Kumpulan Soal Fisika dan Pembahasan SMA

1.      Sebuah bayangan yang jatuh pada sebuah cermin datar dengan sudut datang  45°. Tentukan jumlah bayangan yang terbentuk dan lukislah?!

Dik      :           a = 45°

Dit       :           n ?

Jawab :           n  =       - m

                                      =         - m

                                      =        8 – m

                                    Karena    = 8 (genap) maka m = 1

                                    n  = 8 – 1

                                    n  = 7 bayangan

2.      Sebuah senter dengan cahaya 9 x  m/s dan frekuensinya 9 x Hz, hitunglah perubahan panjang di air dan di udara?

Dik                  :           v 1 = 9 x  m/s

                                    F   = 9 x Hz

Dit                   :          

Jawab :           n = 1,6

                                     =

                                     =

                                     =  .9 .

                             = 5,625 x

Panjang  gelombang di udara :

                                    = f . λ1

                                                λ1         =  

 =  

= 1m

Panjang gelombang di air :

                                    λ 2  =  

                                         =   

                                         = 0,625      

                        maka perubahannya adalah

                                    = 1 – 0,625

                                    = 0,375 m

                                    = 3,75 x 10 m

3.      Sebuah tabung kaca berisi air dengan kedalaman 25 meter. Jika cahaya matahari dapat menembus air hingga permukaan tabung, tentukan luas penutup tabung  jika indeks bias air 5,25 dan indeks bias udara 5 ?

Dik      :           h = 25 m

                        n air = 5,25

                        n udara = 5

Dit       :           luas penutup sumur?

Jawab :           sin   =   =   = 0,952

                                           =

                                    = 60,18°

                         =

                                    r = h  

                                       = 25 x tan 60,18°

                                       = 25 x 1,744

                                       = 45,6

                        Luas =

                                   = 3,14 x (43,6)²

                                   = 5969,o144 m²

4.      Sebuah senter memancarkan cahaya kesebuah kaca dari udara dan membentuk sudut 150° terhadap garis normal. Jika diketahui tebal kaca 21 cm dengan indeks bias kaca 1,5 tentukan pergeseran sinar cahaya tersebut?

Dik      :           = 60°

                        d = 21 cm

                         = 18

Dit       :           t ?

Jawab :            sin         =           sin

                                     sin   =           sin

(1)   Sin 150°    =          (1,5) sin

                                  =          (1,5) sin

sin                           =          0,333

                               =            sin (0,333)

                                =          19,45°

t =

t =

t =

t = 16,92 cm

jadi pergeseran sinar cahaya tersebut adalah 16,92 cm

5.      Apa yang dimaksud dengan sudut deviasi? Hal apa yang menentukan sudut deviasi pada pembiasan prisma ?

Jawab:

                Sudut deviasi adalah sudut yang terbentuk oleh perpanjangan sinar cahaya yang masuk masuk ke prisma dan keluar dari prisma. Sudut deviasi pada pembiasan prisma tergantung pada nilai sudut datang sinar cahaya yang masuk ke prisma.

6.      Sebuah benda digantung pada jarak 8 m di atas permukaan air (cekung) dengan  jari – jari  kelengkungan 8,4 m. jika indeks bias air 2,25 tentukan jarak bayangan benda terhadap permukaan yang dilihat seseorang  di dalam air ?

Dik         :        s = 8 m

                        R = - 8 (cekung)

                         = 2,25

Dit          :          +    =  

                        Karena   = 1,  = 2,25 dan R = - 8

                          +   =

                          =   - 

                          = -

                        s’         =

                        s’         = - 8m

jadi seseorang melihat benda sejauh 8 meter di atas air

7.      Sebuah lensa dibatasi oleh permukaan cekung dan datar dengan n _udara   = 1 dan n _lensa   = 6/_5. Dengan jari – jari kelengkungan permukaan cekung yaitu 21,5 cm, Hitunglah frekuensinya (f) !

