1. Download di sini
2. Download di sini
3. Download di sini
Pembahasan soal OSN fisika SMP tingkat kabupaten/kota – Gerak lurus
Gerak Jatuh Bebas
1. Soal Olimpiade Sains Nasional fisika SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.5
Perhatikan gambar berikut!
Gerakan
kelapa jatuh (gambar I) dan gerak bola yang dilempar vertikal ke atas
hingga titik tertinggi oleh seorang siswa (gambar II) memiliki jenis
gerak….
1. Soal Olimpiade Sains Nasional fisika SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.5
Perhatikan gambar berikut!
Gerakan
kelapa jatuh (gambar I) dan gerak bola yang dilempar vertikal ke atas
hingga titik tertinggi oleh seorang siswa (gambar II) memiliki jenis
gerak….
Pembahasan
Gambar 1 = gerak jatuh bebas = gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat
Gambar 2 = gerak vertikal ke atas = gerak lurus berubah beraturan (GLBB) diperlambat
Jawaban yang benar adalah A.
Grafik Gerak LurusGambar 1 = gerak jatuh bebas = gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat
Gambar 2 = gerak vertikal ke atas = gerak lurus berubah beraturan (GLBB) diperlambat
Jawaban yang benar adalah A.
2. Soal Olimpiade Sains Nasional fisika SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.12
Jika benda dilempar ke atas dari permukaan bumi, maka grafik besar percepatan yang dialami benda adalah….
PembahasanKetika benda dilempar ke atas dari permukaan bumi, percepatan yang dialami benda adalah percepatan gravitasi bumi. Besar percepatan gravitasi bumi bernilai konstan yakni 9,8 m/s2 dan arah percepatan gravitasi bumi selalu menuju pusat bumi.
Percepatan konstan ditandai oleh garis lurus sejajar sumbu t dan tegak lurus dengan sumbu a.
Jawaban yang benar adalah D.
3. Soal Olimpiade Sains Nasional fisika SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.13
Sebuah
benda bergerak dengan laju yang digambarkan seperti pada grafik di
samping ini. Jarak yang ditempuh benda selama 20 detik adalah….- 600 m
- 500 m
- 200 m
- 100 m
Pembahasan
Jarak tempuh selama 0 – 10 sekon = luas persegi + luas segitiga
Luas persegi = (20-0)(10-0) = (20)(10) = 200 meter
Luas segitiga = (1/2)(10-0)(40-20) = (1/2)(10)(20) = (5)(20) = 100 meter
Jarak tempuh selama 0 – 10 sekon = 200 meter + 100 meter = 300 meter
Jarak tempuh selama 10 – 20 sekon = luas segitiga
Luas segitiga = (1/2)(20-10)(40-0) = (1/2)(10)(40) = (5)(40) = 200 meter
Jarak tempuh selama 0 – 10 sekon = luas persegi + luas segitiga
Luas persegi = (20-0)(10-0) = (20)(10) = 200 meter
Luas segitiga = (1/2)(10-0)(40-20) = (1/2)(10)(20) = (5)(20) = 100 meter
Jarak tempuh selama 0 – 10 sekon = 200 meter + 100 meter = 300 meter
Jarak tempuh selama 10 – 20 sekon = luas segitiga
Luas segitiga = (1/2)(20-10)(40-0) = (1/2)(10)(40) = (5)(40) = 200 meter
Jarak tempuh benda selama 0 – 20 sekon :
300 meter + 200 meter = 500 meter
Jawaban yang benar adalah B.
4. Soal Olimpiade Sains Nasional fisika SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.14
Gerak tiga buah benda, masing-masing digambarkan dengan grafik di bawah ini.
Pernyataan yang benar untuk gerak ketiga benda adalah….
Pembahasan
Grafik benda 1 = Grafik percepatan (a) dan waktu (t)
Berdasarkan grafik, benda bergerak dengan percepatan konstan atau benda bergerak lurus berubah beraturan. Percepatan konstan ditunjukkan oleh garis lurus yang memotong sumbu percepatan (a).
Grafik benda 2 = Grafik kecepatan (v) dan waktu (a)Gerak tiga buah benda, masing-masing digambarkan dengan grafik di bawah ini.
Pernyataan yang benar untuk gerak ketiga benda adalah….PembahasanGrafik benda 1 = Grafik percepatan (a) dan waktu (t)
Berdasarkan grafik, benda bergerak dengan percepatan konstan atau benda bergerak lurus berubah beraturan. Percepatan konstan ditunjukkan oleh garis lurus yang memotong sumbu percepatan (a).
Berdasarkan grafik, benda bergerak dengan kecepatan konstan atau benda bergerak lurus beraturan. Kecepatan konstan ditunjukkan oleh garis lurus yang memotong sumbu kecepatan (v).
Grafik benda 3 = Grafik perpindahan (x) dan waktu (a)
Berdasarkan grafik, tampak perpindahan benda selalu tetap. Ini artinya benda tidak bergerak atau benda diam. Benda diam ditunjukkan oleh garis lurus yang memotong sumbu perpindahan (x).
Jawaban yang benar adalah A.
5. Soal Olimpiade Sains Nasional fisika SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.19
Posisi sebuah benda yang bergerak di sepanjang sumbu x ditunjukkan oleh grafik berikut ini.
Grafik tersebut menunjukkan bahwa benda bergerak dengan laju konstan pada selang waktu antara….- 5 s/d 15 detik dan 25 s/d 35 detik
- 0 s/d 5 detik dan 35 s/d 40 detik
- 15 s/d 25 detik
- 0 s/d 5 detik, 15 s/d 25 detik dan 35 s/d 40 detik
Pembahasan
5 s/d 15 detik dan 25 s/d 35 detik = jarak benda selalu tetap atau benda diam
0 s/d 5 detik, 15 s/d 25 detik dan 35 s/d 40 detik = jarak benda selalu berubah secara teratur selang waktu yang sama atau benda bergerak dengan laju konstan.
Jawaban yang benar adalah D.
Kecepatan5 s/d 15 detik dan 25 s/d 35 detik = jarak benda selalu tetap atau benda diam
0 s/d 5 detik, 15 s/d 25 detik dan 35 s/d 40 detik = jarak benda selalu berubah secara teratur selang waktu yang sama atau benda bergerak dengan laju konstan.
Jawaban yang benar adalah D.
6. Soal Olimpiade Sains Nasional fisika SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.7
Seorang pemburu dengan mobilnya sedang mengejar seekor rusa. Mobil melaju dengan kecepatan 72 km/jam dan rusa berlari dengan kecepatan 64,8 km/jam. Ketika jarak antara mobil dan rusa 2012 m sang pemburu menembakkan senapannya. Peluru keluar dari laras senapan dengan laju 200 m/s terhadap laras senapan. Peluru mengenai rusa setelah waktu….
- 0,5 sekon
- 1 sekon
- 1,25 sekon
- 1,5 sekon
Pembahasan
Diketahui :
Kelajuan mobil (vb) = 72 km/jam = (72)(1000 m) / 3600 s = 20 m/s
Kelajuan rusa (vr) = 64,8 km/jam = (64,8)(1000 m) / 3600 s = 64800 m / 3600 s = 18 m/s
Ketika senapan ditembakkan, jarak antara mobil dan rusa (s) = 202 meter
Kelajuan peluru (vp) = 20 m/s + 200 m/s = 220 m/s
Senjata dipegang pemburu yang berada di dalam mobil yang bergerak dengan kelajuan 20 m/s sehingga kelajuan peluru ditambahkan juga dengan kelajuan mobil.
Ditanya : Peluru mengenai rusa setelah selang waktu….
Jawab :
Anggap saja mobil dan rusa bergerak lurus dengan kecepatan tetap.
Rumus kecepatan : v = s / t atau s = v t
Keterangan rumus : v = kelajuan, s = jarak, t = waktu
Jarak tempuh rusa = 202 + Xr = 202 + vr t = 202 + 18 tDiketahui :
Kelajuan mobil (vb) = 72 km/jam = (72)(1000 m) / 3600 s = 20 m/s
Kelajuan rusa (vr) = 64,8 km/jam = (64,8)(1000 m) / 3600 s = 64800 m / 3600 s = 18 m/s
Ketika senapan ditembakkan, jarak antara mobil dan rusa (s) = 202 meter
Kelajuan peluru (vp) = 20 m/s + 200 m/s = 220 m/s
Senjata dipegang pemburu yang berada di dalam mobil yang bergerak dengan kelajuan 20 m/s sehingga kelajuan peluru ditambahkan juga dengan kelajuan mobil.
Ditanya : Peluru mengenai rusa setelah selang waktu….
Jawab :
Anggap saja mobil dan rusa bergerak lurus dengan kecepatan tetap.
Rumus kecepatan : v = s / t atau s = v t
Keterangan rumus : v = kelajuan, s = jarak, t = waktu
Jarak tempuh peluru = Yp = vp t = 220 t
Ketika peluru mengenai rusa, jarak tempuh peluru = jarak tempuh rusa.
Jarak tempuh rusa = Jarak tempuh peluru
202 + 18 t = 220 t
202 = 220 t – 18 t
202 = 202 t
t = 202/202
t = 1 sekon
Jawaban yang benar adalah B.
Pembahasan soal OSN fisika SMP tingkat kabupaten/kota – Energi dan daya listrik, gerak partikel bermuatan
Energi dan Daya Listrik
1. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.53
Tarif energi listrik per kWh adalah Rp. 400,-. Di sebuah rumah pesawat TV 100 Watt setiap hari bekerja rata-rata 4 jam dan 2 lampu masing-masing 20 Watt digunakan 10 jam/hari. Biaya pemakaian energi listrik per bulan (30 hari) sebesar….
A. Rp. 4.800,-
B. Rp. 9.600,-
C. Rp. 19.200,-
D. Rp. 21.120,-
Pembahasan
Diketahui :
Tarif energi listrik adalah Rp. 400/kWh
Daya TV = 1 x 100 Watt = 100 Watt dan waktu pemakaian TV = 4 jam x 30 = 120 jam
Daya lampu = 2 x 20 Watt = 40 Watt dan waktu pemakaian lampu = 10 jam x 30 = 300 jam
Ditanya : Biaya pemakaian energi listrik per bulan
Jawab :
Energi listrik = daya listrik x waktu pemakaian
Energi listrik TV = 100 Watt x 120 jam = 12.000 Watt jam
Energi lampu = 40 Watt x 300 jam = 12.000 Watt jam
Tarif energi listrik per kWh adalah Rp. 400,-. Di sebuah rumah pesawat TV 100 Watt setiap hari bekerja rata-rata 4 jam dan 2 lampu masing-masing 20 Watt digunakan 10 jam/hari. Biaya pemakaian energi listrik per bulan (30 hari) sebesar….
A. Rp. 4.800,-
B. Rp. 9.600,-
C. Rp. 19.200,-
D. Rp. 21.120,-
Pembahasan
Diketahui :
Tarif energi listrik adalah Rp. 400/kWh
Daya TV = 1 x 100 Watt = 100 Watt dan waktu pemakaian TV = 4 jam x 30 = 120 jam
Daya lampu = 2 x 20 Watt = 40 Watt dan waktu pemakaian lampu = 10 jam x 30 = 300 jam
Ditanya : Biaya pemakaian energi listrik per bulan
Jawab :
Energi listrik = daya listrik x waktu pemakaian
Energi listrik TV = 100 Watt x 120 jam = 12.000 Watt jam
Energi lampu = 40 Watt x 300 jam = 12.000 Watt jam
Energi total = 12.000 Watt jam + 12.000 Watt jam = 24.000 Watt jam = 24 kilo Watt jam = 24 kilo Watt hour = 24 kWh
Biaya pemakaian energi listrik per bulan = (24 kWh)(Rp. 400/kWh) = (24)(Rp. 400) = Rp. 9.600,-
Jawaban yang benar adalah B.
