv ). Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap besarnya dapat diturunkan dari pada proses isobarik. Persamaan ini berlaku untuk gas. Kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikkan suhunya dapat dilakukan pada tekanan tetap (proses isobarik) atau pada volume tetap (proses isokorik). Oleh karena itu, pada gas ada dua jenis kapasitas kalor, yaitu kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (Cv). Secara matematis dapat ditulis seperti berikut.

 

Keterangan:

Q_V : kalor yang diberikan pada volume tetap

Q_p : kalor yang diberikan pada tekanan tetap

C_p – C_v =nR 

Kapasitas Kalor Untuk Gas Monoatomik

Kapasitas Kalor Untuk Gas Diatomik

a. Suhu Rendah ( ± 250 K)

  , sehingga dan
Besarnya konstanta Laplace ( γ ) adalah :

b. Suhu Sedang ( ± 500 K)

, sehingga dan
Besarnya konstanta Laplace ( γ ) adalah :

 c. Suhu Tinggi ( ± 1000 K)

, sehingga dan
Besarnya konstanta Laplace ( γ ) adalah :

 

Siklus Carnot

Proses Pada Siklus Carnot

Berdasarkan gambar diatas dapat dijelaskan siklus Carnot sebagai berikut.

1. Proses AB adalah pemuaian isotermal pada suhu T₁. Pada proses ini sistem menyerap kalor Q₁ dari reservoir bersuhu tinggi T₁ dan melakukan usaha W_AB.
2. Proses BC adalah pemuaian adiabatik. Selama proses ini berlangsung suhu sistem turun dari T₁ menjadi T₂ sambil melakukan usaha W_BC.
3. Proses CD adalah pemampatan isoternal pada suhu T2. Pada proses ini sistem menerima usaha W_CD dan melepas kalor Q₂ ke reservoir bersuhu rendah T₂.
4. Proses DA adalah pemampatan adiabatik. Selama proses ini suhu sistem naik dari T₂ menjadi T₁ akibat menerima usaha W_DA.

Siklus Carnot merupakan dasar dari mesin ideal yaitu mesin yang memiliki efisiensi tertinggi yang selanjutnya disebut mesin Carnot. Usaha total yang dilakukan oleh sistem untuk satu siklus sama dengan luas daerah di dalam siklus pada diagram p – V. Mengingat selama proses siklus Carnot sistem menerima kalor Q₁ dari reservoir bersuhu tinggi T₁ dan melepas kalor Q₂ ke reservoir bersuhu rendah T₂, maka usaha yang dilakukan oleh sistem menurut hukum I termodinamika adalah sebagai berikut.

Dalam menilai kinerja suatu mesin, efisiensi merupakan suatu faktor yang penting. Untuk mesin kalor, efisiensi mesin ( η) ditentukan dari perbandingan usaha yang dilakukan terhadap kalor masukan yang diberikan. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

Untuk siklus Carnot berlaku hubungan , sehingga efisiensi mesin Carnot dapat dinyatakan sebagai berikut.

Keterangan:

η : efisiensi mesin Carnot
T₁ : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)
T₂ : suhu reservoir bersuhu rendah (K)

Ternyata FISIKA itu Mudah

Hampir kebanyakan murid ketika masuk jam pelajaran FISIKA akan langsung loyo, muak, rumit bahkan ngantuk. Semua itu sebetulnya bisa terjadi karena adanya kesalahpahaman dalam proses pengenalan fisika yang diberikan oleh guru yang bersangkutan.  Apabila sedari awal guru bisa memberi kesan bahwa FISIKA itu menyenangkan maka muridpun tidak akan membenci pelajaran FISIKA karena pada dasarnya FISIKA itu mudah.