Pembahasan Fisika UN 2014 No. 16

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2014 nomor 16 sampai dengan nomor 20 tentang:

• pemuaian,


• zat dan kalor,


• teori kinetik gas,


• termodinamika, serta


• gelombang.

Soal No. 16 tentang Pemuaian

Suatu batang kuningan mula-mula panjangnya 40 cm. Saat dipanaskan pada suhu 80 °C, panjangnya menjadi 40,04 cm. Jika koefisien muai panjang kuningan 2,0 × 10⁻⁵ °C⁻¹ maka suhu awal batang kuningan tersebut adalah ....

A.   20 °C
B.   22 °C
C.   25 °C
D.   30 °C
E.   50 °C

Pembahasan

Setiap logam yang dipanaskan akan mengalami pemuaian, di antaranya pertambahan panjang. Pertambahan panjang ini sebanding dengan kenaikan suhu saat pemanasan tersebut.

            Δl = α l_o Δt
4,04 − 40 = 2×10⁻⁵ × 40 × Δt
        0,04 = 8×10⁻⁴ × Δt
           Δt = 50
    80 − t_o = 50
            t_o = 30

Jadi, suhu awal batang kuning tersebut adalah 30 °C (D).

Soal No. 17 tentang Zat dan Kalor

Logam tembaga bersuhu 100 °C dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30 °C. Kalor jenis air 1 kal.g^-1.°C^-1 dan kalor jenis tembaga 0,1 kal.g^-1.°C^-1. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36 °C maka massa logam tersebut adalah ....

A.   140 gram
B.   120 gram
C.   100 gram
D.   80 gram
E.   75 gram

Pembahasan

Jika dua benda yang berbeda suhu disatukan maka benda yang panas akan melepas kalor yang kemudian diserap oleh benda yang dingin sehingga tercapai kesetimbangan termal.

Hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor ini pertama kali disampaikan oleh Joseph Black yang akhirnya dikenal dengan istilah asas Black. Secara sederhana, asas Black dirumuskan:

                 Q_serap = −Q_lepas
      m_a c_a (t − t_a) = −m_t c_t (t − t_t)
      m_a c_a (t − t_a) = m_t c_t (t_t − t)
128×1×(36 − 30) = m_t×0,1×(100 − 36)
                     768 = 6,4 m_t
                       m_t = 120

Jadi, massa tembaga tersebut adalah 120 gram (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN tentang Kalor.

Soal No. 18 tentang Teori Kinetik Gas

Pembahasan

Dari data pada soal, diperoleh: 

V₁ = V
T₁ = T
P₁ = P
V₂ = 3/4 V
T₂ = 3/2 T

Hukum yang menyatakan tiga keadaan gas sekaligus (tekanan, volume, dan suhu) adalah hukum Boyle - Gay Lussac. Secara matematis, hukum ini dinyatakan: 

PV ~ T

Untuk mempermudah penghitungan, pindahlah V ke ruas kanan.

Jadi, perbandingan tekanan awal dan tekanan akhir gas tersebut adalah P₁ : P₂ = 1 : 2 (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Teori Kinetik Gas.

Soal No. 19 tentang Termodinamika

Pembahasan

Diketahui: 

T₁ = 600 K
  η = 40% = 0,6
 η' = 75% = 0,75

Efisiensi mesin Carnot dirumuskan sebagai:

Mula-mula T₁ = 600 K dengan η = 40%. Suhu rendah pada keadaan tersebut adalah:

Kemudian efisiensinya dijadikan 75% dengan suhu rendah tetap 360 K. Sehingga suhu tingginya adalah menjadi:

Jika Anda gemar hitung-hitungan, bolehlah pakai cara berikut ini:

Karena soal menyebutkan bahwa reservoir suhu rendah tetap (T₂ konstan), kita ubah rumus tersebut menjadi: 

T₂ = T₁(1 − η)

Secara matematis, T₂ konstan dapat ditulis:

          T₂ = C 
T₁(1 − η) = T₁'(1 − η')

Dengan demikian, suhu tinggi untuk efisiensi 75% adalah:

Jadi, reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi 1440 K (E).

Soal No. 20 tentang Gelombang

Pembahasan

Yang membedakan gelombang bunyi (gelombang longitudinal) dengan gelombang transversal adalah polarisasi. Gelombang bunyi tidak dapat mengalami polarisasi. Dengan demikian, opsi jawaban yang mengandung pernyataan nomor (4) sudah pasti salah.

Jadi, pernyataan yang sesuai dengan sifat gelombang bunyi adalah pernyataan 1, 2, dan 3 (A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Gelombang.

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2014 selengkapnya.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.