Biaya pemakaian energi listrik per bulan = (24 kWh)(Rp. 400/kWh) = (24)(Rp. 400) = Rp. 9.600,-
Jawaban yang benar adalah B.
2. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.55
Dua buah lampu masing-masing bertuliskan 24 Watt / 12 Volt dihubungkan paralel, lalu dihubungkan secara seri dengan resistor 2 Ohm. Rangkaian ini kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan sehingga kedua lampu menyala dengan tingkat terang hanya 25% dari terang maksimumnya. Jika salah satu lampu tiba-tiba putus, maka lampu yang lain menyala dengan daya….
A. 12 Watt
B. 7,5 Watt
C. 6 Watt
D. 3 Watt
Pembahasan
Rumus daya :
P = V I
I = P V
atau
P = V I —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / R
R = V2 / P
atau
P = V I —–> V = I R
P = (I R) I
P = I2 R
I2 = P / R
Keterangan : P = daya listrik, V = tegangan listrik, I = kuat arus listrik, R = hambatan lampu
Dua buah lampu masing-masing bertuliskan 24 Watt / 12 Volt dihubungkan paralel, lalu dihubungkan secara seri dengan resistor 2 Ohm. Rangkaian ini kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan sehingga kedua lampu menyala dengan tingkat terang hanya 25% dari terang maksimumnya. Jika salah satu lampu tiba-tiba putus, maka lampu yang lain menyala dengan daya….
A. 12 Watt
B. 7,5 Watt
C. 6 Watt
D. 3 Watt
Pembahasan
Rumus daya :
P = V I
I = P V
atau
P = V I —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / R
R = V2 / P
atau
P = V I —–> V = I R
P = (I R) I
P = I2 R
I2 = P / R
Keterangan : P = daya listrik, V = tegangan listrik, I = kuat arus listrik, R = hambatan lampu
Hitung hambatan rangkaian :
Dua buah lampu masing-masing bertuliskan 24 Watt / 12 Volt, artinya masing-masing lampu menyala terang maksimum dengan daya 24 Watt jika terpasang pada tegangan 12 Volt.
Hambatan masing-masing lampu dihitung menggunakan rumus daya :
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 Ohm
Kedua lampu terangkai paralel sehingga hambatan penggantinya adalah :
1/R12 = 1/R1 + 1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 Ohm
Kedua lampu terangkai seri dengan resistor 2 Ohm sehingga hambatan penggantinya adalah :
R = 3 Ohm + 2 Ohm = 5 Ohm
Jadi hambatan rangkaian = R = 5 Ohm.
Dua buah lampu masing-masing bertuliskan 24 Watt / 12 Volt, artinya masing-masing lampu menyala terang maksimum dengan daya 24 Watt jika terpasang pada tegangan 12 Volt.
Hambatan masing-masing lampu dihitung menggunakan rumus daya :
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 Ohm
Kedua lampu terangkai paralel sehingga hambatan penggantinya adalah :
1/R12 = 1/R1 + 1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 Ohm
Kedua lampu terangkai seri dengan resistor 2 Ohm sehingga hambatan penggantinya adalah :
R = 3 Ohm + 2 Ohm = 5 Ohm
Jadi hambatan rangkaian = R = 5 Ohm.
Hitung kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian :
Jika kedua lampu menyala dengan tingkat terang 25% maka kedua lampu menyala dengan daya 25/100 x 24 Watt = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 Watt.
Kuat arus listrik yang mengalir pada lampu dihitung menggunakan rumus daya :
I2 = P / R = 6 Watt / 6 Ohm = 1 Ampere
Kuat arus listrik yang mengalir pada masing-masing lampu adalah 1 Ampere. Kedua lampu terangkai paralel karenanya menurut hukum I Kirchhoff, kuat arus listrik total yang mengalir pada kedua lampu adalah 2 Ampere. Kedua lampu dihubungkan secara seri dengan resistor 2 Ohm sehingga kuat arus listrik yang mengalir pada resistor 2 Ohm juga bernilai 2 Ampere.
Jadi kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian = I = 2 Ampere.
Jika kedua lampu menyala dengan tingkat terang 25% maka kedua lampu menyala dengan daya 25/100 x 24 Watt = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 Watt.
Kuat arus listrik yang mengalir pada lampu dihitung menggunakan rumus daya :
I2 = P / R = 6 Watt / 6 Ohm = 1 Ampere
Kuat arus listrik yang mengalir pada masing-masing lampu adalah 1 Ampere. Kedua lampu terangkai paralel karenanya menurut hukum I Kirchhoff, kuat arus listrik total yang mengalir pada kedua lampu adalah 2 Ampere. Kedua lampu dihubungkan secara seri dengan resistor 2 Ohm sehingga kuat arus listrik yang mengalir pada resistor 2 Ohm juga bernilai 2 Ampere.
Jadi kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian = I = 2 Ampere.
Hitung tegangan listrik sumber ggl :
Tegangan listrik adalah :
V = I R = (2 Ampere)(5 Ohm) = 10 Volt
Ini adalah tegangan sumber GGL yang nilainya tidak berubah baik sebelum salah satu lampu putus maupun setelah salah satu lampu putus.
Tegangan listrik adalah :
V = I R = (2 Ampere)(5 Ohm) = 10 Volt
Ini adalah tegangan sumber GGL yang nilainya tidak berubah baik sebelum salah satu lampu putus maupun setelah salah satu lampu putus.
Hitung hambatan rangkaian setelah salah satu lampu putus :
Jika salah satu lampu putus maka lampu lainnya yang masih menyala terangkai seri dengan resistor 2 Ohm. Dengan demikian, hambatan rangkaian berubah menjadi :
R = 6 Ohm + 2 Ohm = 8 Ohm
Jika salah satu lampu putus maka lampu lainnya yang masih menyala terangkai seri dengan resistor 2 Ohm. Dengan demikian, hambatan rangkaian berubah menjadi :
R = 6 Ohm + 2 Ohm = 8 Ohm
Hitung kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian setelah salah satu lampu putus :
Kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah :
I = V / R = 10 Volt / 8 Ohm = 1,25 Ampere
Lampu dan resistor terangkai seri sehingga kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian = kuat arus listrik yang mengalir pada lampu = kuat arus listrik yang mengalir pada resistor.
Kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah :
I = V / R = 10 Volt / 8 Ohm = 1,25 Ampere
Lampu dan resistor terangkai seri sehingga kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian = kuat arus listrik yang mengalir pada lampu = kuat arus listrik yang mengalir pada resistor.
Hitung daya lampu :
Setelah salah satu lampu putus, lampu lainnya menyala dengan daya sebesar :
P = V I = (10 Volt)(1,25 Ampere) = 12,5 Watt
Setelah salah satu lampu putus, lampu lainnya menyala dengan daya sebesar :
P = V I = (10 Volt)(1,25 Ampere) = 12,5 Watt
Gerak elektron
3. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.54
Diketahui massa elektron 9,1 x 10-31 kg dan muatan elektron 1,6 x 10-19 C. Beda potensial yang diperlukan untuk mempercepat sebuah elektron dari laju 1 x 105 m/s menjadi 3 x 105 m/s adalah….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Pembahasan
Diketahui :
Massa elektron (m) = 9,1 x 10-31 kg
Muatan elektron (q) = 1,6 x 10-19 C
Kelajuan awal (vo) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Kelajuan akhir (vt) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010 m2/s2
Ditanya : Beda potensial (V) yang diperlukan untuk mempercepat sebuah elektron
Jawab :
Perubahan energi potensial listrik = q V = (1,6 x 10-19 C) V
Perubahan energi kinetik = EKt – EKo = 1/2 m (vt2 – vo2) = 1/2 (9,1 x 10-31 kg)(9 x 1010 m2/s2 – 1 x 1010 m2/s2) = (4,55 x 10-31 kg)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 x 10-21 kg m2/s2
Diketahui massa elektron 9,1 x 10-31 kg dan muatan elektron 1,6 x 10-19 C. Beda potensial yang diperlukan untuk mempercepat sebuah elektron dari laju 1 x 105 m/s menjadi 3 x 105 m/s adalah….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Pembahasan
Diketahui :
Massa elektron (m) = 9,1 x 10-31 kg
Muatan elektron (q) = 1,6 x 10-19 C
Kelajuan awal (vo) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Kelajuan akhir (vt) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010 m2/s2
Ditanya : Beda potensial (V) yang diperlukan untuk mempercepat sebuah elektron
Jawab :
Perubahan energi potensial listrik = q V = (1,6 x 10-19 C) V
Perubahan energi kinetik = EKt – EKo = 1/2 m (vt2 – vo2) = 1/2 (9,1 x 10-31 kg)(9 x 1010 m2/s2 – 1 x 1010 m2/s2) = (4,55 x 10-31 kg)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 x 10-21 kg m2/s2
Energi bersifat kekal sehingga energi potensial listrik berubah menjadi energi kinetik :
EPL yang hilang = EK yang muncul
(1,6 x 10-19) V = 36,4 x 10-21
V = 36,4 x 10-21 / 1,6 x 10-19
V = 22,75 x 10-2 Volt
V = 227,5 x 10-3 Volt
V = 227,5 miliVolt
Jawaban yang benar adalah D.
EPL yang hilang = EK yang muncul
(1,6 x 10-19) V = 36,4 x 10-21
V = 36,4 x 10-21 / 1,6 x 10-19
V = 22,75 x 10-2 Volt
V = 227,5 x 10-3 Volt
V = 227,5 miliVolt
Jawaban yang benar adalah D.
4. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.56
Di sebuah laboratorium seberkas elektron ditembakkan ke arah Utara. Dari atas diamati bahwa berkas itu berbelok ke kiri. Kemudian seberkas elektron ditembakkan ke arah Selatan. Dari atas diamati bahwa berkas itu berbelok ke kiri. Ini berarti di tempat itu terdapat….
A. medan listrik yang arahnya ke Barat
B. medan listrik yang arahnya ke Timur
C. medan magnetik yang arahnya ke atas
D. medan magnetik yang arahnya ke bawah
Pembahasan
Elektron bermuatan listrik sehingga dapat digerakkan oleh gaya listrik maupun gaya magnet ketika elektron berada dalam medan listrik atau medan magnet. Perbedaannya adalah gaya listrik dapat menggerakkan elektron baik ketika elektron diam maupun ketika elektron bergerak, sedangkan gaya magnet hanya bisa menggerakan elektron ketika elektron sedang bergerak.
Perbedaan lainnya adalah gaya listrik searah dengan medan listrik, sedangkan gaya magnet tegak lurus dengan medan magnet. Jadi jika elektron digerakkan oleh gaya listrik maka arah gerak elektron sama dengan arah medan listrik, sebaliknya bila elektron digerakkan oleh gaya magnet maka arah gerak elektron sama dengan arah gaya magnet yang tegak lurus dengan arah medan magnet.
Di sebuah laboratorium seberkas elektron ditembakkan ke arah Utara. Dari atas diamati bahwa berkas itu berbelok ke kiri. Kemudian seberkas elektron ditembakkan ke arah Selatan. Dari atas diamati bahwa berkas itu berbelok ke kiri. Ini berarti di tempat itu terdapat….
