Soal dan Pembahasan UNBK Fisika 2019 (no 21 - no 25)

Soal 21

Pada sebuah eksperimen interferensi celah ganda digunakan cahaya hijau dengan panjang gelombang 5000 Å (l Å = 10^-10m) dan cahaya violet yang panjang gelombangnya 4000 A. Saat menggunakan cahaya hijau dengan jarak antar celah d, pola interferensi terbentuk pada layar yang berjarak L dari celah ganda. Saat digunakan cahaya violet, layar diatur agar jarak pita terang pertama dari terang pusat sama dengan ketika disinari cahaya hijau. Agar hal tersebut tercapai maka jarak celah ke layar harus dijadikan . . . .

A. 4L/5

B. 2L/5

C. 5L/4 

D. L/4

E. L/3
Jawab:
Pada sebuah eksperimen interferensi celah ganda Young berlaku hubungan
d sin θ = nλ atau d∆y/L = nλ
dengan: λ = panjang gelombang, ∆y = jarak terang ke-1, 2, 3, …, n dari terang pusat, d = jarak antar celah
dan L = jarak celah ke layar
dari soal, d, n dan ∆y dibiarkan tetap,
maka  1/L ∝ λ atau   λL = konstan
sehingga, λ_hL_h = λ_vL_v
5000 m x L = 4000 m x L_v
L_v = 5L/4

Soal 22
Perhatikan gambar cermin cembung pada persimpangan jalan!

Sebuah mobil mula-mula berada pada jarak 4 m di depan cermin cembung tersebut, kemudian mobil bergerak menjäuhi cermin sehingga jaraknya menjadi 6 m. Jika jari-jari kelengkungan cermin 24 m, maka perbandingan jarak bayangan mula-mula dengan jarak bayangan setelah mobil menjauh adalah . . . .
A. 1/4
B. 1/2
C. 3/4
D. 5/4 
E. 5/2

Jawab:
Fokus cermin f = –R/2 = –12 cm.
Jika mobil mula-mula berada pada jarak s = + 4 m di depan cermin cembung, maka
1/f = 1/s + 1/s’
1/(–12 cm) = 1/(4 m) + 1/s’
1/s’ = –4/(12 cm)
s' = –3 cm

Jika mobil mula-mula berada pada jarak s = + 6 m di depan cermin cembung, maka
1/f = 1/s + 1/s’
1/(–12 cm) = 1/(6 m) + 1/s’
1/s’ = –3/(12 cm)
s' = –4 cm

jadi, perbandingan jarak bayangan mula-mula dengan jarak bayangan setelah mobil menjauh adalah ¾

Soal 23
Alkohol yang suhunya 0°C bermassa 1 kg dipanaskan pada suatu pemanas. Grafik perubahan suhu terhadap kalor diberikan pada gambar di bawah ini.

 

Kalor yang dibutuhkan alkohol dari keadaan suhu 0°C sampai mencapai suhu 78°C dan seluruhnya telah berubah wujud adalah . . . . (kalor jenis alkohol = 2.400 J.kg^-l.⁰C^-l; kalor uap alkohol = 2,1 x 10⁵ J.kg^-l)
A. 187,2 kJ
B. 210,2 kJ
C. 397,2 kJ
D. 450,2 kJ
E. 497,2 kJ

Jawab:
Proses dari 0⁰C – 78⁰C (menaikan suhu),
Q₁ = mc∆T = 1 kg x 2400 J/kg⁰C x 78⁰C = 187200 J
Proses menguapkan sekuruh alkohol
Q₂ = mL_U = 1 kg x 2,1 x 10⁵ J.kg^-l = 210000 J
Maka, kalor total yang dibutuhkan adalah
Q = Q₁ + Q₂ = 397200 J = 397,2 kJ

Soal 24
Di sebuah laboratorium, sekelompok siswa melaksanakan percobaan tentang suhu dan kalor. Percobaan dilakukan dengan memasukkan es yang bersuhu -10⁰C ke dalam segelas air hangat yang bersuhu 50⁰ Massa es dan massa air hangat masing masing 100 gram dan 190,48 gram. Setelah es dimasukkan ke dalam air hangat, campuran diaduk secara perlahan sampai mencapai keseimbangan termal, dimana termometer menunjukkan suhu 0^OC, Pernyataan yang benar tentang kondisi es sekarang adalah . . . .
(kalor jenis es = 2.100 J.kg^-l.⁰C^-l; kalor jenis air  = 4.200 J.kg^-l.^oc^-l; kalor lebur es = 336.000 J.kg^-l)
A. es masih tersisa 50 gram
B. tidak ada es yang mencair
C. seluruh es telah mencair
D. setengah bagian es mencair
E. es masih tersisa 10 gram

Jawab:

Jika suhu akhir campuran 0⁰C artinya massa es sudah melebur seluruhnya atau sebagian.
Q₁ = m_esc_es ΔT_es = 0,1 kg x 2100 J/kg⁰C x 10⁰C = 2100 J

Q₂ = mL_lebur = m x 336.000 J.kg^-l = 336.000m (m = massa es yang melebur)

Q₃ = m_airc_airΔT_air = 0,19048 kg x 4200 J/kg⁰C x 50⁰C = 40000,08 J

maka: dengan menggunakan azas Black yaitu
Q₁ + Q₂ = Q₃
2100 J + 336.000m = 40000,08 J

m = 37900,08/336000 = 112,8 gram

(m > m_es artinya seluruh massa es telah melebur)

Soal 25
Amir akan memasangkan kaca pada mobilnya. Dia akan memilih kaca yang tepat agar panas pada siang hari tidak mudah merambat melalui kaca dari Iuar ke bagian dalam mobil. Suhu Iuar saat panas terik sebesar 38°C dan suhu bagian dalam mobil 20°C. Manakah jenis kaca yang tepat dipilih Amir?

Pilihan	Jenis kaca	Konduktivias, k (W.m-1.K-1)	Ketebalan (mm)
A.	I	0,6	6
B.	II	0,3	6
C.	III	0,3	4
D.	IV	0,6	4
E.	V	0,8	4

Jawab: B
agar panas tidak mudah merambat melalui kaca (laju kalor konduksi kaca kecil). Dengan menggunakan konsep Q/t = P = kAΔT/L, maka kita peroleh P_II < P_III < P_I < P_IV < P_V.