KUNCI JAWABAN SOAL TEORI FISIKA

OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2006

1. a. Dihitung dahulu waktu yang diperlukan dari beban dilepas sampai ke

ketinggian maksimum yaitu t1. 10 atvvt += → 11020 t−= →t1 =0,2 sekon.

Ketinggian maksimum yang dicapai beban dihitung dari permukaan tanah (yt)

2

100 1

2

1attvyyt ++= =72,2 m.

b. Energi kinetik beban, yaitu 2

02

1mvEk = = 0,5x4x2

2=8 joule.

Karena gaya yang bekerja hanya gaya gravitasi (bersifat konservatif) maka

berlaku hukum kekekalan energi mekanik.

Em1 = Em2 (1 : posisi ketinggian maksimum, 2 : posisi semula)

Ep1 = ½ mv22 + Ep2

½ mv22 = Ep1 – Ep2 = mg∆h

Ek2 = mg ∆h= 4x10x0,2 = 8 joule. Dengan ∆h jarak antara beban dilepas

dengan posisi tinggi maksimum.

c. lamanya waktu untuk beban sampai di tanah dihitung sejak beban dilepaskan

2

002

1attvyyt ++= → 210

2

12720 tt −+= →t = 4 sekon.

d. kecepatan beban tepat pada saat menyentuh tanah

atvvt += 0 = 2-10x4=-38 m/s.

Tanda minus menyatakan arah kecepatan ke bawah.

2. Rangkaian disederhanakan seperti pada

gambar di samping ini.

( )( )

( )A

volt rR

i

RR

RR R

RRR

p

p

5,05,05,413

9

5,4186

186

111

32

32

32

=Ω+Ω+Ω

=+

=

Ω=Ω+Ω

ΩΩ=

+=

+=

∑ε

( )( )

( )( )A

A

R

iRiRiiR

AA

R

iRiRiiR

p

p

p

p

125,018

5,45,0

375,06

5,45,0

3

232

2

121

=Ω

Ω==→=

=Ω

Ω==→=

a. Kuat arus pada R3 adalah i2 = 0,125A

b. Kuat arus pada R2 adalah i1 = 0,375 A ; R2 = 6 Ω

Daya yang diserap R2 adalah

( ) ( )( ) wattARiP 84375,06375,02

2

12 =Ω==

c. Hambatan luar : Ω=Ω+Ω=+=∑ 5,175,4131 pRRR

Kuat arus pada hambatan luar i = 0,5 A

Energi pada hambatan luar adalah : ( ) ( ) ( ) ( ) wattAtRiW 358.5,175,0.22

=Ω== ∑

3. a. Konstanta pegas k = mg/x =250 N/m.

b. Energi potensial pegas Ep = (1/2) k A2 = 0,1125 joule.

c. Periode osilasi T = 2π (m/k)0,5 = 0,28 sekon. (dibulatkan)

d. Panjang gelombang λ = (L/t) T = 0,2 meter (dibulatkan)

R1

Rp ε , r

4. a. Berkas cahaya yang masuk ke akuarium akan dibiaskan oleh air. Sinar bias ini akan

tiba pada bidang kanan akuarium, lalu akan dibiaskan lagi oleh udara. Sinar yang

keluar dari akuarium ini akan sejajar dengan sinar yang masuk ke akuarium. Hal ini

dapat dibuktikan dengan hukum Snell:

Untuk sinar datang ke sisi kiri akuarium:

sin i1 / sin b1 = n air / n udara

atau sin b1 = (n udara / n air) sin i1 (1)

Untuk sinar yang dibiaskan oleh air, akan menjadi sinar datang bagi sisi kanan

akuarium:

b1 = i2

karena sin i2 / sin b2 = n udara / n air

maka sin b1 / sin b2 = n udara / n air

atau sin b1 = (n udara / n air) sin b2 (2)

Dari persamaan (1) dan (2) diperoleh bahwa i1 = b2

Jadi berkas sinar datang ke sisi kiri akuarium sejajar dengan berkas sinar yang keluar

dari sisi kanan akuarium sudut yang dibentuk oleh sinar datang dengan arah sinar

yang keluar dari permukaan akuarium adalah nol.

b. Lihat skema jalan sinar pada gambar dibawah :

sin i1 / sin b1 = n air / n udara

sin b1 = (n udara / n air) sin i1

Untuk menentukan sudut datang pada sisi kanan akuarium, dapat dilihat dari

geometri pada gambar:

90° + 90° + b1 + θ + α = 360°

α = 90° + i2

sin i2 / sin b2 = n udara / n air

sin b2 = (n udara / n air ) sin i2

Dengan menggunakan nilai i1 = 10 ° akan diperoleh b2 = 30,7°

c. Sudut yang dibentuk oleh arah sinar datang dengan arah sinar yang keluar dari

akuarium ditunjukkan oleh perpotongan arah arah sinar datang dan sinar pantul.

Tandon

panas

TH

Ag

Tandon

dingin

TC

Q Al

1L 2L

Dari geometri pada gambar. Dari geometri, dapat ditentukan besarnya sudut γ =

10,7 °

5.

a. Misal T adalah suhu pada titik persambungan kedua logam maka laju kalor yang

mengalir dari tandon panas ke titik persambungan adalah

1

1L

TTAkH H −=

dan laju kalor yang mengalir dari titik persambungan ke tandon dingin adalah

2

2L

TTAkH C−

=

Kedua laju kalor ini harus sama karena kekekalan energi, sehingga diperoleh:

2

2

1

1L

TTAk

L

TTAk CH −

=−

Cu

Tandon

panas

TH

Ag

Tandon

dingin

TC

Q

Al

1L 2L 3L

Masukkan besaran yang diketahui. Selesaikan persamaannya. Akhirnya

didapatkan suhu pada titik persambungan kedua logam (T) = 190 oC.

b. Besar laju transfer kalor dari tandon panas ke tandon dingin (H) adalah

3

3

2

2

1

1

k

L

k

L

k

L

TTAH CH

++

−=

Masukkan besaran yang diketahui. Selesaikan persamaannya. Akhirnya

didapatkan laju transfer kalor (H) = 20 J/s.

c. Pada soal b, selisih suhu di kedua ujung logam aluminium adalah:

∆T = T1-T2

Dengan T1 adalah suhu pada titik persambungan antara perak dan aluminium dan

T2 adalah suhu pada titik persambungan antara aluminium dan tembaga. Gunakan

prinsip kekekalan energi maka diperoleh persamaan:

3

2

3

2

212

1

11

L

TTAk

L

TTAk

L

TTAkH CH −

=−

=−

=

Masukkan besaran yang diketahui. Selesaikan persamaannya. Akhirnya

didapatkan T1 = 140 oC dan T2 = 40

oC sehingga ∆T = 100 oC. Hasil ini dapat

dimasukkan kembali untuk menghitung laju transfer kalor (H) dan hasilnya sesuai

dengan jawab b yaitu 20 J/s.