Pembahasan Fisika No. 21 - 25 TKD Saintek SBMPTN 2017 Kode Naskah 157

Pembahasan soal Fisika Tes Kemampuan Dasar Sains dan Teknologi (TKD Saintek) Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) tahun 2017 Kode Naskah 157 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang:

• kalor, 
• termodinamika, 
• gelombang, 
• induksi elektromagnetik, dan 
• arus bolak balik.

Soal No. 21 tentang Soal Kalor

Kalor sebesar 1000 J yang diserap es bersuhu 0 ℃ menyebabkan es sepenuhnya mencair dengan suhu akhir 10 ℃. Jika kalor lebur es sama dengan 340 kJ/kg dan kalor jenis air sama dengan 4200 J/kg ℃ maka massa es sama dengan ….

A.   2,61 g
B.   2,22 g
C.   1,24 g
D.   0,09 g
E.   0,40 g

Pembahasan

Data yang perlu disesuaikan satuannya pada soal di atas adalah kalor lebur es.

L = 340 kJ/kg
   = 340.000 J/kg

Berikut ini grafik penyerapan kalor pada persoalan di atas.

Kalor Q yang diserap oleh es digunakan untuk mengubah wujud menjadi air (Q₁) dan menaikkan suhu sampai 10 ℃ (Q₂).

     Q = Q₁ + Q₂
         = mL + mc∆t
1000 = m×340.000 + m×4.200 × 10
1000 = 340.000m + 42.000m
1000 = 382.000m
     m = 1/382 kg
         = 1000/382 g
         = 2,61 g

Jadi, massa es tersebut adalah 2,61 g (A).

Soal No. 22 tentang Termodinamika

Sebuah mesin uap yang mempunyai efisiensi 80% dari efisiensi idealnya bekerja di dua reservoir panas yang temperaturnya T₁ = 327 ℃ dan T₂. Daya mesin uap tersebut 3000 watt. Jika besarnya kalor yang dilepaskan setiap detiknya ke reservoir T₂ adalah 4500 joule maka T₂ adalah ….A.   27 ℃
B.   77 ℃
C.   127 ℃
D.   177 ℃
E.   227 ℃

Pembahasan

Diketahui:

η_m = 80% efisiensi ideal

T₁ = 327 ℃
     = (327 + 273) K
     = 600 K

P = 3000 watt
    = 3000 J/s
       (dalam tiap sekon dihasilkan usaha W = 3000 J)

Q₂ = 4500 J

Usaha yang dihasilkan suatu mesin merupakan selisih antara kalor yang diterima dan kalor dilepas.

W = Q₁ − Q₂    →    Q₁ = W + Q₂

Sedangkan efisiensi suatu mesin merupakan perbandingan antara usaha yang dihasilkan terhadap kalor yang diterima.

η_m = W/Q₁
     = W/(W + Q₂)
     = 3000/(3000+4500)
     = 0,4
     = 40%

Disebutkan dalam soal bahwa efisiensi mesin uap tersebut adalah 80% efisiensi idealnya. Sedangkan efisiensi mesin ideal atau mesin Carnot dirumuskan:

η = 1 − T₂/T₁

Sehingga,

     η_m = 80% × η
  40% = 80% × (1 − T₂/T₁)
    0,5 = 1 − T₂/T₁
T₂/T₁ = 1 − 0,5
     T₂ = 0,5 × T₁
          = 0,5 × 600 K
          = 300 K
          = (300 − 273) ℃
          = 27 ℃

Jadi, suhu pada T₂ adalah 27 ℃ (A).

Soal No. 23 tentang Gelombang

Seutas tali yang tipis disambung dengan tali yang lebih tebal kemudian diikatkan pada tembok yang kokoh, seperti pada gambar.

Jika pada salah satu ujung tali yang tipis diberi gangguan maka terjadi perambatan gelombang ke arah kanan. Pada saat itu di A ….A.   sebagian gelombang diteruskan dan sebagian dipantulkan dengan fase yang sama dengan gelombang datang
B.   semua gelombang diteruskan menuju B
C.   sebagian gelombang diteruskan dan sebagian dipantulkan
D.   semua gelombang dipantulkan
E.   panjang gelombang yang dipantulkan dan diteruskan sama

Pembahasan

Ketika gelombang mengalami hambatan (gelombang berjalan dari tali tipis ke tali tebal) maka:

• sebagian gelombang mengalami transmisi (diteruskan) dan sebagian lagi mengalami refleksi (dipantulkan) [pernyataan C benar, sedangkan pernyataan B dan D salah]
• gelombang yang dipantulkan mengalami perubahan sudut fase sedangkan gelombang yang diteruskan tidak mengalami perubahan fase [pernyataan A salah]
• kecepatan gelombang yang diteruskan lebih rendah daripada kecepatan gelombang yang dipantulkan
• panjang gelombang yang diteruskan lebih panjang daripada panjang gelombang yang dipantulkan [opsi E salah]
• tegangan pada tali tipis sama dengan tegangan pada tali tebal

Jadi, pernyataan yang benar adalah opsi (C).

Soal No. 24 tentang Induksi Elektromagnetik

Dua kawat persegi panjang ditempatkan seperti pada gambar.

Apabila arus listrik I pada kawat luar mengalir berlawanan dengan arah jarum jam dan berkurang maka arus listrik induksi pada kawat dalam akan ….A.   mengalir searah jarum jam dan mengecil
B.   mengalir searah jarum jam dan membesar
C.   mengalir berlawanan arah jarum jam dan membesar
D.   mengalir berlawanan arah jarum jam dan mengecil
E.   mengalir berlawanan arah jarum jam dan konstan

Pembahasan

Ketika arus listrik I mengalir pada kawat luar maka di sekitar kawat tersebut timbul induksi magnet. Karena arus yang mengalir berkurang (berubah) maka terjadi perubahan induksi magnet.

Perubahan induksi magnet ini menyebabkan kawat dalam terinduksi. Maka timbullah arus induksi pada kawat dalam.

Sesuai dengan hukum Lenz, arah arus induksi yang timbul menentang arah penyebabnya. Sehingga arah arus induksi tersebut searah dengan arah jarum jam.

Karena arus I yang melalui kawat luar semakin berkurang maka perubahan induksi magnet pun juga semakin berkurang. Akibatnya, arus induksi yang terjadi pada kawat dalam juga semakin mengecil.

Jadi, arus induksi pada kawat dalam mengalir searah jarum jam dan mengecil (A).

Soal No. 25 tentang Arus Bolak Balik

Sumber arus bolak balik memiliki amplitudo tegangan 200 V dan frekuensi sudut 25 Hz mengalir melalui hambatan R = 200 Ω dan kapasitor C = 100/π μF yang disusun seri. Kuat arus yang melalui kapasitor tersebut adalah ….

A.   1/4 √2 A
B.   1/2 √2 A
C.   √2 A
D.   2√2 A
E.   5√2 A

Pembahasan

Rangkaian listrik pada soal di atas adalah rangkaian R-C (resistor – kapasitor).

Kita tentukan dulu nilai hambatan kapasitor yang dikenal dengan istilah reaktansi kapasitif (X_C).

Selanjutnya kita tentukan hambatan total yang rangkaian yang dalam arus bolak balik dikenal dengan istilah impedansi (Z).

Karena resistor dan kapasitor tersusun seri maka kuat arus yang melalui kapasitor sama dengan kuat arus yang melalui resistor. Kuat arus tersebut merupakan kuat arus rangkaian yang dirumuskan:

Jadi, kuat arus yang melalui kapasitor tersebut adalah 1/2 √2 A (B).

Bagikan Artikel ini