Dik         :        n udara  = 1

                        n lensa   = 6/5

                        R = 21,5 cm

Dit          :        f ??

jawab     :          =    - 1                  x           

                         =  `                       x         

                         =

f =

f = 17,916 cm

jadi titik f adalah 17,96 cm (cekung)

8.       Apa yang dimaksud dengan daya akomodasi dan jelaskan cara kerjanya!

Jawab :

            Daya akomodasi adalah kemampuan lensa mata untuk menipis atau menebal sesuai dengan jarak benda yang dilihat. Cara kerja mata berakomodasi adalah ketika mata melihat benda dikejauhan, otot siliar mengendor, sehingga lensa mata menipis dan pada keadaan demikian mata dikatakan tak berakomodasi. Sedangkan ketika mata melihat benda dekat, otot siliar menegang, sehingga lensa mata menebal, dan pada keadaan demikian mata dikatakn berakomodasi.

9.      Dita sedang mengamati sebuah objek dengan menggunakan lup dengan kekuatan 15 dioptri dengan titik dekat 45 cm. jika ia ingin memperoleh perbesaran anguler maksimum maka berapa jarak antara objek yang harus  ditempatkan terhadap lup?

Dik      :             + 1

                                =    +  1

                                =  4

                                 = 4

                                 = 4

                        S          =

                        S          = 11,25 cm

            Jadi jarak objek yang harus ditempatkan terhadap lup 11,25 cm

10.  apa itu spectrum ? sebutkan jenis spectrum?

Jawab             :

                        Spectrum adalah gelombang – gelombang elektromagnetik dengan frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda.

Jenis -  jenis spectrum adalah gelombang radio, gelombang televise, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma.

11.   Seorang petugas pemilu mengamati keaslian kartu suara dengan menggunakan lup berkekuatan 10 dioptri. Apabila ia memilki titik dekat 50 cm, dan ingin memperoleh pembesaran anguler maksimum maka hitunglah jarak kartu suara harus ditempatkan terhadap lup!

Jawab :

            m _a         =  s_{n      +    1}

                                    f

                              =   50   +  1

                                10

                                    = 6

                        s_{n       =   6}

                                s

                        50     =  6

                         s

                        s       =   50

                                          6

                        s       =   8,33 cm

         maka jarak kartu suara harus ditempatkan terhadap lup adalah 8,33 cm.

12.  Sebutkan dan jelaskan mengenai gelombang mikro!

      Jawab : 

                                i.      Gelombang mikro adalah gelombang yang mempunyai frekuensi sekitar 3 . 10 ⁹  Hz. Dan umumnya digunakan dalam komunikasi, alat memasak, dan radar.

a.       Pada alat memasak, gelombang mikro bisa digunakan karena dapat menghasilkan panas dan dapat menyerap gelombang.

b.      Pada radar (Radio detection and ranging), gelombang mikro digunakan antara pemancar yang dapat menerima radiasi gelombang elektromagnetik.       

13.  Seutas tali yang panjangnya 116 cm direntangkan mendatar. Salah satu ujungnya digetarkan naik-turun sedangkan ujung lainnya terikat. Frekuensi 1/6 Hz dan amplitudo 10 cm. Akibat getaran tersebut, gelombang menjalar pada tali dengan kecepatan 8 cm/s. Tentukan:

            (a)         Amplitudo gelombang hasil perpaduan (interferensi) di titik yang berjarak 108      cm dari titik asal getaran.

            (b)         Letak perut ke-4 dan simpul ke-4 dari titik asal getaran.

            Jawab

            Panjang tali λ= 116 cm; frekuensi f =1/6 Hz; cepat rambat v = 8 cm/s. Amplitudo gelombang berjalan A = 10 cm; jarak P dari asal titik getaran O, PO = 108 cm. Perhatikan gambar di atas,

PO = l – x ↔ x = l – PO = 116 -108 = 8 cm

(a)          Untuk menentukan amplitudo gelomabang stasioner, A_s, dengan persamaan A_s = 2 A sin kx, kita harus menghtung dahulu nilai λ kemudian k = 2Π/λ.

λ=v/f = (8 cm/s)/(1/6Hz) = 48 cm

k = 2Π/λ. = 2Π/40 cm^-1.

A_s = 2A sin kx = 10√3cm

(b)     Letak perut ke-3 (n + 1 = 3 atau n = 2) dari ujung tetap dihitung dengan persamaan (1-16).