A. medan listrik yang arahnya ke Barat
B. medan listrik yang arahnya ke Timur
C. medan magnetik yang arahnya ke atas
D. medan magnetik yang arahnya ke bawah
Pembahasan
Elektron bermuatan listrik sehingga dapat digerakkan oleh gaya listrik maupun gaya magnet ketika elektron berada dalam medan listrik atau medan magnet. Perbedaannya adalah gaya listrik dapat menggerakkan elektron baik ketika elektron diam maupun ketika elektron bergerak, sedangkan gaya magnet hanya bisa menggerakan elektron ketika elektron sedang bergerak.
Perbedaan lainnya adalah gaya listrik searah dengan medan listrik, sedangkan gaya magnet tegak lurus dengan medan magnet. Jadi jika elektron digerakkan oleh gaya listrik maka arah gerak elektron sama dengan arah medan listrik, sebaliknya bila elektron digerakkan oleh gaya magnet maka arah gerak elektron sama dengan arah gaya magnet yang tegak lurus dengan arah medan magnet.
Berdasarkan soal di atas tampak bahwa
ketika elektron ditembakkan ke utara, elektron dibelokkan ke kiri (ke
arah barat) dan ketika elektron ditembakkan ke selatan, elektron
dibelokkan ke kiri (ke arah timur). Jika elektron dibelokkan oleh gaya
listrik maka arah gaya listrik yang sama dengan arah medan listrik,
selalu berubah-ubah. Arah medan listrik seharusnya konstan. Jadi
elektron tidak dibelokkan oleh gaya listrik.
Dapat disimpulkan bahwa yang membelokkan elektron adalah gaya magnet. Untuk menentukan arah gaya magnet (arah elektron dibelokkan), arah medan magnet dan arah elektron ditembakkan, gunakan aturan tangan kanan.
Terapkan aturan tangan kanan seperti penjelasan berikut. Rentangkan tangan kanan, tegakkan ibu jari dan rapatkan keempat jari lainnya. Posisikan agar ibu jari menujuk arah utara (arah gerak elektron) dan keempat jari menunjuk ke arah barat (arah gaya magnet = arah elektron dibelokkan), maka punggung tangan kanan menunjuk ke bawah (arah medan magnet). Sebaliknya posisikan agar ibu jari menunjuk ke arah selatan (arah gerak elektron) dan keempat jari menunjuk ke arah timur (arah gaya magnet = arah elektron dibelokkan), maka punggung tangan kanan menunjuk ke bawah (arah medan magnet). Dapat disimpulkan bahwa elektron berada di dalam medan magnet yang arahnya ke bawah.
Jawaban yang benar adalah D.
Dapat disimpulkan bahwa yang membelokkan elektron adalah gaya magnet. Untuk menentukan arah gaya magnet (arah elektron dibelokkan), arah medan magnet dan arah elektron ditembakkan, gunakan aturan tangan kanan.
Terapkan aturan tangan kanan seperti penjelasan berikut. Rentangkan tangan kanan, tegakkan ibu jari dan rapatkan keempat jari lainnya. Posisikan agar ibu jari menujuk arah utara (arah gerak elektron) dan keempat jari menunjuk ke arah barat (arah gaya magnet = arah elektron dibelokkan), maka punggung tangan kanan menunjuk ke bawah (arah medan magnet). Sebaliknya posisikan agar ibu jari menunjuk ke arah selatan (arah gerak elektron) dan keempat jari menunjuk ke arah timur (arah gaya magnet = arah elektron dibelokkan), maka punggung tangan kanan menunjuk ke bawah (arah medan magnet). Dapat disimpulkan bahwa elektron berada di dalam medan magnet yang arahnya ke bawah.
Jawaban yang benar adalah D.
Pembahasan soal OSN fisika SMP tingkat kabupaten/kota – Hukum Ampere, GGL induksi, transformator
Hukum Ampere
1. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.55
Menurut H.C. Oersted, arus listrik menimbulkan medan magnet. Dengan mengembangkan pendapat itu, maka kumparan berarus listrik juga menimbulkan medan magnet. Kumparan yang jika berarus listrik menghasilkan medan magnet yang serupa medan magnet yang ditimbulkan oleh sebuah magnet batang adalah…
A. toroida
B. selenoida
C. kawat melingkar
D. kumparan berbentuk persegi panjang
Pembahasan
Magnet batang mempunyai dua kutub magnet yakni kutub utara dan selatan. Medan magnet yang ditimbulkan oleh magnet batang jika digambarkan berupa garis-garis medan magnet, garis-garis tersebut keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan.
Medan
magnet yang ditimbulkan oleh magnet batang serupa dengan medan magnet
yang ditimbulkan oleh selenoida, seperti pada gambar di samping.
Selenoida adalah kumparan kawat panjang yang mempunyai banyak lilitan. Gambar di samping menunjukkan contoh pembuatan magnet dengan cara dililiti kumparan kawat berarus listrik. arah kutub magnet dapat diketahui menggunakan kaidah tangan kanan.
Rentangkan tangan kanan, posisikan agar telapak tangan kanan menghadap ke wajah. Tegakkan ibu jari dan tekuk keempat jari lainnya ke depan menuju wajah. Arah tekukan keempat jari sama dengan arah aliran arus listrik pada kumparan, sedangkan ibu jari menunjuk ke arah kutub utara medan magnet. Ibu jari menujuk ke arah N sehingga N merupakan kutub utara magnet dan M merupakan kutub selatan magnet.
Jawaban yang benar adalah B.
Menurut H.C. Oersted, arus listrik menimbulkan medan magnet. Dengan mengembangkan pendapat itu, maka kumparan berarus listrik juga menimbulkan medan magnet. Kumparan yang jika berarus listrik menghasilkan medan magnet yang serupa medan magnet yang ditimbulkan oleh sebuah magnet batang adalah…
A. toroida
B. selenoida
C. kawat melingkar
D. kumparan berbentuk persegi panjang
Pembahasan
Magnet batang mempunyai dua kutub magnet yakni kutub utara dan selatan. Medan magnet yang ditimbulkan oleh magnet batang jika digambarkan berupa garis-garis medan magnet, garis-garis tersebut keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan.
Medan
magnet yang ditimbulkan oleh magnet batang serupa dengan medan magnet
yang ditimbulkan oleh selenoida, seperti pada gambar di samping.Selenoida adalah kumparan kawat panjang yang mempunyai banyak lilitan. Gambar di samping menunjukkan contoh pembuatan magnet dengan cara dililiti kumparan kawat berarus listrik. arah kutub magnet dapat diketahui menggunakan kaidah tangan kanan.
Rentangkan tangan kanan, posisikan agar telapak tangan kanan menghadap ke wajah. Tegakkan ibu jari dan tekuk keempat jari lainnya ke depan menuju wajah. Arah tekukan keempat jari sama dengan arah aliran arus listrik pada kumparan, sedangkan ibu jari menunjuk ke arah kutub utara medan magnet. Ibu jari menujuk ke arah N sehingga N merupakan kutub utara magnet dan M merupakan kutub selatan magnet.
Jawaban yang benar adalah B.
Toroida
2. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.59
Medan magnet yang ditimbulkan oleh toroida yang dialiri arus listrik mempunyai arah….
A. tegak lurus bidang toroida
B. melingkar
C. bolak balik
D. bergantung waktu
Pembahasan
Toroida adalah selenoida yang berbentuk lingkaran sehingga menggunakan kaidah tangan kanan, medan magnet yang ditimbulkan toroida mempunyai arah melingkar.
Jawaban yang benar adalah B.
Medan magnet yang ditimbulkan oleh toroida yang dialiri arus listrik mempunyai arah….
A. tegak lurus bidang toroida
B. melingkar
C. bolak balik
D. bergantung waktu
Pembahasan
Toroida adalah selenoida yang berbentuk lingkaran sehingga menggunakan kaidah tangan kanan, medan magnet yang ditimbulkan toroida mempunyai arah melingkar.
Jawaban yang benar adalah B.
GGL Induksi
3. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.58
Sebuah magnet yang digerakkan masuk ke dalam sebuah kumparan, maka antara ujung-ujung kumparan akan terjadi gaya gerak listrik induksi, peristiwa ini disebabkan karena….
A. terjadi perubahan arah medan magnet yang memotong kumparan
B. terjadi perubahan kutub-kutub magnet yang memotong kumparan
C. terjadi perubahan jumlah garis gaya magnet yang memotong kumparan
D. terjadi pengurangan jumlah garis gaya magnet yang memotong kumparan
Pembahasan
Gaya
gerak listrik induksi dihasilkan oleh medan magnet yang berubah.
Besarnya GGL induksi tidak bergantung pada laju perubahan medan magnet
tetapi bergantung pada laju perubahan fluks magnetik. Fluks magnetik
adalah jumlah garis medan magnet yang melewati kumparan. Secara
matematis rumus fluks magnetik adalah ΦB = B A cos θ. Jika
garis medan magnet tegak lurus luas permukaan kumparan maka sudut yang
terbentuk antara garis medan magnet dengan garis normal adalah 0o, di mana cosinus 0o = 1. Apabila garis medan magnet sejajar dengan luas permukaan kumparan maka sudut yang terbentuk adalah 90o, di mana cosinus 90o
= 0. Jadi fluks magnetik bernilai minimum ketika garis medan magnet
sejajar dengan luas permukaan kumparan dan bernilai maksimum ketika
garis medan magnet tegak lurus dengan luas permukaan kumparan.
Besar ggl induksi dihitung menggunakan rumus hukum induksi Faraday :
Sebuah magnet yang digerakkan masuk ke dalam sebuah kumparan, maka antara ujung-ujung kumparan akan terjadi gaya gerak listrik induksi, peristiwa ini disebabkan karena….
A. terjadi perubahan arah medan magnet yang memotong kumparan
B. terjadi perubahan kutub-kutub magnet yang memotong kumparan
C. terjadi perubahan jumlah garis gaya magnet yang memotong kumparan
D. terjadi pengurangan jumlah garis gaya magnet yang memotong kumparan
Pembahasan
Gaya
gerak listrik induksi dihasilkan oleh medan magnet yang berubah.
Besarnya GGL induksi tidak bergantung pada laju perubahan medan magnet
tetapi bergantung pada laju perubahan fluks magnetik. Fluks magnetik
adalah jumlah garis medan magnet yang melewati kumparan. Secara
matematis rumus fluks magnetik adalah ΦB = B A cos θ. Jika
garis medan magnet tegak lurus luas permukaan kumparan maka sudut yang
terbentuk antara garis medan magnet dengan garis normal adalah 0o, di mana cosinus 0o = 1. Apabila garis medan magnet sejajar dengan luas permukaan kumparan maka sudut yang terbentuk adalah 90o, di mana cosinus 90o
= 0. Jadi fluks magnetik bernilai minimum ketika garis medan magnet
sejajar dengan luas permukaan kumparan dan bernilai maksimum ketika
garis medan magnet tegak lurus dengan luas permukaan kumparan.Besar ggl induksi dihitung menggunakan rumus hukum induksi Faraday :
Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya
gerak listrik induksi membangkitkan arus listrik yang arahnya berlawanan
dengan asal perubahan fluks. Pernyataan ini disebut hukum Lenz.
Jawaban yang benar adalah C.
Jawaban yang benar adalah C.
4. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.58
GGL induksi yang timbul pada suatu kumparan besarnya bertambah secara linear terhadap waktu. Jika luas permukaan kumparan tetap dan medan magnet berarah tegak lurus permukaan kumparan, maka grafik medan magnet yang mungkin untuk kondisi ini adalah….
GGL induksi yang timbul pada suatu kumparan besarnya bertambah secara linear terhadap waktu. Jika luas permukaan kumparan tetap dan medan magnet berarah tegak lurus permukaan kumparan, maka grafik medan magnet yang mungkin untuk kondisi ini adalah….
