Contoh Soal Prediksi USBN Fisika SMA

Soal No.1

Logam P, Q, dan R berukuran sama. Konduktivitas logam P, Q, dan R berturut – turut adalah 4k, 2k, dan k. Ketiganya terhubung dengan suhu pada ujung – ujung terbuka seperti gambar berikut.

PEMBAHASAN :
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor ini dapat melalui berbagai cara salah satunya adalah konduksi. Konduksi adalah perpindahan kalor yang tidak disertai dengan partikel pengantarnya. Banyaknya kalor yang berpindah selama waktu tertentu adalah sebagai berikut.

Keterangan:
H = laju kalor (J/s)                         k  = konduktivitas bahan (W/m K)
Q = kalor (J)                                      A  = Luas penampang (m²)
t  = waktu (detik)                            ΔT = perbedaan suhu (K)
L = panjang batang (m)

Untuk soal di atas.

Soal No.2

Perhatikan gambar di bawah ini.

Benda bermassa 2 kg ditarik dengan gaya 20 N membentuk sudut θ = 60 . Jika koefisien gesek kinetis antara balok dan lantai 0,3 hitunglah percepatan yang dialami benda.

PEMBAHASAN :

• Menggambarkan gaya yang terlibat pada benda, jikalau ada gaya yang miring, maka diuraikan berdasarkan komponen – komponennya
  

• Untuk mengetahui percepatan benda, maka ditinjau adalah arah gerakan benda yang searah dengan sumbu X saja (dalam hal ini bergerak ke arah kiri). Akan tetapi pada arah itu ada gaya gesek yang nilainya F_g = N.μ_k Untuk itu dicari nilai N (searah sumbu y dan dalam kondisi diam)
  ΣF_y = 0 artinya
  ΣF_atas = ΣF_bawah
  N + F_Y = w
  N = w – F_y
  N = mg – F sin θ
  N = 20 – 20 sin 60
  

LIHAT JUGA : Soal Prediksi USBN Fisika Bag.2

Soal No.3

Perhatikan rangkaian listrik pada gambar di samping!

Hitunglah daya disipasi pada hambatan 2Ω

PEMBAHASAN :

Hukum kirchoff membahas nilai kuat arus dan tegangan dalam suatu rangkaian. Secara matematis, hukum tersebut adalah:
ΣI = 0
I_masuk + (-I_keluar) = 0
I_masuk = I_keluar(1)
ΣTegangan= 0
Σggl + ΣTegangan jepit = 0
ΣE+ΣV = 0
ΣE + ΣIR = 0                     (2)
Langkah untuk soal di atas:

• Menggambarkan arus
• Menggambarkan arah Loop Agar lebih mudah, arah loop dapat ditentukan searah dengan arah arus yang berasal dan sumber tegangan yang paling besar (misalkan arah arus dari titik a – b – c – d – a) dan mengabaikan arus dan sumber tegangan yang kecil (ingat, arah arus bermula dan kutub positif menuju kutub negatif).
  
• Jika arah loop menjumpai kutub positif pada sumber tegangan lain, maka nilai E positif. Namun, jika yang dijumpai lebih dulu adalah kutub negatif, maka E bertanda negatif.

Jika kita terapkan pada hukum kirchoff II maka diperoleh:
ΣV_AA = ΣE + ΣIR = 0
(E₂ – E₁) + IR₂ + IR₃ + IR₁ = 0
(6 – 3) + 2i + 3i + I = 0
3 + 6i = 0
i = -0,5
(tanda negatif berarti penggambaran arah arus berbeda dengan sebenarnya)
Maka daya disipasi pada R = 2Ω adalah: P = i²R = (0,5)².2 = ½ watt

LIHAT JUGA : Soal Prediksi USBN Fisika Bag.3

Soal No.4

Pada saat ditimbang di udara sebuah benda yang volumenya 1 ´ 10^–3 m³ memiliki berat 30 N. Bila balok tersebut dicelupkan seluruhnya ke dalam air berapa berat benda?