Xn +1 = 60 cm

Letak perut ke 3 dari titik asal O adalah b:

l – 3 = 116 – 60 = 56 cm

Letak simpul ke-4 (n+1 =4 atau n=3) dari titik tetap dihitung dengan persamaan (1.15).

x4 = 2(3) (48cm/4) = 72 cm

Letak simpul ke-4 dari titik asal O adalah:

l – x₄ = 116 – 72 = 54 cm

14.  Cepat rambat gelombang transversal pada dawai yang tegang sebesar 10 m/s saat besar tegangannya 150 N. Jika dawai diperpanjang dua kali dan tegangannya dijadikan 600 N maka tentukan cepat rambat gelombang pada dawai tersebut!

            Jawab :

            Dari soal di atas dapat dibuatkan peta konsep dan beberapa metode penyelesaian seperti   di bawah.

v1 = 10 m/s, F1 = 150 N, L1 = L

v2 = ? , F2 = 600 N, l₂ = 2L

Dari data pertama dapat diperoleh massa per satuan panjang :

→  10 = → 100 =

m₁ = 150/100 = 1,5  kg/m

Keadaan kedua

Dawai jenisnya tetap berarti m₂ = m₁, sehingga v₂ dapat diperoleh :

=  = 20 m/s

15.  Dawai sepanjang 60 cm memiliki massa 20 gr. Jika ujung-ujung dawai diikat sehingga memiliki tegangan 30 N. Tentukan :

            a. panjang gelombang pada nada atas keduanya

            b. frekuensi nada atas keduanya?

            Jawab :

l = 60 cm = 0,6 m

m = 20 gr = 2.10^-2 kg

F = 30 N

a)  Nada atas kedua, n = 2

l₂ = 3/2 λ

0,6 = 3/2. λ → λ = 0,4 m

b) Frekuensi nada atas kedua

Cepat rambat gelombang memenuhi hukum Melde :

v=  =30 m/s

Berarti frekuensi nada atas kedua sebesar :

f₂ = v/λ₂= 30/0,4= 75 Hz

16.  Sebuah pipa panjangnya 68 cm. Tentukan tiga frekuensi harmonik pertama jika pipa terrbuka pada kedua ujungnya! Ambil cepat rambat bunyi di udara 340 m/s.

Jawab :

            Panjang pipa L = 68 cm = 68 ´ 10^-2 m. Frekuensi nada dasar pipa yang terbuka kedua ujungnya (pipa organa terbuka) bisa diperoleh dengan persamaan (3.12), dengan   n = 1.

­

Karena semua harmonik muncul pada pipa organa terbuka, maka dua harmonik berikutnya adalah

f₂ = 2f₁ = 2 (250) = 500 Hz

f₃ = 3f₁ = 3 (250) = 750 Hz

17.  Sebuah pipa panjangnya 68 cm. Tentukan tiga frekuensi harmonik terendah jika pipa tertutup satu ujungnya dan terbuka pada ujung lainnya?

Jawab :

             Frekuensi nada dasar pipa yang tertutup satu ujungnnya dan terbuka pada ujung lainnya (pipa organa tertutup) bisa diperoleh dengan persamaan (3.15), dengan n=1.

Karena dalam pipa organa tertutup hanya harmonik ganjil yang muncul, maka dua frekuensi terendah berikutnya adalah f₃ dan f₅.

f₃ = 3f₁ = 3 (125) = 375 Hz

f₅ = 5f₁ = 5 (125) = 625 Hz

18.  Taraf intensitas bunyi sebuah air dari jarak 1 meter adalah 60 dB. Tentukan taraf intensitasnya jika diamati dari jarak 10 meter.

Jawab:

Diketahui: TI₁ = 60 dB; r₁ = 1 m; r₂ = 10 m

TI_2­ = TI₁ – 20 log r₁/r₂

= (60 dB) – 20 log (10 m/1 m) dB = (60 dB) - (20 dB)

= 40 dB.