Pembahasan
Besar ggl induksi dihitung menggunakan rumus hukum induksi Faraday :
Besar ggl induksi dihitung menggunakan rumus hukum induksi Faraday :
Jika medan listrik tegak lurus permukaan kumparan maka :
Keterangan :
Jika medan magnet tegak lurus permukaan kumparan maka rumus fluks magnet adalah :
B = medan magnet, A = luas permukaan kumparan.
Luas permukaan kumparan bernilai tetap dan medan magnet berarah tegak lurus permukaan kumparan sehingga bernilai tetap.
Jadi berdasarkan rumus di atas, dapat disimpulkan bahwa yang mempengaruhi nilai ggl induksi adalah laju perubahan fluks, bila laju perubahan fluks semakin besar maka GGL induksi semakin besar.
Jawaban yang benar adalah B.
Luas permukaan kumparan bernilai tetap dan medan magnet berarah tegak lurus permukaan kumparan sehingga bernilai tetap.
Jadi berdasarkan rumus di atas, dapat disimpulkan bahwa yang mempengaruhi nilai ggl induksi adalah laju perubahan fluks, bila laju perubahan fluks semakin besar maka GGL induksi semakin besar.
Jawaban yang benar adalah B.
Transformator
5. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.54
Perhatikan pernyataan berikut!
1. Jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder
2. Tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder
3. Arus primer lebih besar daripada arus sekunder
4. Daya primer lebih kecil daripada daya sekunder
Pernyataan yang sesuai dengan ciri-ciri trafo step up adalah….
A. pernyataan 1 dan 2
B. pernyataan 1 dan 3
C. pernyataan 2 dan 3
D. pernyataan 2 dan 4
Pembahasan
Transformator atau trafo adalah alat untuk mengubah tegangan listrik arus bolak balik (AC). Trafo terdiri dari dua jenis yakni trafo step up dan trafo step down. Trafo step up berfungsi menaikkan tegangan dan trafo step down berfungsi menurunkan tegangan listrik.
Trafo step up berfungsi menaikan tegangan sehingga ciri-cirinya adalah :
1. Tegangan primer lebih kecil, tegangan sekunder lebih besar
2. Arus listrik primer lebih besar, arus listrik sekunder lebih kecil
3. Jumlah lilitan primer lebih sedikit, jumlah lilitan sekunder lebih banyak
Perhatikan pernyataan berikut!
1. Jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder
2. Tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder
3. Arus primer lebih besar daripada arus sekunder
4. Daya primer lebih kecil daripada daya sekunder
Pernyataan yang sesuai dengan ciri-ciri trafo step up adalah….
A. pernyataan 1 dan 2
B. pernyataan 1 dan 3
C. pernyataan 2 dan 3
D. pernyataan 2 dan 4
Pembahasan
Transformator atau trafo adalah alat untuk mengubah tegangan listrik arus bolak balik (AC). Trafo terdiri dari dua jenis yakni trafo step up dan trafo step down. Trafo step up berfungsi menaikkan tegangan dan trafo step down berfungsi menurunkan tegangan listrik.
Trafo step up berfungsi menaikan tegangan sehingga ciri-cirinya adalah :1. Tegangan primer lebih kecil, tegangan sekunder lebih besar
2. Arus listrik primer lebih besar, arus listrik sekunder lebih kecil
3. Jumlah lilitan primer lebih sedikit, jumlah lilitan sekunder lebih banyak
Ciri-ciri trafo step down berfungsi menurunkan tegangan sehingga ciri-cirinya adalah :
1. Tegangan primer lebih besar, tegangan sekunder lebih kecil
2. Arus listrik primer lebih kecil, arus listrik sekunder lebih besar
2. Jumlah lilitan primer lebih banyak, jumlah lilitan sekunder lebih sedikit
2. Arus listrik primer lebih kecil, arus listrik sekunder lebih besar
2. Jumlah lilitan primer lebih banyak, jumlah lilitan sekunder lebih sedikit
Daya listrik adalah energi listrik yang
digunakan selama selang waktu tertentu. Energi bersifat kekal karenanya
daya juga bersifat kekal. Jadi energi listrik pada kumparan primer sama
dengan energi listrik pada kumparan sekunder, demikian juga dengan daya
listrik.
Rumus daya listrik :
P = V I
Keterangan : P = daya listrik, V = tegangan listrik, I = kuat arus listrik
Daya konstan karenanya berdasarkan rumus ini disimpulkan bahwa jika tegangan listrik besar maka kuat arus listrik kecil agar hasil kali antara tegangan listrik dan kuat arus listrik bernilai konstan.
Jawaban yang benar adalah B.
Rumus daya listrik :
P = V I
Keterangan : P = daya listrik, V = tegangan listrik, I = kuat arus listrik
Daya konstan karenanya berdasarkan rumus ini disimpulkan bahwa jika tegangan listrik besar maka kuat arus listrik kecil agar hasil kali antara tegangan listrik dan kuat arus listrik bernilai konstan.
Jawaban yang benar adalah B.
Pembahasan soal OSN fisika SMP tingkat kabupaten/kota – Rangkaian listrik, hambatan listrik
Rangkaian listrik
1. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.52
Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut. Besar arus listrik yang mengalir pada hambatan 8 Ohm adalah….
A. 1,8 Ampere
B. 1,2 Ampere
C. 0,8 Ampere
D. 0,6 Ampere
Pembahasan
Diketahui :
Resistor 1 (R1) = 12 Ω
Resistor 2 (R2) = 8 Ω
Resistor 3 (R3) = 10 Ω
Tegangan listrik (V) = 12 Volt
Ditanya : Kuat arus melalui R1
Jawab :
Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Arah arus listrik pada rangkaian di atas sama dengan arah putaran jarum jam.
Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut. Besar arus listrik yang mengalir pada hambatan 8 Ohm adalah….
A. 1,8 AmpereB. 1,2 Ampere
C. 0,8 Ampere
D. 0,6 Ampere
Pembahasan
Diketahui :
Resistor 1 (R1) = 12 Ω
Resistor 2 (R2) = 8 Ω
Resistor 3 (R3) = 10 Ω
Tegangan listrik (V) = 12 Volt
Ditanya : Kuat arus melalui R1
Jawab :
Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Arah arus listrik pada rangkaian di atas sama dengan arah putaran jarum jam.
Kuat arus yang mengalir keluar dari baterai
Terlebih dahulu hitung resistor pengganti (R). Setelah itu hitung kuat arus menggunakan rumus hukum Ohm : V = I R atau I = V / R di mana V = tegangan, I = kuat arus, R = resistor pengganti
Terlebih dahulu hitung resistor pengganti (R). Setelah itu hitung kuat arus menggunakan rumus hukum Ohm : V = I R atau I = V / R di mana V = tegangan, I = kuat arus, R = resistor pengganti
Resistor pengganti :
Resistor R1 dan resistor R2 tersusun seri. Resistor pengganti adalah :
R12 = R1 + R2 = 12 + 8 = 20 Ω
Resistor R12 dan resistor R3 tersusun paralel. Resistor pengganti adalah :
1/R = 1/R12 + 1/R3 = 1/20 + 1/10 = 1/20 + 2/20 = 3/20
R = 20/3 Ω
Resistor R1 dan resistor R2 tersusun seri. Resistor pengganti adalah :
R12 = R1 + R2 = 12 + 8 = 20 Ω
Resistor R12 dan resistor R3 tersusun paralel. Resistor pengganti adalah :
1/R = 1/R12 + 1/R3 = 1/20 + 1/10 = 1/20 + 2/20 = 3/20
R = 20/3 Ω
Kuat arus yang mengalir keluar dari baterai :
I = V / R = 12 : 20/3 = 12 x 3/20 = 36/20 = 1,8 Ampere
Kuat arus yang mengalir keluar dari baterai adalah 1,8 Ampere Ampere.
I = V / R = 12 : 20/3 = 12 x 3/20 = 36/20 = 1,8 Ampere
Kuat arus yang mengalir keluar dari baterai adalah 1,8 Ampere Ampere.
Kuat arus listrik yang melalui resistor 8 Ω
Vab = 12 Volt
R12 = 20 Ω
R3 = 10 Ω
Vab = 12 VoltR12 = 20 Ω
R3 = 10 Ω
Kuat arus listrik yang melalui resistor 10 Ω
I3 = Vab / R3 = 12 Volt / 10 Ω = 1,2 Ampere
Kuat arus listrik yang melalui resistor 20 Ω
I12 = Vab / R12 = 12 Volt / 20 Ω = 0,6 Ampere
I3 = Vab / R3 = 12 Volt / 10 Ω = 1,2 Ampere
Kuat arus listrik yang melalui resistor 20 Ω
I12 = Vab / R12 = 12 Volt / 20 Ω = 0,6 Ampere
Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa kuat
arus listrik yang masuk pada suatu cabang sama dengan kuat arus listrik
yang keluar dari cabang tersebut. Berdasarkan hukum I Kirchhoff
disimpulkan bahwa kuat arus listrik yang melewati resistor 20 Ω = kuat
arus listrik yang melewati resistor 12 Ω = kuat arus listrik yang
melewati resistor 8 Ω = 0,6 Ampere.
Jawaban yang benar adalah D.
Jawaban yang benar adalah D.
2. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.51
Perhatikan rangkaian listrik tertutup berikut!
Jika hambatan dalam sumber tegangan diabaikan, maka beda potensial antara ujung-ujung penghambat 6 Ohm adalah….
A. 3 Volt
B. 2 Volt
C. 2/3 Volt
D. 1/3 Volt
Pembahasan
Diketahui :
Resistor 1 = 4 Ω
Resistor 2 = 3 Ω
Resistor 3 = 6 Ω
Tegangan (V) = 6 volt
Ditanya : Beda potensial antara ujung-ujung penghambat 6 Ohm
Jawab :
Resistor 3 Ω dan resistor 3 Ω tersusun paralel. Resistor pengganti adalah :
1/R23 = 1/3 Ω + 1/6 Ω = 2/6 Ω + 1/6 Ω = 3/6 Ω
R23 = 6/3 Ω = 2 Ω
Perhatikan rangkaian listrik tertutup berikut!Jika hambatan dalam sumber tegangan diabaikan, maka beda potensial antara ujung-ujung penghambat 6 Ohm adalah….
A. 3 Volt
B. 2 Volt
C. 2/3 Volt
D. 1/3 Volt
Pembahasan
Diketahui :
Resistor 1 = 4 Ω
Resistor 2 = 3 Ω
Resistor 3 = 6 Ω
Tegangan (V) = 6 volt
Ditanya : Beda potensial antara ujung-ujung penghambat 6 Ohm
Jawab :
Resistor 3 Ω dan resistor 3 Ω tersusun paralel. Resistor pengganti adalah :
1/R23 = 1/3 Ω + 1/6 Ω = 2/6 Ω + 1/6 Ω = 3/6 Ω
R23 = 6/3 Ω = 2 Ω
Resistor 4 Ω dan resistor 2 Ω tersusun seri. Resistor pengganti adalah :
R = 4 Ω + 2 Ω = 6 Ω
R = 4 Ω + 2 Ω = 6 Ω
Kuat arus listrik yang keluar dari sumber tegangan :
I = V / R = 6 volt / 6 ohm = 1 Ampere
Resistor 4 Ω dan resistor 2 Ω tersusun seri sehingga menurut hukum I Kirchooff, kuat arus listrik yang melewati resistor 4 Ω kuat arus listrik yang melewati resistor 2 Ω = 1 Ampere.
I = V / R = 6 volt / 6 ohm = 1 AmpereResistor 4 Ω dan resistor 2 Ω tersusun seri sehingga menurut hukum I Kirchooff, kuat arus listrik yang melewati resistor 4 Ω kuat arus listrik yang melewati resistor 2 Ω = 1 Ampere.