PEMBAHASAN :
Secara alamiah, besarnya gaya angkat yang diterima oleh benda pada saat dicelupkan adalah:
F_a = W_u – W_c

Dengan
W_c = berat benda di dalam fluida
W_u = berat benda di udara
F_a = gaya angkat

Berdasarkan hukum archimides,gaya angkat ini bisa dicari:
F_a = ρ_c  v_c  g

Dengan
F_a = gaya angkat
ρ_c = massa jenis fluida yang pindah 
v_c = volume fluida yang pindah
Dari hasil uji coba banyaknya volume fluida yang pindah sebanding dengan volume benda yang tercelup, akibatnya makna fisis ­V_c = volume benda yang tercelup.
Berdasarkan itulah:
F_a = ρ_c  v_c  g
W_u – W_c = ρ_c  v_c  g
W_c = W_u – ρ_c  v_c  g
W_u = 30 – 1000. 1 ´ 10^–3 10
W_c = 30 – 10
W_c = 20 newton

Soal No.5

Berapa Besarnya kecepatan gerak sepotong mistar (panjang 2 m) agar panjangnya teramati sebesar 1 m ?

PEMBAHASAN :
Pengamat dikatakan bergerak terhadap kejadian jika pengamat dan kejadian tiap waktu berubah kedudukannya. Sebaliknya, pengamat dikatakan diam terhadap kejadian jika pengamat dan kejadian tiap waktu tetap kedudukannya.
Berikut hasil pengamatan yang diam atau bergerak relatif terhadap kejadian (pengukuran panjang).

Dengan
L = panjang benda yang diamati oleh pengamat yang bergerak terhadap benda tersebut
L_o = panjang benda yang diamati oleh pengamat yang diam terhadap benda tersebut
Dari persamaan di atas, panjang suatu benda lebih pendek jika diamati oleh pengamat yang bergerak terhadap benda.
Untuk soal di atas

Soal No.6

Perhatikan gambar berikut!

jika jari-jari roda 0,3 meter hitunglah besar dan arah momen gaya roda tersebut yang berporos di pusat roda.

PEMBAHASAN :
Perhatikan gambar berikut.

Besar momen gaya (τ) merupakan hasil kali lengan momen dan besar gaya.
τ= F d

dengan:
τ = momen gaya (Nm)
d = lengan momen (m)
F = gaya (Newton (N)

Pada gambar juga nilai d = L sin α dengan demikian
τ = F L sin α

dengan:
τ = momen gaya (Nm)
L = jarak dari poros ke gaya (m)
F = gaya (Newton (N)
α = sudut yang dibentuk garis kerja F dengan L
Momen gaya positif jika arah putarannya searah dengan arah perputaran  jarum jam dan momen gaya negatif jika arah putarannya berlawanan dengan arah perputaran jarum jam
Dengan demikian:

Soal No.7

Mikroskop dengan fokus lensa objektif  1 cm dan okuler 10 cm digunakan untuk mengamati sebuah benda kecil. Saat pengamatan dengan mata tanpa akomodasi, jarak lensa objektif  dan okuler adalah 21 cm. Pengamatan kemudian diubah dengan mata berakomodasi maksimum (Sn = 30 cm), berapa jarak lensa objektif  dan okuler sekarang?

PEMBAHASAN :
F_ob= 1 cm
F_0k = 10 cm
d = 21 cm
s_n = 30 cm

Tidak berakomodasi
d = s’_ob + f_ok
21 = s’_ob + 10 cm
s’_ob = 11 cm

Berakmodasi maksimum
d = s’_ob + s_ok
d = 11 cm + s_ok
s_ok diperoleh dari cara berikut.