19.  Ani berdiri di tepi jalan. Dari kejauhan datang sebuah mobil ambulan bergerak mendekati Ani, kemudian lewat di depannya, lalu menjauhinya dengan kecepatan tetap 20 ms^-1. Jika frekuensi sirine yang dipancarkan mobil ambulan 8.640 Hz, dan kecepatan gelombang bunyi di udara 340ms^-1, tentukanlah frekuensi sirine yang didengarkan Ani pada saat :  (a) Mobil ambulance mendekati Ani ; dan  (b) Mobil ambulan menjauhi Ani.

Jawab :

Diketahui :
v=340 ms^-1; v_s= 20 ms^-1; dan f_s = 8.640 Hz

a. Pada saat mobil ambulan mendekati Ani.

= 9.180 Hz

b. Pada saat mobil ambulan menjauhi Ani.

= 8.160 Hz

Pada saat mobil ambulan mendekati Ani, frekuensi sirine yang terdengar 9.180 Hz. Akan tetapi, pada saat mobil ambulan menjauhi Ani mendengar frekuensi sirine sebesar 8.160 Hz.

20.  Sebuah kereta api yang mendekati sebuah bukit dengan kelajuan 40 km/jam membunyikan peluit dengan frekuensi 580 Hz ketika kereta berjarak 1 km dari bukit. Angin dengan kelajuan 4 km/jam gertiup searah dengan kereta.

            (a)    Tentukan frekuensi yang didengar oleh seorang pengamat di atas bukit. Cepat rambat bunyi di udara adalah 1200 km /jam.

            (b)   Jarak dari bukit di mana gema dari bukit didengar oleh masinis kereta. Berapa frekuensi bunyi yang didengar oleh masinis ini?

Jawab :

(a)    Masalah soal ini ditunjukkan pada gambar berikut. Cepat rambat di udara v= 1200 km/jam.

Frekuensi yang didengar oleh pengamat P di bukit dengan memasukkan kecepatan angin dihitung dengan persamaan (3-8).

Hz

(b)   Masalah kasus (b) ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Misalkan masinis mendengar bunyi peluit kereta oleh dinding bukit ketika berjarak x km dari bukit. Waktu tempuh dari A ke B adalah

..........................................(*)

Waktu bunyi merambat dari A ke C kemudian dipantulkan ke B adalah

......................................(**)

Samakan (**) dan (*) diperoleh,

1 + x = 30 (1 – x)

31x = 29     ↔ 

Untuk gema dari bukit ke masinis, frekuensi yang didengar oleh pengamat di bukit sekarang berfungsi sebagai sumber bunyi dengan f_s' = 599 Hz. Masinis sebagai pendengar bergerak menuju ke bukit dengan kecepatan 40 km/jam. Masalahnya sekarang ditunjukkan pada gambar berikut.

Frekuensi yang akan didengar oleh masinis, f_s', adalah

21.  Pada suatu jalan bebas hambatan, kecepatan maksimum kendaraan yang diperkenanlan 100 km/jam. Polisi mencurigai sebuah kendaraan yang memiliki kecepatan melampui batas kecepatan maksimum yang diperkenankan pada jalan bebas hambatan tersebut. Diketahui mobil polisi dalam keadaan diam v_p = 0,  kecepatan bunyi di udara v=340 m/s, frekuensi sumber bunyi f_s = 2,2 kHz, dan frekuensi pantulan bunyi yang terdeteksi oleh polisi f_p = 2,4 kHz. Apakah polisi tersebut berhak memberikan peringatan kepada sopir kendaraan tersebut?

Jaeab :

Gunakan persamaan:

=   m/s = 30,9 m/s = 111,2 km/jam.

Jadi, polisi berhak memberikan peringatan kepada sopir kendaraan tersebut karena kecepatannya melampui batas kecepatan yang diperkenankan.