Beda potensial antara titik a dan b :
V = I R = (1 Ampere)(2 Ohm) = 2 volt
Beda potensial antara titik a dan b = beda potensial antara ujung-ujung resistor 2 Ω = beda potensial antara ujung-ujung resistor 3 Ω = beda potensial antara ujung-ujung resistor 6 Ω = 2 volt.
Jawaban yang benar adalah B.
V = I R = (1 Ampere)(2 Ohm) = 2 volt
Beda potensial antara titik a dan b = beda potensial antara ujung-ujung resistor 2 Ω = beda potensial antara ujung-ujung resistor 3 Ω = beda potensial antara ujung-ujung resistor 6 Ω = 2 volt.
Jawaban yang benar adalah B.
Hambatan listrik
3. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.57
Tiga buah hambatan listrik, jika disusun paralel nilai hambatannya 12/11 Ohm, jika disusun seri besarnya menjadi 12 Ohm, maka besar hambatan tersebut masing-masing….
A. 1 Ohm, 2 Ohm, 3 Ohm
B. 2 Ohm, 4 Ohm, 6 Ohm
C. 1 Ohm, 3 Ohm, 5 Ohm
D. 3 Ohm, 4 Ohm, 5 Ohm
Pembahasan
Apabila hambatan listrik disusun seri maka besar hambatan pengganti dihitung menggunakan rumus :
R = R1 + R2 + R3
12 = R1 + R2 + R3
Pilihan yang mungkin adalah jawaban B dan D.
Jika hambatan listrik disusun paralel maka besar hambatan pengganti dihitung menggunakan rumus : 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.
Jika menggunakan jawaban B maka :
1/R = 1/2 + 1/4 + 1/6
1/R = 6/12 + 3/12 + 2/12
1/R = 11/12
R = 12/11
Jawaban yang benar adalah B.
Tiga buah hambatan listrik, jika disusun paralel nilai hambatannya 12/11 Ohm, jika disusun seri besarnya menjadi 12 Ohm, maka besar hambatan tersebut masing-masing….
A. 1 Ohm, 2 Ohm, 3 Ohm
B. 2 Ohm, 4 Ohm, 6 Ohm
C. 1 Ohm, 3 Ohm, 5 Ohm
D. 3 Ohm, 4 Ohm, 5 Ohm
Pembahasan
Apabila hambatan listrik disusun seri maka besar hambatan pengganti dihitung menggunakan rumus :
R = R1 + R2 + R3
12 = R1 + R2 + R3
Pilihan yang mungkin adalah jawaban B dan D.
Jika hambatan listrik disusun paralel maka besar hambatan pengganti dihitung menggunakan rumus : 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.
Jika menggunakan jawaban B maka :
1/R = 1/2 + 1/4 + 1/6
1/R = 6/12 + 3/12 + 2/12
1/R = 11/12
R = 12/11
Jawaban yang benar adalah B.
Hambatan jenis
4. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.56
Resistivitas tungsten dan timah berturut-turut adalah 5,5 x 10-8 Ohm meter dan 22 x 10-8 Ohm meter. Kawat tungsten dan kawat timah mempunyai panjang masing-masing 5 meter. Jika kedua kawat memiliki nilai hambat sama dan diameter tungsten adalah 2 mm maka diameter kawat timah adalah…. mm
A. 2
B. 4
C. √2
D. ½ √2
Pembahasan
Diketahui :
Resistivitas tungsten (ρ1) = 5,5 x 10-8 Ohm meter
Resistivitas timah (ρ2) = 22 x 10-8 Ohm meter
Panjang kawat tungsten (L1) = 5 meter
Panjang kawat timah (L2) = 5 meter
Diameter tungsten (D1) = 2 mm
Jari-jari tungsten (R1) = 1/2 (D) = 1/2 (2 mm) = 1 mm = 1 x 10-3 meter
Ditanya : Diameter timah (D2)
Jawab :
Luas permukaan kawat tungsten :
A1 = π r2 = π (10-3)2 = π 10-6
Resistivitas tungsten dan timah berturut-turut adalah 5,5 x 10-8 Ohm meter dan 22 x 10-8 Ohm meter. Kawat tungsten dan kawat timah mempunyai panjang masing-masing 5 meter. Jika kedua kawat memiliki nilai hambat sama dan diameter tungsten adalah 2 mm maka diameter kawat timah adalah…. mm
A. 2
B. 4
C. √2
D. ½ √2
Pembahasan
Diketahui :
Resistivitas tungsten (ρ1) = 5,5 x 10-8 Ohm meter
Resistivitas timah (ρ2) = 22 x 10-8 Ohm meter
Panjang kawat tungsten (L1) = 5 meter
Panjang kawat timah (L2) = 5 meter
Diameter tungsten (D1) = 2 mm
Jari-jari tungsten (R1) = 1/2 (D) = 1/2 (2 mm) = 1 mm = 1 x 10-3 meter
Ditanya : Diameter timah (D2)
Jawab :
Luas permukaan kawat tungsten :
A1 = π r2 = π (10-3)2 = π 10-6
Nilai hambat kawat tungsten dan kawat timah sama.
R1 = R2
ρ1 L1 / A1 = ρ2 L2 / A2
(5,5 x 10-8)(5) / π 10-6 = (22 x 10-8)(5) / π r2
5,5 / 10-6 = 22 / r2
5,5 r2 = 22 x 10-6
r2 = (22 x 10-6 ) / 5,5
r2 = 4 x 10-6
r = 2 x 10-3 meter
r = 2 milimeter
Jawaban yang benar adalah A.
R1 = R2
ρ1 L1 / A1 = ρ2 L2 / A2
(5,5 x 10-8)(5) / π 10-6 = (22 x 10-8)(5) / π r2
5,5 / 10-6 = 22 / r2
5,5 r2 = 22 x 10-6
r2 = (22 x 10-6 ) / 5,5
r2 = 4 x 10-6
r = 2 x 10-3 meter
r = 2 milimeter
Jawaban yang benar adalah A.
Pembahasan soal OSN fisika SMP tingkat kabupaten/kota – Muatan listrik, gaya listrik
Muatan listrik
1. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.57
Dua buah muatan identik masing-masing dengan massa m = 9√3 x 10-4 kg digantung pada satu titik yang sama menggunakan tali yang panjangnya l = 1 meter. Jika kedua muatan tersebut terpisah sejauh a = 1 meter maka besar masing-masing muatan adalah….
A. 4 mikrocoulomb
B. 2 mikrocoulomb
C. 1 mikrocoulomb
D. 0,5 mikrocoulomb
Pembahasan
Diketahui :
Dua buah muatan identik artinya dua buah muatan sejenis, di mana muatan sejenis saling tolak menolak.
Panjang tali (l) = 1 meter
Jarak antara kedua muatan (r) = 1 meter
Massa muatan (m) = 9√3 x 10-4 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Gaya berat (w) = m g = (9√3 x 10-4 kg)(10 m/s2) = 9√3 x 10-3 Newton
Ditanya : Besar masing-masing muatan (q)
Jawab :
Keterangan gambar :
F = Gaya listrik tolak menolak antara beban 1 dan 2
w1 = Gaya berat bola 1
w2 = Gaya berat bola 2
T1 = Gaya tegangan tali 1
T1x = Komponen gaya tegangan tali 1 pada sumbu x
T1y = Komponen gaya tegangan tali 1 pada sumbu y
T2 = Gaya tegangan tali 2
T2x = Komponen gaya tegangan tali 2 pada sumbu x
T2y = Komponen gaya tegangan tali 2 pada sumbu y
l1 = panjang tali 1
l1x = komponen panjang tali pada sumbu x
l1y = komponen panjang tali pada sumbu y
Dua buah muatan identik masing-masing dengan massa m = 9√3 x 10-4 kg digantung pada satu titik yang sama menggunakan tali yang panjangnya l = 1 meter. Jika kedua muatan tersebut terpisah sejauh a = 1 meter maka besar masing-masing muatan adalah….
A. 4 mikrocoulomb
B. 2 mikrocoulomb
C. 1 mikrocoulomb
D. 0,5 mikrocoulomb
Pembahasan
Diketahui :
Dua buah muatan identik artinya dua buah muatan sejenis, di mana muatan sejenis saling tolak menolak.
Panjang tali (l) = 1 meter
Jarak antara kedua muatan (r) = 1 meter
Massa muatan (m) = 9√3 x 10-4 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Gaya berat (w) = m g = (9√3 x 10-4 kg)(10 m/s2) = 9√3 x 10-3 Newton
Ditanya : Besar masing-masing muatan (q)
Jawab :
Keterangan gambar :F = Gaya listrik tolak menolak antara beban 1 dan 2
w1 = Gaya berat bola 1
w2 = Gaya berat bola 2
T1 = Gaya tegangan tali 1
T1x = Komponen gaya tegangan tali 1 pada sumbu x
T1y = Komponen gaya tegangan tali 1 pada sumbu y
T2 = Gaya tegangan tali 2
T2x = Komponen gaya tegangan tali 2 pada sumbu x
T2y = Komponen gaya tegangan tali 2 pada sumbu y
l1 = panjang tali 1
l1x = komponen panjang tali pada sumbu x
l1y = komponen panjang tali pada sumbu y
Hitung nilai cos θ :
Hitung gaya tegangan tali (T1) :
Hitung nilai sin θ :
Hitung komponen gaya tegangan tali pada sumbu x (T1x) :
Kedua bola setimbang sehingga T1x = F = 9 x 10-3 Newton
Hitung muatan masing-masing bola menggunakan rumus hukum Coulomb :
Besar masing-masing muatan adalah 1 x 10-6 Coulomb atau 1 mikroCoulomb.
Jawaban yang benar adalah C.
Jawaban yang benar adalah C.
Menjadikan benda bermuatan listrik
1. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.50
Dua cara pemberian muatan listrik pada suatu benda adalah….
A. Gosokan dan elektromagnetisasi
B. Induksi dan elektromagnetisasi
C. Gosokan dan induksi
D. Induksi dan magnetisasi
Pembahasan
Dua cara pemberian muatan listrik pada suatu benda adalah gosokan dan induksi.
Gosokan adalah cara menjadikan suatu benda bermuatan listrik positif atau bermuatan listrik negatif dengan menggosokkan benda tersebut dengan benda lainnya, misalnya menggosokan batang kaca dengan kain wol atau menggosokan sisir plastik dengan rambut kering. Selama bergesekan, elektron berpindah dari suatu benda ke benda lainnya sehingga salah satu benda berkelebihan elektron (berkekurangan proton) lalu menjadi bermuatan negatif dan benda lainnya berkekurangan elektron (berkelebihan proton) lalu menjadi bermuatan positif.
Induksi adalah cara menjadikan suatu benda bermuatan dengan mendekatkan benda bermuatan listrik dengan bola logam netral tetapi keduanya tidak saling bersentuhan. Benda yang dijadikan bermuatan listrik harus mempunyai elektron bebas karena elektron bebas-elektron bebas tersebut dapat berpindah tempat ketika diinduksi oleh benda bermuatan listrik. Benda-benda yang terbuat dari logam pada umumnya mempunyai elektron bebas. Benda seperti kaca, plastik atau kayu tidak bisa dijadikan bermuatan listrik dengan cara induksi karena benda-benda seperti ini tidak mempunyai elektron bebas.
Jawaban yang benar adalah C.
Dua cara pemberian muatan listrik pada suatu benda adalah….
