Pembahasan Fisika No. 16 – 20 TKD Saintek SBMPTN 2014 Kode Naskah 512

• alat optik, 
• hukum gerak newton, 
• hukum gravitasi newton, 
• teori relativitas, dan 
• dinamika rotasi.

Soal No. 16 tentang Alat Optik

Pembahasan

Bayangan tegak dan diperbesar 4 kali berarti nilai perbesarannya positif 4.

   m = 4

    s‘ = −4s
 
Letak bayangan benda dapat dicari dengan rumus:

  4s = 72
    s = 18

Jadi, letak benda tersebut adalah 18 cm di depan lensa (C).

Soal No. 17 tentang Hukum Gerak Newton

Sistem 2 benda dinyatakan seperti gambar di bawah dengan massa tali, massa katrol, dan gesekan pada katrol diabaikan.

Jika koefisien gesek antara benda bermassa 6 kg dengan bidang 1/3 dan percepatan gravitasi 10 m/s², kedua benda bergerak dengan percepatan sebesar ….

A.   1/6 m/s²
B.   1/4 m/s²
C.   1/2 m/s²
D.   1 m/s²
E.   2 m/s²

Pembahasan

Sistem 2 benda tersebut bergerak karena ada gaya berat (w) yang ditimbulkan oleh benda yang bermassa 4 kg (m₁). 

w = m₁.g
    = 4 kg × 10 m/s²
    = 40 N

Dalam geraknya, sistem tersebut ditahan oleh gaya gesek (f) antara benda yang bermassa 6 kg (m₂) dengan bidang. 

f = μ.m₂.g
  = 1/3 × 6 kg × 10 m/s²
  = 20 N

Karena sistem 2 benda tersebut bergerak, maka berlaku hukum II Newton.

       ΣF = m.a
    w − f = (m₁+ m₂)a
40 − 20 = (6 + 4)a
        20 = 10a
          a = 2

Jadi, kedua benda akan bergerak dengan percepatan sebesar 2 m/s² (E).

Soal No. 18 tentang Hukum Gravitasi Newton

Pembahasan

Data-data yang diketahui pada soal: 

w_b = 490 N 
R_p = ½ R_b
ρ_p = 2ρ_b

Kuat medan gravitasi (percepatan gravitasi) dirumuskan sebagai:^_\

 

Rumus kuat medan gravitasi tersebut harus kita uraikan sedemikian hingga data-data pada soal bisa kita gunakan. Pertama, kita gunakan rumus gaya berat. 

w = mg → g = w/m   … (1)

Kemudian kita gunakan rumus massa jenis.

Sedangkan V adalah volume bumi atau planet. Karena bumi dan planet dianggap berbentuk bola, maka V dirumuskan sebagai V = 4/3 πR³ sehingga rumus massa planet menjadi: 

M = 4/3 πρR³              … (2)

Substitusi persamaan (1) dan (2) pada rumus medan gravitas diperoleh:

Karena massa benda di bumi dan di planet sama serta G adalah konstanta, maka berat benda hanya bergantung pada massa jenis dan jari-jari planet. 

   w ~ ρR

 
  w_p = 490

Jadi, berat benda di planet tersebut adalah 490 N (B).

Soal No. 19 tentang Teori Relativitas

Sebuah elektron energi totalnya n kali energi diamnya. Jika massa diam elektron adalah m_o, konstanta Planck adalah h, dan kelajuan cahaya di ruang hampa adalah c maka panjang gelombang de Broglie elektron tersebut adalah ….

Pembahasan

Energi total elektron sama dengan n kali energi diamnya. 

E = n E_o

Sedangkan energi total relativistik dirumuskan sebagai:

Dari kedua rumus tersebut diperoleh: 

n = γ

 
n²c² − n²v² = c²    
n²v² = n²c² − c²

        = (n² − 1) c²

Dengan demikian, panjang gelombang de Broglie elektron tersebut adalah:

Jadi, panjang gelombang de Broglie elektron tersebut adalah opsi (D).

Soal No. 20 tentang Dinamika Rotasi

Yoyo bermassa m ditarik dengan gaya F yang tidak terlalu besar sehingga dia menggelinding murni, seperti gambar.

Jika momen inersia yoyo adalah 0,6mR² dan jari-jari poros yoyo r = 0,2R maka percepatan sudut yoyo adalah ….

A.   F/(mR)
B.   0,8 F/(mR)
C.   0,6 F/(mR)
D.   0,5 F/(mR)
E.   0,4 F/(mR)

Pembahasan

Menggelinding terdiri dari gerak translasi dan gerak rotasi.

Karena sistem bergerak maka berlaku hukum II Newton.

Pada gerak translasi berlaku:

   ΣF = ma
F − f = ma
       f = F − ma       [a = αR]
         = F − mαR       … (1)

Sedangkan pada gerak rotasi berlaku:

          Στ = Iα 
fR − Fr = Iα       

Substitusi persamaan (1) dan data yang diketahui pada soal, diperoleh:

(F − mαR)R − F × 0,2R = 0,6mR² α
           F − mαR − 0,2F = 0,6mαR    [masing-masing dibagi R]
                       F − 0,2F = 0,6mαR + mαR
                              0,8F = 1,6mαR
                                   α = 0,8/1,6 F/(mR)
                                      = 0,5 F/(mR)

Jadi, percepatan sudut yoyo adalah 0,5 F/(mR) (D).

Simak Pembahasan Soal TKD Saintek SBMPTN 2014 selengkapnya.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Terimakasih