22.  Sebuah pembangkit bola digetarkan naik dan turun pada permukaan air dalam tangki riak dengan frekuensi tertentu, menghasilkan gelombang lingkaran seperti pada Gambar 1.36. Suatu keping logam RQS bertindak sebagai perintang gelombang. Semua muka gelombang pada Gambar 1.36 dihasilkan oleh pembangkit bola dalam waktu 0,6 s. Perintang keping logam berjarak 0,015m dari sumber gelombang P. Hitung  (a) panjang gelombang, (b) frekuensi, dan (c) cepat rambat gelombang.Pembahasan:

(a)    Jarak dua muka gelombang yang berdekatan = 1λ.
Dengan demikian, jarak PQ = 3(1λ)
0,015 m = 3λ
λ = 0,005 m
(b)   Selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua muka gelombang yang berdekatan =1/T, dengan T adalah periode gelombang. Gelombang datang (garis utuh) dari P ke Q menempuh 3T, sedangkan gelombang pantul (garis putus-putus) dari Q ke P menempu waktu 3T.
Jadi, selang waktu total = 3T + 3T
0,6 s = 6T
T = 0,1 s.
Frekuensi f adalah kebalikan periode, sehingga:
f = 1/(0,1s) = 10 Hz.
(c)  Cepat rambat v  = λf = (0,005m)(10 Hz) = 0, 05 m/s.

23.  Sebuah gelombang lurus datang pada bidang batas antara dua medium dengan sudut datang 30^o. Jika indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1 adalah ½ , berapa sudut biasnya?

Jawab :

Diketahui :

Sudut datang i = 30^o

Indeks bias  n= = ½

Ditanya :  r= ....?

Jawab:

Dengan menggunakan persamaan n₁ sinq₁ = n₂ sinq₂, maka diperoleh:

sinθ₁ = sinθ₂

sin 30^o =½ sin r

½   = ½  sin r

Sin r ₌ , atau  r = 45^o.

24.  Ujung seutas tali digetarkan harmonik dengan periode 0,5 s dan amplitudo 6 cm. Getaran ini merambat ke kanan sepanjang tali dengan cepat rambat 200 cm/s. Tentukan:

a. Persamaan umum gelombang

b. Simpangan, kecepatan, dan percepatan partikel di P yang berada 27,5 cm dari ujung tali yang digetarkan pada saat ujung getar telah bergetar 0,2 s

c. Sudut fase dan fase partikel di P saat ujung getar telah bergetar 0,2 s

d. Beda fase antra dua partikel sepanjang tali yang berjarak 25 cm

Penyelesaian:

a.   T = 0,5 s ; A = 6 cm=0,06m ; v = 200 cm/s  =2 m/s; gel. merambat ke kanan

ω=2π/T = 2π/0,5 = 4p rad/s ; f=1/T = 1/0,5s = 2 Hz, λ=v/f =  2/2 = 1m,

k = = 2π,  ω = 2π/T = 2π/0,5 = 4π rad/s.

Persamaan umum gelombang:

y= A sin 2π( )= A sin (ωt – kx)

y = 0,06 sin 2π

y= 0,06 sin 2π(2t – x)

b.      x = 27,5 cm = 0,275 m ; t = 0,2 s

• Simpangan gelombang:

y = 0,06 sin 2π(2t – x) =0,06 sin 2π(2. (0,2) – 0,275)

y=0,06 sin 2π(0,4 – 0,275) = 0,06 sin 2π(0,125) =  0,06 sin (0,25π)

y =  0,06 sin(45^o) = 0,06 (1/2 )= 0,03 m

• Kecepatan gelombang:

v_y = ω.A. cos (ωt – kx) = 4π (0,06) cos 45^o =  0,12 m/s

• Percepatan gelombang:

A_y = - ω².A. sin (ωt – kx) = - (4π)² (0,06) sin 45^o

A_y = - 0,96π² (1/2 )= - 0,48π² m/s²

c. Sudut fase,  θ=2πφ = 2π(2t – x)= 0,25π ;  Fase, φ=θ/2π= 0,25π/2π =1/8.

d. x = 25 cm =0,25m ; Beda fase, Δφ=Δx/λ =  0,25/1 =0,25.

25.  Apa aja manfaat  Gelombang ultrasonik ?

Jawab :

a)            kacamata tunanetra, dilengkapi dengan alat pengirim dan penerima ultrasonik memanfaatkan pengiriman dan penerimaan ultrasonic

b)           mengukur kedalaman laut, untuk menentukan kedalaman laut

c)            alat kedokteran, misalnya pada pemeriksaan USG (ultrasonografi).