A. Gosokan dan elektromagnetisasi
B. Induksi dan elektromagnetisasi
C. Gosokan dan induksi
D. Induksi dan magnetisasi
Pembahasan
Dua cara pemberian muatan listrik pada suatu benda adalah gosokan dan induksi.
Gosokan adalah cara menjadikan suatu benda bermuatan listrik positif atau bermuatan listrik negatif dengan menggosokkan benda tersebut dengan benda lainnya, misalnya menggosokan batang kaca dengan kain wol atau menggosokan sisir plastik dengan rambut kering. Selama bergesekan, elektron berpindah dari suatu benda ke benda lainnya sehingga salah satu benda berkelebihan elektron (berkekurangan proton) lalu menjadi bermuatan negatif dan benda lainnya berkekurangan elektron (berkelebihan proton) lalu menjadi bermuatan positif.
Induksi adalah cara menjadikan suatu benda bermuatan dengan mendekatkan benda bermuatan listrik dengan bola logam netral tetapi keduanya tidak saling bersentuhan. Benda yang dijadikan bermuatan listrik harus mempunyai elektron bebas karena elektron bebas-elektron bebas tersebut dapat berpindah tempat ketika diinduksi oleh benda bermuatan listrik. Benda-benda yang terbuat dari logam pada umumnya mempunyai elektron bebas. Benda seperti kaca, plastik atau kayu tidak bisa dijadikan bermuatan listrik dengan cara induksi karena benda-benda seperti ini tidak mempunyai elektron bebas.
Jawaban yang benar adalah C.
Jenis muatan listrik
2. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.49
Empat buah benda bermuatan (P, Q, R dan S) berkelakuan sebagai berikut. P dan Q saling menolak, P dan R saling menarik, R dan S saling menolak. Pernyataan berikut ini yang benar adalah….
A. jika P bermuatan negatif, maka S bermuatan negatif
B. jika Q bermuatan negatif, maka S bermuatan negatif
C. jika R bermuatan negatif, maka P bermuatan negatif
D. jika S bermuatan negatif, maka P bermuatan positif
Pembahasan
P dan Q saling menolak karenanya P dan Q mempunyai muatan sejenis
P dan R saling menarik karenanya P dan R mempunyai muatan tak sejenis
R dan S saling menolak karenanya R dan S mempunyai muatan sejenis
Empat buah benda bermuatan (P, Q, R dan S) berkelakuan sebagai berikut. P dan Q saling menolak, P dan R saling menarik, R dan S saling menolak. Pernyataan berikut ini yang benar adalah….
A. jika P bermuatan negatif, maka S bermuatan negatif
B. jika Q bermuatan negatif, maka S bermuatan negatif
C. jika R bermuatan negatif, maka P bermuatan negatif
D. jika S bermuatan negatif, maka P bermuatan positif
Pembahasan
P dan Q saling menolak karenanya P dan Q mempunyai muatan sejenis
P dan R saling menarik karenanya P dan R mempunyai muatan tak sejenis
R dan S saling menolak karenanya R dan S mempunyai muatan sejenis
Jadi jika P dan Q bermuatan positif maka
R dan S bermuatan negatif atau jika P dan Q bermuatan negatif maka R
dan S bermuatan positif.
Jawaban yang benar adalah D.
Jawaban yang benar adalah D.
3. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.59
Sebuah benda dikatakan bermuatan positif apabila….
A. Benda menerima proton
B. Benda melepaskan proton
C. Benda menerima elektron
D. Benda melepaskan elektron
Pembahasan
Proton bermuatan positif sedangkan elektron bermuatan negatif. Proton berada di pusat atom sehingga proton tidak bisa berpindah dari suatu benda ke benda lainnya, sebaliknya elektron berada di permukaan atom sehingga bisa berpindah dari suatu benda ke benda lainnya. Benda menjadi bermuatan listrik karena benda melepaskan elektron atau benda menerima elektron. Apabila suatu benda menerima elektron maka benda berkelebihan elektron (kekurangan proton) sehingga benda bermuatan negatif. Jika suatu benda melepaskan elektron maka benda berkekurangan elektron (kelebihan proton) sehingga benda bermuatan positif.
Jadi berdasarkan soal di atas, sebuah benda dikatakan bermuatan positif apabila benda melepaskan elektron.
Jawaban yang benar adalah D.
Sebuah benda dikatakan bermuatan positif apabila….
A. Benda menerima proton
B. Benda melepaskan proton
C. Benda menerima elektron
D. Benda melepaskan elektron
Pembahasan
Proton bermuatan positif sedangkan elektron bermuatan negatif. Proton berada di pusat atom sehingga proton tidak bisa berpindah dari suatu benda ke benda lainnya, sebaliknya elektron berada di permukaan atom sehingga bisa berpindah dari suatu benda ke benda lainnya. Benda menjadi bermuatan listrik karena benda melepaskan elektron atau benda menerima elektron. Apabila suatu benda menerima elektron maka benda berkelebihan elektron (kekurangan proton) sehingga benda bermuatan negatif. Jika suatu benda melepaskan elektron maka benda berkekurangan elektron (kelebihan proton) sehingga benda bermuatan positif.
Jadi berdasarkan soal di atas, sebuah benda dikatakan bermuatan positif apabila benda melepaskan elektron.
Jawaban yang benar adalah D.
Gaya listrik
4. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.48
Dua buah muatan listrik masing-masing Q1 dan Q2 berada pada jarak R memiliki gaya tolak menolak sebesar 100 N. Jika jarak antara kedua muatan diperkecil menjadi 1/3 R, maka gaya tolak-menolak muatan listrik menjadi….
A. 33,33 N
B. 100 N
C. 300 N
D. 900 N
Pembahasan
Diketahui :
Muatan listrik 1 = Q1
Muatan listrik 2 = Q2
Jarak antara kedua muatan = R
Gaya tolak menolak antara kedua muatan (F) = 100 Newton
Gaya tolak menolak artinya kedua muatan listrik berjenis sama, keduanya positif atau keduanya negatif.
Ditanya : Apabila jarak antara kedua muatan diperkecil menjadi 1/3 R, maka gaya tolak menolak muatan listrik menjadi…..
Jawab :
Rumus hukum Coulomb :
F = k Q1 Q2 / R2
Misalkan R = 1 maka nilai Q1.Q2 dapat dihitung :
Dua buah muatan listrik masing-masing Q1 dan Q2 berada pada jarak R memiliki gaya tolak menolak sebesar 100 N. Jika jarak antara kedua muatan diperkecil menjadi 1/3 R, maka gaya tolak-menolak muatan listrik menjadi….
A. 33,33 N
B. 100 N
C. 300 N
D. 900 N
Pembahasan
Diketahui :
Muatan listrik 1 = Q1
Muatan listrik 2 = Q2
Jarak antara kedua muatan = R
Gaya tolak menolak antara kedua muatan (F) = 100 Newton
Gaya tolak menolak artinya kedua muatan listrik berjenis sama, keduanya positif atau keduanya negatif.
Ditanya : Apabila jarak antara kedua muatan diperkecil menjadi 1/3 R, maka gaya tolak menolak muatan listrik menjadi…..
Jawab :
Rumus hukum Coulomb :
F = k Q1 Q2 / R2
Misalkan R = 1 maka nilai Q1.Q2 dapat dihitung :
Apabila jarak antara kedua muatan diperkecil menjadi 1/3 R, maka gaya tolak menolak muatan listrik (F) menjadi :
Jawaban yang benar adalah D.
5. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.53
Muatan titik Q1 = +4e dan muatan titik Q2 = -3e ditahan tetap pada jarak 0,3 m satu sama lain, seperti pada gambar di bawah ini. Agar gaya listrik yang bekerja pada muatan Q2 adalah nol, muatan titik Q3 = +16e harus diletakkan di….
A. 0,3 m di sebelah kiri Q1
B. 0,6 m di sebelah kanan Q1
C. 0,6 m di sebelah kanan Q2
D. 0,9 m di sebelah kiri Q2
Pembahasan
Diketahui :
Muatan sebuah elektron (-e) atau proton (+e) = 1,60 x 10-19 Coulomb
Muatan titik Q1 = +4e
Muatan titik Q2 = -3e
Muatan titik Q3 = +16e
Jarak antara muatan titik Q1 dan muatan titik Q2 = 0,3 meter
Ditanya : Agar gaya listrik yang bekerja pada muatan Q2 adalah nol, muatan titik Q3 = +16e harus diletakkan di….
Jawab :
Gaya listrik antara muatan Q1 dan muatan Q2 :
Muatan titik Q1 = +4e dan muatan titik Q2 = -3e ditahan tetap pada jarak 0,3 m satu sama lain, seperti pada gambar di bawah ini. Agar gaya listrik yang bekerja pada muatan Q2 adalah nol, muatan titik Q3 = +16e harus diletakkan di….
A. 0,3 m di sebelah kiri Q1B. 0,6 m di sebelah kanan Q1
C. 0,6 m di sebelah kanan Q2
D. 0,9 m di sebelah kiri Q2
Pembahasan
Diketahui :
Muatan sebuah elektron (-e) atau proton (+e) = 1,60 x 10-19 Coulomb
Muatan titik Q1 = +4e
Muatan titik Q2 = -3e
Muatan titik Q3 = +16e
Jarak antara muatan titik Q1 dan muatan titik Q2 = 0,3 meter
Ditanya : Agar gaya listrik yang bekerja pada muatan Q2 adalah nol, muatan titik Q3 = +16e harus diletakkan di….
Jawab :
Gaya listrik antara muatan Q1 dan muatan Q2 :
Muatan Q1 positif dan muatan Q2 negatif sehingga arah gaya listrik F12 ke kiri (menuju muatan Q1).
Agar resultan gaya listrik yang bekerja pada muatan Q2 adalah nol maka besar gaya listrik antara muatan Q2 dan muatan Q3 (F32) = besar gaya listrik antara muatan Q1 dan muatan Q2 (F12) dan arah F32 harus berlawanan dengan arah F12. Arah F12 ke kiri karenanya arah F32 harus ke kanan. Mengingat Q3 adalah positif dan Q2 adalah muatan negatif, agar arah F32 ke kanan maka muatan Q3 harus diletakkan sebelah kanan Q2
Jarak antara muatan Q2 dan muatan Q3 dihitung menggunakan rumus hukum Coulomb :
Jawaban yang benar adalah C.
Pembahasan soal OSN fisika SMP tingkat kabupaten/kota – Kalor, perubahan wujud, perpindahan kalor, asas Black
Kalor lebur
1. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.43
Kalor lebur air adalah 80 kal/gram. Ini berarti….
A. dibutuhkan 80 kalori untuk menaikkan temperatur 1 gram air sebesar 1 derajat
B. dibutuhkan 80 kalori untuk mengubah 1 gram air menjadi uap seluruhnya
C. dibutuhkan 80 kalori untuk mempertahankan temperatur 1 gram air
D. dibutuhkan 80 kalori untuk mengubah 1 gram es menjadi air seluruhnya
Pembahasan
Jawaban yang benar adalah D.
Perubahan wujudKalor lebur air adalah 80 kal/gram. Ini berarti….
A. dibutuhkan 80 kalori untuk menaikkan temperatur 1 gram air sebesar 1 derajat
B. dibutuhkan 80 kalori untuk mengubah 1 gram air menjadi uap seluruhnya
C. dibutuhkan 80 kalori untuk mempertahankan temperatur 1 gram air
D. dibutuhkan 80 kalori untuk mengubah 1 gram es menjadi air seluruhnya
Pembahasan
Jawaban yang benar adalah D.
2. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.41
Perhatikan grafik hasil suatu percobaan berikut!
Perhatikan grafik hasil suatu percobaan berikut!