• Mencari perbesaran lensa okuler
  
  Bayangan akhir di depan lensa okuler maka s’_ok bernilai negatif, perbesaran oleh lensa okuler dapat juga dicari dengan persamaan:
  

• Mencari s_ok dengan persamaan
  

Dengan demikian:
d = 11 cm + 12,5 cm
d = 23,5 cm

Soal No.8

Tabung gelas resonansi yang berisi air mempunyai penampang 10 cm². Pada posisi itu (seperti gambar), terjadi resonansi pertama. Jika sejumlah 400 cm³ air dibuang keluar, terjadi resonansi kedua. Laju bunyi di udara 300 m/s, Berapakah frekuensi garpu tala yang dipakai?

PEMBAHASAN :

Percobaan tabung resonansi digunakan untuk mengukur kecepatan bunyi di udara, Caranya:

1. Isi tabung resonansi dengan air yang dapat naik turun
2. Getarkan garpu tala dengan frekuensi tertentu di atas permukaan tabung
3. Turunkan air secara perlahan – lahan sehingga dalam kondisi tertentu terdengar mendengung. Pada kondisi ini terjadi resonansi sehingga frekuensi bunyi di udara sama dengan frekuensi garpu tala.
   fgarpu tala = fbunyi di udara
4. Kemudian mengukur tinggi ujung tabung sampai ke permukaan air, L₁ (Resonansi 1)
5. Menggetarkan garpu tala yang kedua kali dan menurunkan air secara perlahan – lahan sehingga dalam kondisi tertentu terdengar mendengung yang kedua kalinya.
6. mengukur tinggi ujung tabung sampai ke permukaan air, L₂ (Resonansi 2)
7. Carilah panjang gelombang λ_bunyi dengan persamaan:
   λ_{bunyi di udara} = 2|L₂ – L₁|
   Maka diperoleh
   v_{bunyi di udara} = λ_{bunyi diudara}. f_{garpu tala}
   Untuk soal di atas
   

Soal No.9

Seorang nelayan naik perahu yang bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Massa perahu dan orang masing – masing 200 kg dan 50 kg. Pada suatu saat, orang tadi meloncat dari perahu dengan kecepatan 8 m/s searah gerak perahu, berapa kecepatan perahu sesaat setelah orang tadi meloncat?

PEMBAHASAN :
M_p = 200 kg
M_o = 50 kg
v_P  = v_O = 4 m/s
v_O’ = 8 m/s

P_{sebelum loncat} = P’_{setelah loncat}
m_pv_p + m_o v_o = m_pv_p’ + m_ov_o’
200 . 4 + 50. 4 = 200 v_p’ +  50 .8
800 + 200 = 200 v_p’ +  400
1000 = 200 v_p’ +  400
600 = 200 v_p’
v_p’= 3 m/s

Soal No.10

Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada diagram P-V di samping ini, hitunglah usaha yang di lakukan oleh gas terhadap lingkungan

PEMBAHASAN :
Usaha yang dilakukan gas adalah:
W = P (V₂ – V₁)

Dengan
W = usaha (J)
P = Tekanan (Pa)
V₂ = volume akhir (m³)
V₁ = volume awal (m³)

Bila :
W >0 artinya gas (sistem) melakukan usaha ke lingkungan (V₂>V₁)
W <0 artinya gas (sistem) menerima usaha dari lingkungan (V₂<V₁)
Dalam termodinamika, keadaan gas maupun proses yang dialami gas lebih sering digambarkan dalam diagram P-V. Besarnya usaha untuk situasi ini dihitung secara grafis, yaitu dengan menghitung luas area di bawah kurva pada grafik tersebut.
W = Luas area di bawah kurva pada grafik P-V
Jika prosesnya bersiklus, secara grafis besarnya usaha , yaitu dengan menghitung luas area yang dilingkupi siklus tersebut.
W = Luas area yang dilingkupi pada grafik P-V
Untuk soal di atas:
Usaha pada proses bersiklus adalah = Luas area yang dilingkupi pada grafik P-V
W = luas segitiga

Mau Belajar Privat Online Lewat Zoom Bersama Tim Guru Kami?