Air sebanyak 2 kg bersuhu 60oC akan diuapkan. Jika kalor uap air 2,27 x 106 J/kg, kalor jenis air 4200 J/(kg oC) dan tekanan udara 76 cmHg, maka kalor yang diperlukan untuk proses B-C adalah….
A. 336 kilojoule
B. 4540 kilojoule
C. 4876 kilojoule
D. 5212 kilojoule
Pembahasan
Diketahui :
Massa air (m) = 2 kg
Suhu air (T) = 60oC
Kalor uap air (LV) = 2,27 x 106 J/kg
Kalor jenis air (c) = 4200 J/(kg oC)
Tekanan udara (P) = 76 cmHg
Ditanya : Kalor yang diperlukan untuk proses B-C
Jawab :
Proses A-B = Air dipanaskan dari suhu 60oC sampai 100oC. Pada proses ini, kalor digunakan untuk menaikan suhu air. Kalor dihitung menggunakan rumus : Q = m c ΔT
Proses B-C = Air diuapkan. Pada proses ini, kalor tidak digunakan untuk menaikkan suhu tetapi digunakan untuk menguapkan air. Kalor dihitung menggunakan rumus : Q = m LV
Proses C- = Uap dipanaskan. Pada proses ini, kalor digunakan untuk menaikan suhu uap. Kalor dihitung menggunakan rumus : Q = m c ΔT.
Jadi jika suhu air berubah maka rumus kalor yang digunakan adalah Q = m c ΔT, apabila wujud air berubah maka rumus kalor yang digunakan adalah Q = m LV.
A. 336 kilojoule
B. 4540 kilojoule
C. 4876 kilojoule
D. 5212 kilojoule
Pembahasan
Diketahui :
Massa air (m) = 2 kg
Suhu air (T) = 60oC
Kalor uap air (LV) = 2,27 x 106 J/kg
Kalor jenis air (c) = 4200 J/(kg oC)
Tekanan udara (P) = 76 cmHg
Ditanya : Kalor yang diperlukan untuk proses B-C
Jawab :
Proses A-B = Air dipanaskan dari suhu 60oC sampai 100oC. Pada proses ini, kalor digunakan untuk menaikan suhu air. Kalor dihitung menggunakan rumus : Q = m c ΔT
Proses B-C = Air diuapkan. Pada proses ini, kalor tidak digunakan untuk menaikkan suhu tetapi digunakan untuk menguapkan air. Kalor dihitung menggunakan rumus : Q = m LV
Proses C- = Uap dipanaskan. Pada proses ini, kalor digunakan untuk menaikan suhu uap. Kalor dihitung menggunakan rumus : Q = m c ΔT.
Jadi jika suhu air berubah maka rumus kalor yang digunakan adalah Q = m c ΔT, apabila wujud air berubah maka rumus kalor yang digunakan adalah Q = m LV.
Kalor yang diperlukan untuk proses B-C :
Q = m LV
Q = (2 kg)(2,27 x 106 J/kg)
Q = 4,54 x 106 Joule
Q = 4.540.000 Joule
Q = 4.540 kilojoule
Jawaban yang benar adalah B.
Q = m LV
Q = (2 kg)(2,27 x 106 J/kg)
Q = 4,54 x 106 Joule
Q = 4.540.000 Joule
Q = 4.540 kilojoule
Jawaban yang benar adalah B.
3. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.44
Berikut ini adalah kelompok perubahan wujud yang membebaskan kalor :
A. Membeku, mengembun, menyublim
B. Mencair, menguap, menghablur
C. Mencair, menguap, mengembun
D. Membeku, menguap, menyublim
Pembahasan
Secara umum terdapat dua jenis perubahan wujud yakni perubahan wujud yang menyerap kalor dan perubahan wujud yang membebaskan/melepaskan kalor.
Pada perubahan wujud yang menyerap kalor, benda menyerap kalor hingga kalor pada benda bertambah lalu wujud benda berubah. Pada perubahan wujud yang melepaskan kalor, benda melepaskan kalor hingga kalor pada benda berkurang lalu wujud benda berubah.
Jika benda menyerap kalor maka wujud benda berubah dari padat ke cair ke gas.
Jika benda melepaskan kalor maka wujud benda berubah dari gas ke cair ke padat.
Berikut ini adalah kelompok perubahan wujud yang membebaskan kalor :
A. Membeku, mengembun, menyublim
B. Mencair, menguap, menghablur
C. Mencair, menguap, mengembun
D. Membeku, menguap, menyublim
Pembahasan
Secara umum terdapat dua jenis perubahan wujud yakni perubahan wujud yang menyerap kalor dan perubahan wujud yang membebaskan/melepaskan kalor.
Pada perubahan wujud yang menyerap kalor, benda menyerap kalor hingga kalor pada benda bertambah lalu wujud benda berubah. Pada perubahan wujud yang melepaskan kalor, benda melepaskan kalor hingga kalor pada benda berkurang lalu wujud benda berubah.
Jika benda menyerap kalor maka wujud benda berubah dari padat ke cair ke gas.
Jika benda melepaskan kalor maka wujud benda berubah dari gas ke cair ke padat.
Perhatikan jawaban soal di atas.
Membeku = wujud benda berubah dari cair ke padat (melepaskan kalor)
Mengembun = wujud benda berubah dari gas ke cair (melepaskan kalor)
Menyublim = wujud benda berubah dari gas ke padat (melepaskan kalor)
Mencair = wujud benda berubah dari padat ke cair (menyerap kalor)
Menguap = wujud benda berubah dari cair ke gas (menyerap kalor)
Menghablur = wujud benda berubah dari padat ke gas (menyerap kalor)
Jawaban yang benar adalah A.
Membeku = wujud benda berubah dari cair ke padat (melepaskan kalor)
Mengembun = wujud benda berubah dari gas ke cair (melepaskan kalor)
Menyublim = wujud benda berubah dari gas ke padat (melepaskan kalor)
Mencair = wujud benda berubah dari padat ke cair (menyerap kalor)
Menguap = wujud benda berubah dari cair ke gas (menyerap kalor)
Menghablur = wujud benda berubah dari padat ke gas (menyerap kalor)
Jawaban yang benar adalah A.
Perpindahan Kalor
4. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.46
Sebuah jendela kaca mempunyai tebal 8 mm dan luas 1 m2. Jika temperatur udara di luar 30oC dan di dalam 20oC serta konduktivitas termal kaca adalah 0,8 W/moC, maka jumlah energi yang melewati kaca selama 1 jam adalah…. mega joule
A. 360
B. 36
C. 6
D. 3,6
Pembahasan
Diketahui :
Tebal kaca (l) = 8 mm = 8 / 1000 = 0,008 m
Luas kaca (A) = 1 m2
Perbedaan suhu (ΔT) = 30oC–20oC = 10oC
Konduktivitas termal kaca (k) = 0,8 W/moC
Selang waktu (t) = 1 jam = 60 (60 sekon) = 3600 sekon
Ditanya : Jumlah energi yang melewati kaca selama 1 jam
Jawab :
Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :
Sebuah jendela kaca mempunyai tebal 8 mm dan luas 1 m2. Jika temperatur udara di luar 30oC dan di dalam 20oC serta konduktivitas termal kaca adalah 0,8 W/moC, maka jumlah energi yang melewati kaca selama 1 jam adalah…. mega joule
A. 360
B. 36
C. 6
D. 3,6
Pembahasan
Diketahui :
Tebal kaca (l) = 8 mm = 8 / 1000 = 0,008 m
Luas kaca (A) = 1 m2
Perbedaan suhu (ΔT) = 30oC–20oC = 10oC
Konduktivitas termal kaca (k) = 0,8 W/moC
Selang waktu (t) = 1 jam = 60 (60 sekon) = 3600 sekon
Ditanya : Jumlah energi yang melewati kaca selama 1 jam
Jawab :
Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :
Jumlah energi yang melewati kaca selama 1 jam :
Jawaban yang benar adalah D.
5. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.46
Sebuah batang logam panjangnya 1 m. Salah satu ujungnya dipanaskan pada suhu tetap 150oC sementara ujung yang lain dipertahankan pada suhu ruang yaitu 30oC. Temperatur bagian batang yang berjarak 30 cm dari ujung yang dipanaskan adalah….
A. 36oC
B. 84oC
C. 114oC
D. 125oC
Pembahasan
Diketahui :
Panjang batang logam (l) = 1 meter
Perbedaan suhu (ΔT) = 150oC–30oC = 120oC
Ditanya : Temperatur bagian batang yang berjarak 30 cm dari ujung yang dipanaskan
Jawab :
Hitung laju perpindahan kalor secara konduksi :
Sebuah batang logam panjangnya 1 m. Salah satu ujungnya dipanaskan pada suhu tetap 150oC sementara ujung yang lain dipertahankan pada suhu ruang yaitu 30oC. Temperatur bagian batang yang berjarak 30 cm dari ujung yang dipanaskan adalah….
A. 36oC
B. 84oC
C. 114oC
D. 125oC
Pembahasan
Diketahui :
Panjang batang logam (l) = 1 meter
Perbedaan suhu (ΔT) = 150oC–30oC = 120oC
Ditanya : Temperatur bagian batang yang berjarak 30 cm dari ujung yang dipanaskan
Jawab :
Hitung laju perpindahan kalor secara konduksi :
Hitung temperatur bagian batang yang berjarak 30 cm dari ujung yang dipanaskan :
Panjang batang logam (l) = 30 cm = 0,3 meter
Perbedaan suhu (ΔT) = 150–T
Panjang batang logam (l) = 30 cm = 0,3 meter
Perbedaan suhu (ΔT) = 150–T
Jawaban yang benar adalah C.
Asas Black
6. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.44
Berapa suhu akhir campuran jika 50 gram air bersuhu 0oC ditambahkan ke 100 gram air bersuhu 90oC ?
A. 15oC
B. 45oC
C. 60oC
D. 75oC
Pembahasan
Diketahui :
Massa air 1 (m1) = 50 gram
Suhu air 1 (T1) = 0oC
Massa air 2 (m2) = 100 gram
Suhu air 2 (T2) = 90oC
Ditanya : Berapa suhu akhir campuran ?
Jawab :
Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepas air bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diserap air bersuhu rendah.
Q lepas = m c ΔT = (50)(c air)(T–0) = (50)(c air)(T)
Q serap = m c ΔT = (100)(c air)(90–T) = (100)(c air)(90-T)
Berapa suhu akhir campuran jika 50 gram air bersuhu 0oC ditambahkan ke 100 gram air bersuhu 90oC ?
A. 15oC
B. 45oC
C. 60oC
D. 75oC
Pembahasan
Diketahui :
Massa air 1 (m1) = 50 gram
Suhu air 1 (T1) = 0oC
Massa air 2 (m2) = 100 gram
Suhu air 2 (T2) = 90oC
Ditanya : Berapa suhu akhir campuran ?
Jawab :
Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepas air bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diserap air bersuhu rendah.
Q lepas = m c ΔT = (50)(c air)(T–0) = (50)(c air)(T)
Q serap = m c ΔT = (100)(c air)(90–T) = (100)(c air)(90-T)
Q lepas = Q serap
(50)(c air)(T) = (100)(c air)(90-T)
50 T = 100 (90-T)
50 T = 9000 – 100 T
50 T + 100 T = 9000
150 T = 9000
T = 9000 / 150 = 900 / 15
T = 60oC
Jawaban yang benar adalah C.
(50)(c air)(T) = (100)(c air)(90-T)
50 T = 100 (90-T)
50 T = 9000 – 100 T
50 T + 100 T = 9000
150 T = 9000
T = 9000 / 150 = 900 / 15
T = 60oC
Jawaban yang benar adalah C.
7. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.40
Pada temperatur ruangan 0oC dan tekanan udara 1 atm, 10 gram es dimasukkan ke dalam 10 gram air di dalam suatu wadah. Jika temperatur ruangan dan tekanan udara dijaga tetap, maka pada akhirnya yang didapatkan di dalam wadah adalah…
A. 10 gram es dan 10 gram air
B. 20 gram es
C. 20 gram air
D. 5 gram es dan 15 gram air
Pembahasan
Es berwujud padat dicampur dengan air berwujud cair pada suhu 0oC dan suhu dijaga agar selalu 0oC. Bila suhu tetap 0oC maka tidak ada perpindahan kalor di antara es dan air. Jadi pada akhirnya tetap ada 10 gram es dan 10 gram air.
Jawaban yang benar adalah A.
Pada temperatur ruangan 0oC dan tekanan udara 1 atm, 10 gram es dimasukkan ke dalam 10 gram air di dalam suatu wadah. Jika temperatur ruangan dan tekanan udara dijaga tetap, maka pada akhirnya yang didapatkan di dalam wadah adalah…
A. 10 gram es dan 10 gram air
B. 20 gram es
C. 20 gram air
D. 5 gram es dan 15 gram air
Pembahasan
Es berwujud padat dicampur dengan air berwujud cair pada suhu 0oC dan suhu dijaga agar selalu 0oC. Bila suhu tetap 0oC maka tidak ada perpindahan kalor di antara es dan air. Jadi pada akhirnya tetap ada 10 gram es dan 10 gram air.
Jawaban yang benar adalah A.
Catatan :
– Kata ES menerangkan bahwa air berwujud padat dan kata AIR menerangkan bahwa air berwujud cair.
– Jika suhu es kurang dari 0oC maka sebelum mencair, suhu es harus naik hingga 0oC
– Pada suhu 0oC terjadi perubahan wujud air dari padat (es) menjadi cair (air). Jadi es bisa bersuhu 0oC dan air juga bisa bersuhu 0oC. Ketika bersuhu 0oC, es berwujud padat sedangkan air berwujud cair.
– Kata ES menerangkan bahwa air berwujud padat dan kata AIR menerangkan bahwa air berwujud cair.
– Jika suhu es kurang dari 0oC maka sebelum mencair, suhu es harus naik hingga 0oC
– Pada suhu 0oC terjadi perubahan wujud air dari padat (es) menjadi cair (air). Jadi es bisa bersuhu 0oC dan air juga bisa bersuhu 0oC. Ketika bersuhu 0oC, es berwujud padat sedangkan air berwujud cair.
Pembahasan soal OSN fisika SMP tingkat kabupaten/kota – Skala suhu, kalibrasi termometer
Skala suhu
1. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.40
Suhu air hangat menurut skala termometer Celcius 45. Menurut skala Fahrenheit suhu tersebut adalah….
A. 25
B. 57
C. 81
D. 113
Pembahasan
Diketahui :
TC = 45oC
Ditanya : TF = ….. oF ?
Jawab :
Suhu air hangat menurut skala termometer Celcius 45. Menurut skala Fahrenheit suhu tersebut adalah….
A. 25
B. 57
C. 81
D. 113
Pembahasan
Diketahui :
TC = 45oC
Ditanya : TF = ….. oF ?
Jawab :
Jawaban yang benar adalah D.
2. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.51
Sebuah termometer yang tidak umum menggunakan skala pengukuran dengan titik beku air -15oS dan titik didih air +60oS. Jika termometer tersebut menunjukkan nilai 10oS, nilai suhu tersebut dalam skala Fahrenheit adalah….
A. 28o
B. 35o
C. 57o
D. 92o
Pembahasan
Diketahui :
Titik beku air = -15oS
Titik didih air = +60oS
Ditanya : 10oS = …..oF
Jawab :
Pada skala Fahrenheit, titik beku air adalah 32oF dan titik didih air adalah 212oF. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 212o – 32o = 180o.
Pada skala Celcius titik beku air adalah 0oC dan titik didih air adalah 100oC. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 100o – 0o = 100o.
Pada skala S, titik beku air adalah -15oS dan titik didih air adalah 60oS. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 60o – (-15o) = 60o + 15o = 75o.
Sebuah termometer yang tidak umum menggunakan skala pengukuran dengan titik beku air -15oS dan titik didih air +60oS. Jika termometer tersebut menunjukkan nilai 10oS, nilai suhu tersebut dalam skala Fahrenheit adalah….
A. 28o
B. 35o
C. 57o
D. 92o
Pembahasan
Diketahui :
Titik beku air = -15oS
Titik didih air = +60oS
Ditanya : 10oS = …..oF
Jawab :
Pada skala Fahrenheit, titik beku air adalah 32oF dan titik didih air adalah 212oF. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 212o – 32o = 180o.
Pada skala Celcius titik beku air adalah 0oC dan titik didih air adalah 100oC. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 100o – 0o = 100o.
Pada skala S, titik beku air adalah -15oS dan titik didih air adalah 60oS. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 60o – (-15o) = 60o + 15o = 75o.
Ubah skala S ke skala Celcius :
Ubah skala Celcius ke Fahrenheit :
Jawaban yang benar adalah D.
Kalibrasi termometer
3. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.47
Sebuah pipa gelas berisi alkohol akan digunakan sebagai termometer. Tinggi kolom alkohol ketika ujung pipa dikontakkan dengan es meleleh dan air mendidih berturut-turut adalah 4 cm dan 28 cm. Temperatur air yang membuat tinggi kolom alkohol 16 cm adalah….. oC
A. 67,7
B. 50
C. 16
D. 12
Pembahasan
Diketahui :
Tinggi kolom alkohol ketika ujung pipa dikontakkan dengan es meleleh = 4 cm
Tinggi kolom alkohol ketika ujung pipa dikontakkan dengan air mendidih = 28 cm
Ditanya : Temperatur air yang membuat tinggi kolom alkohol 16 cm adalah….. oC
Jawab :
Suhu es meleleh (es sedang mencair) adalah 0oC sehingga tinggi kolom alkohol 4 cm setara dengan 4oC. Suhu air mendidih adalah 100oC sehingga tinggi kolom alkohol 28 cm setara dengan 100oC.
Sebuah pipa gelas berisi alkohol akan digunakan sebagai termometer. Tinggi kolom alkohol ketika ujung pipa dikontakkan dengan es meleleh dan air mendidih berturut-turut adalah 4 cm dan 28 cm. Temperatur air yang membuat tinggi kolom alkohol 16 cm adalah….. oC
A. 67,7
B. 50
C. 16
D. 12
Pembahasan
Diketahui :
Tinggi kolom alkohol ketika ujung pipa dikontakkan dengan es meleleh = 4 cm
Tinggi kolom alkohol ketika ujung pipa dikontakkan dengan air mendidih = 28 cm
Ditanya : Temperatur air yang membuat tinggi kolom alkohol 16 cm adalah….. oC
Jawab :
Suhu es meleleh (es sedang mencair) adalah 0oC sehingga tinggi kolom alkohol 4 cm setara dengan 4oC. Suhu air mendidih adalah 100oC sehingga tinggi kolom alkohol 28 cm setara dengan 100oC.
Selisih tinggi kolom alkohol adalah 28 cm – 4 cm = 24 cm.
Selisih skala suhu Celcius adalah 100oC – 0oC = 100oC.
Selisih skala suhu Celcius adalah 100oC – 0oC = 100oC.
100oC / 24 cm = 4,17 oC / cm
Jadi kolom alkohol setinggi 1 cm setara dengan 4,17 oC.
Jadi kolom alkohol setinggi 1 cm setara dengan 4,17 oC.
Ketika tinggi kolom alkohol 4 cm, temperatur air adalah 0oC. Jika tinggi kolom alkohol 16 cm, berapa suhu air dalam skala Celcius ? 16 cm – 4 cm = 12 cm. Jadi 12 x 4,17 = 50,04 oC.
Jawaban yang benar adalah B.
Jawaban yang benar adalah B.
4. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.41
Yang tidak diperlukan untuk menentukan skala termometer adalah….
A. titik tetap atas
B. titik didih
C. titik tetap bawah
D. lebar skala
Pembahasan
Yang diperlukan untuk menentukan skala termometer adalah titik tetap atas (titik didih) dan titik tetap bawah (titik beku). Jadi yang tidak diperlukan untuk menentukan skala termometer berdasarkan soal di atas adalah lebar skala.
Jawaban yang benar adalah D.
Yang tidak diperlukan untuk menentukan skala termometer adalah….
A. titik tetap atas
B. titik didih
C. titik tetap bawah
D. lebar skala
Pembahasan
Yang diperlukan untuk menentukan skala termometer adalah titik tetap atas (titik didih) dan titik tetap bawah (titik beku). Jadi yang tidak diperlukan untuk menentukan skala termometer berdasarkan soal di atas adalah lebar skala.
Jawaban yang benar adalah D.
5. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.42
Sebuah termometer tak berskala berisi air raksa. Ketika dimasukkan ke dalam es melebur panjang kolom raksa 5 cm dan ketika dimasukkan ke dalam air mendidih panjang kolom raksa 30 cm. Ketika termometer menunjukkan 25oC panjang kolom raksa adalah….
A. 6,25 cm
B. 10,25 cm
C. 11,25 cm
D. 22,50 cm
Pembahasan
Diketahui :
Panjang kolom raksa ketika dimasukkan ke dalam es melebur = 5 cm
Panjang kolom raksa ketika dimasukkan ke dalam air mendidih = 30 cm
Ditanya : Panjang kolom raksa ketika termometer menunjukkan 25oC
Jawab :
Suhu es melebur (es sedang mencair) adalah 0oC karenanya panjang kolom raksa 5 cm setara dengan 0oC. Suhu air mendidih adalah 100oC karenanya panjang kolom raksa 30 cm setara dengan 100oC.
Sebuah termometer tak berskala berisi air raksa. Ketika dimasukkan ke dalam es melebur panjang kolom raksa 5 cm dan ketika dimasukkan ke dalam air mendidih panjang kolom raksa 30 cm. Ketika termometer menunjukkan 25oC panjang kolom raksa adalah….
A. 6,25 cm
B. 10,25 cm
C. 11,25 cm
D. 22,50 cm
Pembahasan
Diketahui :
Panjang kolom raksa ketika dimasukkan ke dalam es melebur = 5 cm
Panjang kolom raksa ketika dimasukkan ke dalam air mendidih = 30 cm
Ditanya : Panjang kolom raksa ketika termometer menunjukkan 25oC
Jawab :
Suhu es melebur (es sedang mencair) adalah 0oC karenanya panjang kolom raksa 5 cm setara dengan 0oC. Suhu air mendidih adalah 100oC karenanya panjang kolom raksa 30 cm setara dengan 100oC.
Selisih panjang kolom raksa adalah 30 cm – 5 cm = 25 cm.
Selisih skala suhu Celcius adalah 100oC – 0oC = 100oC.
Selisih skala suhu Celcius adalah 100oC – 0oC = 100oC.
25 cm / 100oC = 0,25 cm / oC
Apabila kolom raksa bertambah 0,25 cm maka setara dengan penambahan suhu air sebesar 1 oC.
Apabila kolom raksa bertambah 0,25 cm maka setara dengan penambahan suhu air sebesar 1 oC.
Ketika suhu air 0oC, panjang kolom raksa adalah 5 cm. Jadi jika suhu air 25oC maka panjang kolom raksa adalah 5 cm + (0,25 x 25) = 5 cm + 6,25 cm = 11,25 cm.
Jawaban yang benar adalah C.
Jawaban yang benar adalah C.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar