03 fisika 12 2013.pdf
TRANSCRIPT
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
1/205
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
2/205
1Fisika Kelas XII
Mendeskripsikan Gelombang Berjalan danGelombang Stasioner
Menjelaskan persamaan gelombangumum dan sifat-sifatnya
Menjelaskan persamaan gelombangberjalan
Menjelaskan pemantulan gelombang Menjelaskan interferensi gelombang Menjelaskan persamaan gelombang
stasioner
Pada bab ini akan dipelajari:1. Sifat Gelombang
2. Gelombang Berjalan
3. Gelombang Stasioner
4. Gelombang Bunyi
5. Efek Doppler
1. Menyiapkan konsepdan prinsip gejala ge-lombang dalam me-nyelesaikan masalah.
Standar Kompetensi Kompetensi Dasar Nilai Indikator
1.1 Mendeskripsikan gejaladan ciri-ciri gelombangsecara umum.
1.2 Mendeskripsikan gejaladan ciri-ciri gelombangbunyi.
1.3 Menerapkan konsepdan prinsip gelombangbunyi dan cahayadalam teknologi.
Model Pengintegrasian Nilai Pendidikan Karakter
Memanfaatkan sumber pengetahuan yang ada disekitar, seperti perpustakaan untuk mendukungproses pembelajaran.
Gemarmembaca
Gelombang
Siswa mampu mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombangsecara umum
Siswa mampu mendeskripsikan gelombangberjalan dan gelombang stasioner
Menjelaskan Karakteristik dan GejalaGelombang Bunyi
Menjelaskan pengelompokan gelombangbunyi
Mendeskrips ikan gelombang padasenar (dawai)
Mendeskripsikan gelombang pada pipaorgana
Memahami konsep pipa organa melaluipercobaan
Menjelaskan pelayangan bunyi Menjelaskan timbulnya resonansi
Menghitung intensitas bunyi Menghitung taraf intensitas bunyi Menganalisis efek Doppler
Siswa mampu menjelaskan karakteristikdan gejala gelombang bunyi
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
3/205
2 Gelombang
5. Jawaban: aDiketahui: f = 5 Hz
A = 12 cmv= 20 m/s
Ditanyakan: a. b. k
Jawab:= 2f= 2(5 Hz) = 10rad/s
k=v
=
10 rad/s20 m/s
= 2
m1
6. Jawaban: c
v=F
m
=
F
v~ F
v~
v~ 1m
v~1
Jadi, kecepatan gelombang transversal berbandinglurus dengan beberapa besaran fisika, yaitu akargaya tegangan dawai dan akar panjang dawai. Disamping itu, kecepatan gelombang transversalberbanding terbalik dengan akar massa dawai danakar massa persatuan panjang dawai ().
7. Jawaban: bDiketahui: y= 4 sin (35t 0,5x)
= 10 g/m = 102kg/mDitanyakan: FJawab:y= 4 sin (35t 0,5x)
= 4 sin (35t 0,5x)
v=k
=
350,5
= 70 m/s
v=
F F= v2
= (70 m/s)2(102kg/m)= 49 N
8. Jawaban: a
Diketahui: v= 8 m/s x = 912 m
f = 16 Hz t = 114 detik
A = 4 cm= 4 102m
Ditanyakan: ypJawab:
=v
f=
816 =
12 m
A. Pilihlah jawaban yang tepat!
1. Jawaban: cBunyi tidak dapat merambat dalam ruang hampa.
Hal ini mengindikasikan bahwa bunyi memerlukanmedium untuk merambat. Gelombang yangmemerlukan medium untuk merambat dinamakangelombang mekanik.
2. Jawaban: bDiketahui: arah rambat ke kanan
A = 15 cm = 40 cmf = 5 Hz
Ditanyakan: yJawab:y= Asin (t kx)
= Asin (2ft 2
x)
= 15 sin (2(5)t240
x)
= 15 sin (10 20
x)
= 15 sin (10 0,05x)
3. Jawaban: dDiketahui: v = 5 m/s
12= 3 m = 6 m
Ditanyakan: T, , jarak 2 bukit yang berdekatan
1) = vT
T=v
=
6 m5 m/s = 1,2 sekon
2) f =1T
=1
1,2=
56
Dalam 1 detik terdapat56
gelombang. Dengan
demikian, dalam 1 menit akan terjadi 50 gelom-bang.
3) Jarak 2 bukit berdekatan = = 6 m
Jadi, pernyataan yang benar ditunjukkan olehpernyataan 1) dan 3).
4. Jawaban: aDiketahui: v = 60 m/s
A G = 3= 45 m= 15 m
Ditanyakan: fJawab:v= f
f =v
=
60 m/s15 m = 4 Hz
Frekuensi gelombang tersebut sebesar 4 Hz.
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
4/205
3Fisika Kelas XII
yp = Asin 2(ft x
)
= 4 102sin 2((16)(54 )
19212
)
= 0,04 sin 2(20 19)= 0,04 sin 2= 0,04(0) = 0
Simpangan titik P saat itu 0 cm.
9. Jawaban: bDiketahui: t= 7 sekonDitanyakan: yJawab:Dari gambar diperoleh A= 5 dan T= 8 s.Simpangan:
y= Asin2T
t
y= 5 sin28 s
(7 s)
y = 5 sin74 = 5(
12 2 ) =
52 2
Jadi, simpangan pada saat t= 7 s sebesar52 2 .
10. Jawaban: bDiketahui: A = 2 m
vA = 6 m/sB = 3 mfA = fB
Ditanyakan: vBJawab:fA = fB
A
A
v
= B
B
v
vB =B
A
vA=
3 m2 m
(6 m/s) = 9 m/s
Laju gelombang dalam medium B adalah 9 m/s.
11. Jawaban: b
Diketahui: y= 0,5 sin 6(t20x
+1
12)
Ditanyakan: v, x, ,
Jawab:
y = 0,5 sin 6(t20x
+1
12)
= 0,5 sin (6t620
x +612)
= 0,5 sin (6t 310
x+ 112
)
v=k
=
60,3
= 20 m/s
=2k
=
20,3
=
203
m
= 6rad/s
0= 2 = 90
Jadi, jawaban yang benar adalah 1) dan 3).
12. Jawaban: a
Diketahui: y = 2,0 sin 2(0,4t +
80x )
Ditanyakan: amaksJawab:
t =20,4
t
= 5rad/s
A = 2 cmPercepatan maksimum:
v=dy
dt=
d
dt[Asin (t+ kx)]
= Acos (t+ kx)
a=dv
dt=
d
dt[A cos (t+ kx)]
= A [sin (t+ kx)]
a= A 2sin (t+ kx)
= 1 (percepatan maksimum)
amaks = A 2(1)
= (2 cm)(5)2
= (2)(252
) = 502
cm/s2
Percepatan maksimum gelombang 502cm/s2.
13. Jawaban: aDiketahui: x = 8 cm T = 4 s
= 12 cm t = 3 sA = 4 cm
Ditanyakan: yBJawab:
yB = Asin 2(t
T
x)
= 4 sin (64
2 812
)
= 4 sin 212 = 4 sin 30 = 2 cm
Simpangan gelombang di titik B adalah 2 cm.
14. Jawaban: cDiketahui: y= 2 mm sin [(20 m1)x (600 s1)t ]Ditanyakan: vdan vmaksJawab:y= 2 mm sin [(20 m1)x (600 s1)t ]A= 2 mm
k= 20 m1
k=2
20 = 2
= 10
m
= 600 s1
= 2f600 = 2f
f=300
s1
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
5/205
4 Gelombang
(tanda negatif menunjukkanarah rambatan gelombang)
Untuk perut ke-3: n+ 1 = 3 atau n= 2 sehingga:
x3 = (2n)(14 )
15 cm = 2(2)(14 )
= 15 cmJadi, panjang gelombang yang merambat pada tali15 cm.
18. Jawaban: cGelombang berdiri atau gelombang stasioner adalahgelombang yang terjadi karena interferensi terus-menerus antara gelombang datang dan gelombangpantul yang berjalan dengan arah berlawanan tetapimemiliki amplitudo dan frekuensi yang sama.
19. Jawaban: c
Diketahui: y= 4 sin ( 15x
) cos 96t
x= 5 cmDitanyakan: ymaksJawab:Pada x= 5 cm, simpangan yadalah:
y= 4 sin ( 515 ) cos 96t
y= 4 sin 3
cos 96t
ymaksimum jika cos 96tmaksimum atau nilainya= 1.Dengan demikian:
ymaks = 4 sin 3
(1) = 2 3 cm
Jadi, nilai simpangan maksimumnya 2 3 cm.
20. Jawaban: bDiketahui: y= 100 sin (50t 0,5x)
Ditanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang:y= Asin (t kx)
Persamaan gelombang pada soal:y = 100 sin (50t 0,5x)
= 50k= 0,5
v =
k=
500,5
= 100 m/s
Cepat rambat gelombang 100 m/s.
B. Uraian
1. Diketahui: y= 0,2 sin (10t4x
)
Ditanyakan: a. A, f, , vb. kc. , , y; x= 2 m; t= 0,1 s
Jawab:
y= Asin (2tT
2
x)
y= 0,2 sin (10t 4x
)
v= f
= ( 10
m)(300
s1) = 30 m/s
Kecepatan partikel dalam kawat:
v=dy
dt
= d
dt[2,0 mm sin (20 m1)x (600 s1)t ]
= (2,0 mm)(600 s1) cos [(20 m1)x (600 s1)t ]
bernilai maksimum = 1
vmaks = 1.200 mm/s(1)= 1,2 m/s
Cepat rambat gelombang dan kelajuan maksimumberturut-turut 30 m/s dan 1,2 m/s.
15. Jawaban: dDiketahui: = 5 m
T = 2 sx = 10 m
Ditanyakan: tJawab:x
t=
T10m
t=
5 m2 s
t= 4 sWaktu yang diperlukan gelombang untuk mencapaijarak 10 m adalah 4 s.
16. Jawaban: cDiketahui: jarak dua gabus = 60 cm
f = 2 Hz
Ditanyakan:v
Jawab:
32 = 60 cm
= 40 cmv= f= (40 cm)(2 Hz) = 80 cm/s
Jadi, cepat rambat gelombang di permukaan danauadalah 80 cm/s.
17. Jawaban: bDiketahui: = 115 cm
x3= 15 cm x3= 115 cm 15 cm = 100 cm
Ditanyakan: Jawab:
Jarak perut dari ujung bebas= xn= 2n(14 )
32
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
6/205
5Fisika Kelas XII
3. Diketahui: = 5 mf = 6 Hzv = 36 m/sA = 10 cm = 0,1 mt = 2 s
Ditanyakan: yCJawab:x = AC
= (5 3,5) m = 1,5 m
=v
f=
36 m/s6 Hz
= 6 m
yC = 2A sin kxcos t
= 2A sin2
xcos 2ft
= 2(0,1 m) sin 26 m (1,5 m)cos 2(6 Hz)(2 s)
= 0,2 sin 2
cos 24
= 0,2(1)(1)= 0,2 m
Jadi, simpangan di C sebesar 0,2 m.
4. Diketahui: = 4 mA = 5 cm = 0,05 mf = 5 Hzv = 10 m/s
Ditanyakan: y ; x = 250 cm dari A
t =34 s
Jawab:v = f
=v
f=
105 = 2 m
x = 4 2,5 = 1,5 m
y = 2Acos2 x
sin 2 (
t
T
)
= 2(0,05) cos 2 (1,52 ) sin 2 [(
34 )(5)
42 ]
= (0,1)(0)( 1
2
2 )
= 0Jadi, simpangan di titik P bernilai 0.
5. Diketahui:12 T = 3 s
T = 6 s = 12 mx = 100 m
Ditanyakan: t
a. A= 0,2 m2tT
= 10t
1T
=102
t
t
1T
= 5 /s
1T
= f = 5 Hz
2
x= 4
x
=2 (4)x
x
= 8 m
v= f= (8 m)(5 Hz) = 40 m/s
Jadi, nilai amplitudo, frekuensi, panjanggelombang dan cepat rambat gelombangberturut-turut 0,2 m, 5 Hz, 8 m, dan 40 m/s.
b. k=2
=2
8
= 0,25
Bilangan gelombang bernilai 0,25.
c. = 10t 4x
= 10(0,1) (2)4
= 2
= 2
Jadi, sudut fase sebesar 2
.
= 2
= 2
2
=
14
Fase gelombang bernilai14 .
y = 0,2 sin
= 0,2 sin 2 = 0,2(1) = 0,2
Simpangan gelombang sebesar 0,2 m.
2. Diketahui: A = 20 cm = 0,2 mf = 5 Hzv = 30 m/st = 1 sx = 2 m
Ditanyakan: yJawab:
=v
f=
30 m/s5 Hz = 6 m
y = Asin 2(ftx)
= 0,1 sin 2((5 Hz)(1 s) 2 m6 m )
= 0,1 sin (913 )
= (0,1 m)(12 3) = 0,05 3 m
Jadi, simpangan di B setelah 3 sekon bergetar
sebesar 0,05 3 m.
A BCx3,5 m
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
7/205
6 Gelombang
Jawab:
v=T
=
12 m6 s
= 2 m/s
t=x
v=
100 m2m/s
= 50 s
Waktu yang dibutuhkan gelombang sampai di
pantai t=x
v=
1002 = 50 sekon.
6. Diketahui: v = 350 m/sf = 450 Hz
T = 1450
s
Ditanyakan: a) x=16
b) t= 103sa. v= f
=v
f
= 350
450
=7
9
m
Periode:
T =1f
=1
450 detik
1 =t
T 1
x
2 =t
T 2
x
Beda fase kedua titik: = 1 2
= (t
T
1x
) (t
T
2x
)
= 1 2x x
=
x
Jarak kedua titik:x =
=79 (
16 ) =
754 m
Jarak dua titik yang beda fasenya16 adalah
754 m.
b. Anggap pada titik yang sama x, fase pada
saat t1dan t2adalah:
1=1t
T
x
2=2t
T
x
Beda fase pada selang waktu t1 t2adalah: = 1 2
= ( 1t
T
x
) ( 2
t
T
x
)
= 2 1t t
T
=t
T
=
3
1450
10= 0,45
Jadi, beda fase pada salah satu titik denganselisih waktu 103s adalah 0,45.
7. Diketahui: = 5 mf = 10 Hz
A = 2 cm = 0,02 mv = 6 m/sx = 5 m 4 m = 1 mt = 2 sekon
Ditanyakan: yJawab:
y= Asin ( )+ xvt
= (0,02 m) sin 2(10 Hz) ( )1 m6 m/s2 s +
= (0,02 m) sin 2 (10 Hz) ( )136 s
= (0,02 m) sin 2 130
6
= (0,02 m)( 12 3)
= 0,01 3 m
Jadi, simpangan Rpada tali yang bergerak 4 meterdari P setelah P bergerak 2 sekon adalah0,01 3 m.
8. Diketahui: = 3 mn = 3
Ditanyakan: letak perut ketigaJawab:
3 m = 3 = 1 mLetak perut ketiga pada ujung terikat berlaku
kelipatan14 .
Pada ujung terikat berlaku persamaan:
x= (2n+ 1)14
perut ketiga n= 2
x= 2(2) + 1)14
x=54
x= 54 (1 m) = 1,25 m
Jadi, jarak perut ketiga dari ujung terikat sejauh1,25 m.
9. Diketahui: yp= 4 cos 5xsin 2tDitanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang:y = 2Acos kxsin t
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
8/205
7Fisika Kelas XII
Persamaan gelombang pada soal:yp= 4 cos 5xsin 2t
k= 52
= 5
=25 m
= 2
2f= 2f= 1 Hz
Cepat rambat gelombang:v= f
= (25 m)(1 Hz) =
25 m/s = 0,4 m/s
Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 0,4 m/s.
10. Diketahui: y = 1,25 sin 3 (30t x)
x = OP =34 m
Ditanyakan: a. f c. vb. d. y
p
Jawab:y= 1,25 sin 3(30t x)y= Asin(t kx)a. = 90
2f= 90f= 45 Hz
Frekuensi gelombang sebesar 45 Hz.
b. k=
2 = 3
=23 m
Jadi, panjang gelombang sebesar23 m.
c. v= f= (45 Hz)(23 m)
= 30 m/sCepat rambat gelombang sebesar 30 m/s.
d. yp = 1,25 sin (90t 3x)
= 1,25 sin (90t 334 ) meter
= 1,25 sin (90t94
) meter
A. Pilihan Ganda
1. Jawaban: eGelombang longitudinal memiliki arah getar sejajarsehingga tidak akan mengalami polarisasi.
2. Jawaban: ePelayangan terjadi karena adanya interferensi duagelombang yang frekuensinya berbeda sedikit.
3. Jawaban: cAngkasa merupakan ruang hampa udara sehinggagelombang bunyi tidak dapat merambat melaluinya.Gelombang cahaya, gelombang radio, gelombanginframerah, dan gelombang ultraviolet dapatmerambat tanpa ada medium (ruang hampa udara).Dengan demikian, gelombang bunyi bintang tidakbisa sampai ke bumi.
4. Jawaban: dDiketahui: = 0,80 mv= 400 m/s
Ditanyakan: f0Jawab:
f0 =2(0) 1
2+
v
= 2v
=
400 m/s2(0,80 m)
= 250 Hz
Jadi, frekuensi nada dasar 250 Hz.
5. Jawaban: aDiketahui: m = 16 g = 0,016 kg
= 80 cm = 0,8 mF = 800 N
Ditanyakan: f0
Jawab:Nada dasar pada dawai:
v =F
m
=(800N)(0,8 m)
0,016kg
= 2 240.000m /s = 200 m/s
f0 = 2v
=200m/s2(0,8 m)
= 125 Hz
Jadi, frekuensi nada yang dihasilkan sebesar 125 Hz.
6. Jawaban: dDiketahui: buka = 25 cm = 0,25 m
f0 buka = fndawaidawai = 150 cm = 1,5 mv = 340 m/svdawai = 510 m/s
Ditanyakan: n
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
9/205
8 Gelombang
100 km
300km
510
km
Sumbergempa
Surabaya
Malang
I1I2
Jawab:f0 buka = fn dawai
2v
= 1
2n+
v
340 m/s2(0,25 m)
=1
2(1,5 m)+n
(510 m/s)
680/s = (n+ 1)(170/s)
n+ 1 =680/s170/s
n+ 1 = 4n = 3
Jadi, dihasilkan nada atas ketiga.
7. Jawaban: dDiketahui: d1 = 0,5 mm
d2 = 1,0 mmf01
= f1f02
= f2Ditanyakan: f1Jawab:
f0=12
FA
; f, tetap
f01
A 1
d.
Diketahui A= 4
d2 A =2
d .
1
2
f
f= 2
1
d
d=
1,0 mm0,5 mm
= 2
f1= 2f2Jadi, f1bernilai 2 kali f2.
8. Jawaban: b
Diketahui: f = 550 Hzv = 330 m/sDitanyakan: Jawab:
=v
f=
330 m/s550 Hz
= 0,6 m
Resonansi:
=14 ,
34 ,
54 , . . .
=14 (0,6 m);
34 (0,6 m);
54 (0,6 m); . . . .
= 0,15 m; 0,45 m; 0,75 m
Pernyataan 1) dan 3) benar.9. Jawaban: e
Diketahui: P = 78,5 Wr = 10 m
Ditanyakan: IJawab:Intensitas bunyi:
I =P
A A= 4r2
I = 24P
r
= 278,5 W
4(3,14)(10 m)
= 0,0625 W/m2
= 6,25 102W/m2
Jadi, intensitas radiasi gelombang sebesar6,25 102W/m2.
10. Jawaban: d
Diketahui: I1 = 6 105W/m2r1 = 300 kmx = 100 km
Ditanyakan: I2Jawab:
r2 =2 2100 + 300
=2 2 2 2(10 ) + (3 10 )
= 4 4(1 10 ) + (9 10 )
= 410 10
= 510 km
2
1
I
I=
21
2
r
r
I2 = I12
1
2
r
r
= 6 1052
5
300
10
= 6 1052
910
= 5,4 105W/m2
Intensitas gempa yang terasa di Surabaya sebesar5,4 105W/m2.
11. Jawaban: dDiketahui: TI = 60 dB
A = 1 m2
I0 = 1016W/cm2 = 1012W/m2
Ditanyakan: PJawab:
TI = 10 log0
I
I
60 = 10 log 1210I
I = 106W/m2
I=P
AP = IA
= 106(106W(m2)(1 m2) = 106WDaya akustik yang melalui jendela sebesar 106W.
12. Jawaban: cDiketahui: f1 = 2.000 Hz
f2 = 2.008 HzDitanyakan: flayangan
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
10/205
9Fisika Kelas XII
Jawab:flayangan = |f1 f2|
= 2.000 2.008= 8
Jadi, frekuensi pelayangan bunyi 8 Hz.
13. Jawaban: aDiketahui: vs = 0
vp = +vpDitanyakan: fpJawab:
fp =p
s
v v
v v
fs
= p+
+ 0
v v
vfs=
p+v v
vfs
Persamaan yang benar adalah pilihan a.
14. Jawaban: dHubungan antara panjang pipa dan panjanggelombang untuk pipa organa terbuka adalah:
=
1
2 0, ,
3
2 2, . . .Untuk nada atas kedua berlaku:
=32 2atau 2 =
23
x=23
Hubungan antara panjang pipa dan panjanggelombang untuk pipa organa tertutup adalah:
=14 0,
34 1,
54 2, . . .
Untuk nada atas kedua berlaku:
=
5
4 2atau 2=
4
5 Karena panjang kedua pipa sama, yaitu = maka perbandingan panjang gelombang adalah:
x
y=
2345
=
56
Jadi, x: y= 5 : 6.
15. Jawaban: eDiketahui: = 5 m
F = 2 Nm = 6,25 103
Ditanyakan: vJawab:
v=F
=F
m= 3
(2N)(5 m)
6,25 10 kg
= 310
6,25 10 kgm/s =
2102,5
m/s = 40 m/s
Cepat rambat gelombang tali 40 m/s.
16. Jawaban: cDiketahui: f0 = f
dipendekkan 8 cm = (1 8) cmf2 = 1,25f
dipendekkan 2 cm = (1 10) cmDitanyakan: f3Jawab:
f= 12F
2
1
ff
= 12
dipendekkan 8 cm 2= 1 8; f2= 1,25f2
1
f
f =1
2
1,25ff
= 11 8
54 =
1
1 8
51 40 = 411 = 40 cm
dipendekkan lagi 2 cm:
3 = 1 10= 40 10= 30 cm
3
1
f
f= 1
2
f3 =1
3
f1
=4030 f
= 1,33fFrekuensi yang dihasilkan setelah dawai dipendek-kan 2 cm lagi adalah 1,33f.
17. Jawaban: bDiketahui: fn = 480 Hz
fn + 1 = 800 Hz
fn + 2 = 1.120 Hz
Ditanyakan: f0Jawab:Perbandingan frekuensi:fn: fn + 1: fn + 2 = 180 : 800 : 1.120
= 3 : 5 : 7Ini menunjukkan perbandingan frekuensi untuk pipaorgana tertutup untuk f1: f2: f3= 3 : 5 : 7dan f
0: f
1= 1 : 3 maka:
f0=13 f1=
4803 = 160 Hz
Jadi, nada dasar pipa organa sebesar 160 Hz.
18. Jawaban: dDiketahui: TI1 = 80 dB
n = 10Ditanyakan: TI2
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
11/205
10 Gelombang
Jawab:TI2 = TI1+ 10 log n
= 80 + 10 log 10= 80 + 10= 90
Jadi, taraf intensitasnya 90 dB.
19. Jawaban: d
Diketahui: fs = 1.000 Hzvs = 36 km/jam = 10 m/svp = 72 km/jam = 20 m/s
Ditanyakan: fpJawab:
fp =p
s
v v
v v
fs
=(340 20)m/s(340 10)m/s
(1.000 Hz)
=320330
(1.000 Hz) = 969,69 970 Hz
Jadi, frekuensi bunyi yang didengar olehpengendara sepeda motor berkisar 970 Hz.
20. Jawaban: eDiketahui: A= BDitanyakan: f1A: f1BJawab:
f1A: f1B =A
22
v:B
34
v
=A
v
:
B
33
v
= 4 : 3Jadi, f1A: f1B= 4 : 3.
B. Uraian
1. Diketahui: I1 = IR1 = RR2 = 4R
Ditanyakan: I2Jawab:
I1: I2 = 214
P
R: 2
24P
R
I1: I2 = R22: R1
2
I1: I2 = (4R)2: R2
I1: I2 = 16R2: R2
I2 =1
16 I2
Intensitas bunyi sekarang adalah1
16semula.
2. Diketahui: fS1 = 320 Hz
fS2= 324 Hz
v = 332 m/s
Ditanyakan: vpagar tidak terjadi pelayanganJawab:Pengamat menjauhi S2:
fp2=
pv v
vfS2
. . . (1)
Pengamat mendekati S1:
fp1= p
v v
v
+fS1
. . . (2)
Agar tidak terjadi pelayangan, fp1= fp2sehinggadiperoleh:
(v+ vp)fS1 = (v vp)fS2(332 + vp) 320 = (332 vp) 324
332(320 + 320vp) = 332(324 324vp)
644vp = 332(324 320)
644vp = 1.328
vp2,06 m/sJadi, agar tidak terjadi pelayangan, maka pengamatbergerak dengan kecepatan berkisar 2,06 m/s.
3. Diketahui: m = 2,5 g = 2,5 103kgL = 2 mF = 2 N
Ditanyakan: a. vb. dan f1c. f2dan f3
Jawab:
a. v=F
= F L
m= 3
(2N)(2 m)
2,5 10 kg
Cepat rambat gelombang sebesar 40 m/s.
b. f0= 2
v
L =
40m/s
2(2 m) = 10 Hz0= 2L= 2(2 m) = 4 mJadi, frekuensi nada dasar dan panjanggelombang berturut-turut adalah 10 Hz dan 4 m.
c. f2 = 2f1= 2(10 Hz) = 20 Hzf3 = 3f1= 3(10 Hz) = 30 HzFrekuensi nada atas pertama sebesar 20 Hzdan frekuensi nada atas kedua 30 Hz.
4. Diketahui: v = 340 m/sf3 = 240 Hz
Ditanyakan: L
Jawab:a. Pipa organa terbuka
f3 =( 1)
2n v
L
+=
(3 1)2
v
L
+=
2vL
240 Hz =2(340m/s)
L
L2,83 mPanjang minimum pipa berkisar 2,83 m.
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
12/205
11Fisika Kelas XII
b. Pipa organa tertutup
f3 =(2(3) 1)
4v
L
+
f3 =74L v
240 Hz =74L (340 m/s)
L =2.380 m/s
960 Hz
2,48 mJadi, panjang minimum pipa berkisar 2,48 m.
5. Diketahui: F1 = 100 Nf1 = f0f2 = 2f0
Ditanyakan: F2Jawab:
f0: 2f0 =12L
1F
:
12L
2F
12 =
1
2
F
F
12 = 2
100
F
12 = 2
10F
F2 = 400 N
Jadi, tegangan dawai sebesar 400 N.
6. Diketahui: P = 4 104WTI = 40 dBI0 = 10
12W/m2
Ditanyakan: RJawab:
TI = 10 log0
I
I
40 = 10 log 1210I
104 = 1210I
I = 108
I =P
A
108 =4 4104
2R
R2 =4
810
10
R2 = 104
R = 100 mJadi, jarak ledakan petasan 100 m.
7. Diketahui: TI = 60 dBn = 100
Ditanyakan: TInJawab:TIn = 60 dB + 10 log 100
= 60 dB + 20= 80 dB
Taraf Intensitas yang dihasilkan 80 dB.
8. Diketahui: r1 = 1 m
TI1 = 60 dB
r2 = 100 m
Ditanyakan: TI2Jawab:
TI2 = TI1+ 10 log2
1
2
r
r
= 60 dB + 10 log2
1 m100 m
= 60 dB + 10 log 104
= 60 dB + 10 (4)
= 60 dB 40 dB= 20 dB
Taraf intensitas pada jarak 100 m sebesar 20 dB.
9. Diketahui: vs = 36 km/jam = 10 m/sfs = 400 Hzv = 340 m/svp = 18 km/jam = 5 m/s
Ditanyakan: fpJawab:Saling mendekat (vp= 5 m/s):
fp=
p
s
v v
v v
+
fs =
340 m/s + 5 m/s
340 m/s 10 m/s (400 Hz)=
345330 (400 Hz)
= 418 HzFrekuensi bunyi sirene yang didengar olehpengendara motor 418 Hz.
Saling menjauh (vp= 5 m/s):
fp=p
s
v v
v v
+fs =
340 m/s 5 m/s340 m/s + 10 m/s
(400 Hz)
=335350 (400 Hz)
= 383 HzFrekuensi sirene yang didengar oleh pengendaramotor 383 Hz.
10. vA= 30 m/s vB= 20 m/s
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
13/205
12 Gelombang
A. Pilihan Ganda
1. Jawaban: e
v=
Fm =
F
V
Keterangan: v = cepat rambat gelombang kawatF = tegangan kawatm = massa kawat = panjang kawat = massa jenis kawatV = volume kawat
Perambatan gelombang pada kawat dapatdipercepat dengan memperbesar tegangan kawat,memperpanjang kawat, dan memperkecil massakawat (massa jenis kawat dikali volume kawat).
2. Jawaban: d
Diketahui: v = 12 m/sf = 4 HzA = 5 cmAB = 18 m
Ditanyakan: nJawab:
=v
f=
124 = 3 m
Banyak gelombang yang terjadi sepanjang AB =
18 m adalah183 = 6 gelombang.
3. Jawaban: aPersamaan gelombang:y= 2 sin (0,5x 200t)
= 2 sin (0,5x 200t)
Persamaan umum gelombang:y= Asin (kx t)Sehingga diperoleh:A= 2 cm
k= 0,5 2
= 0,5
=2
0,5
= 4 cm
Jadi, nilai amplitudo dan panjang gelombang secaraberturut-turut 2 cm dan 4 cm.
4. Jawaban: dDiketahui: = 0,98 m
mt = 50 grammb = 0,64 kg
Ditanyakan: vJawab:
v=F
= bm g
= bt
m g
m
= 2(0,64 kg)(9,8 m/s)(0,98 m)
(9,604 10 kg)
= 2 264m /s= 8 m/s
Jadi, cepat rambat gelmbang 8 m/s.
5. Jawaban: cDiketahui: n= 2 gelombang
t = 20 sekonDitanyakan: TJawab:n= 2 gelombang
T=t
n=
202 = 10 s
Jadi, banyaknya gelombang dan periode berturut-turut 2 gelombang dan 10 s.
fpB= p
B
v v
v v
fsB
=(300 0)m/s(300 20)m/s
+ (518 Hz)
= 555 Hz
maka f = fpA fpB= (560 555) Hz
= 5 Hz
Jadi, frekuensi tegangan yang didengar P sebesar5 Hz.
Diketahui: vA = 30 m/sfSA
= 504 HzvB = 20 m/sfSB
= 518 Hzv = 300 m/s
Ditanyakan: fJawab:
fpA=p
A
v v
v v
+
fsA =(300 0)m/s(300 30)m/s
+ (504 Hz)
= 560 Hz
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
14/205
13Fisika Kelas XII
P1 P2 P3 P4
6. Jawaban: eDiketahui: P8 = 21 m
Ujung tetap/terikatf = 50 Hz
Ditanyakan: vJawab:Ujung tetap
P1=14
P2=34
P3=54
Pn= (2n + 1)14 n = 0, 1, 2, 3, . . . .
P8 = (2(7) + 1) 14 =144
21 =144
=(21)(4)(14)
= 6m
v = f= (6 m)(50 Hz) = 300 m/s
Jadi, cepat rambat gelombang transversal sebesar300 m/s.
7. Jawaban: cDiketahui: y= 5 cos 2xsin 25tDitanyakan: S4Jawab:Jadi, persamaan di atas merupakan persamaangelombang stasioner ujung bebas.Ujung bebas
Jarak titik simpul ke empat dari ujung pantulanadalah 1
34 .
k=2
=2k
=
20,2
= 10 m
S4 = 134
= 134 (10 m) = 17,5 m
Jadi, jarak simpul keempat dari ujung pantulanadalah 17,5 m.
8. Jawaban: aDiketahui: T = 0,2 s
A = 0,2 m = 1 m
f =1T
=1
0,2 s = 5 s
Ditanyakan: persamaan gelombangJawab:
Persamaan umum:y = Asin (2f t kx)
= 0,2 sin {(2 (5)t2
x}
= 0,2 sin 2 (5t 1x
)
y = 0,2 sin 2(5t x)
Jadi, persamaan akhir: y= 0,2 sin 2(5t x 90) m.
9. Jawaban: cDiketahui: = 2,5 m
m= 250 gram = 0,25 kgF = 250 N
n = 2 12 gelombangDitanyakan: fJawab:
= 212
2,5 m = 2,5 = 1 m
v =F
m
f =F
m
(1 m)f = (250N)(2,5m)0,25kg
f =2 22.500 m /s
1m
= 50 HzJadi, frekuensi sumber getar sebesar 50 Hz.
10. Jawaban: dDiketahui: y= 5 sin 0,2xcos (50t 10)Ditanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang
y= 2Asin
2 x cos 2(
t
T
)y= 5 sin 0,2xcos (50t 10)
2 x
= 0,2x
= 10 m
2tT
= 50t
f= 25 Hzv= f
= (10 m)(25 Hz) = 250 m/sJadi, kecepatan merambat gelombang 250 m/s.
P1 P2P3 P4
S1 S2 S3S4
134
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
15/205
14 Gelombang
Jawab:Saat sumber bunyi mendekati pendengar:
fp1=
s
v
v vfs=
325325 25
fs=325300
fs
Saat sumber bunyi menjauhi pendengar:
fp2=
s
v
v v+fs=
325325 25+
fs=325350
fs
fp1: fp2=
325300
fs:325350
fs
1
2
p
p
f
f=
350300
1
2
p
p
f
f= 7
6
Jadi, perbandingan antara frekuensi yang diterimapada saat sumber bunyi mendekati dan menjauhiadalah 7 : 6.
15. Jawaban: eDiketahui: f2 = 1.700 Hz
v = 340 m/sn = 2
Ditanyakan: Jawab
fn =1
2n+
v
f2 =32v
1.700 Hz =3(340m/s)
2
=3(340 m/s)
(1.700 Hz)(2)
= 0,3 m = 30 cmJadi, panjang suling adalah 30 cm.
16. Jawaban: cDiketahui: fp = 2.000 Hz
fs = 1.700 Hzv = 340 m/svs = 0
Ditanyakan: vpJawab:
fp =p
s
v v
v v
fs
2.000 Hz =p(340 ) m/s
340 m/s
v+
(1.700 Hz)vp = 60 m/s
vp = 60 3
13.600
10km/jam
= 216 km/jam
Jadi, kecepatan pesawat udara 216 km/jam.
11. Jawaban: eDiketahui: L = 80 cm = 0,8 m
m= 16 g = 0,016 kgF = 800 N
Ditanyakan: f3Jawab:
fn = (n+ 1) 2v
L
f3 = (3 + 1) 2
FL
m
L
=(800N)(0,8m)
0,016kg4
2(0,8 m)
=2 22 40.000 m /s
0,8
=400 m/s
0,8
= 500 Hz
Jadi, frekuensi nada atas ketiga 500 Hz.12. Jawaban: c
Diketahui: I = 109W/m2
I0 = 1012W/m2
n = 100Ditanyakan: TInJawab:TIn = TI+ 10 log n
= 10 log0
I
I+ 10 log 100
= 10 log9
1210
10
+ 10 log 100
= 10 log 1.000 + 10 log 100 = 30 + 20 = 50Jadi, taraf intensitas bunyi 100 mesin ini samadengan bunyi mobil (3).
13. Jawaban: eDiketahui: RA = 0,5p
RB = 2,5pDitanyakan: IA: IBJawab:
lA: IB = 2A4
p
R: 2
B4p
R
IA: IB = RB2: RA
2
= (2,5p)2: (0,5p)2
= 6,25 : 0,25= 25 : 1
Jadi, perbandingan antara intensitas bunyi yangditerima A dan B adalah 25 : 1.
14. Jawaban: aDiketahui: v = 325 m/s
vs = 25 m/s
Ditanyakan: fp1: fp2
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
16/205
15Fisika Kelas XII
17. Jawaban: eKesimpulan efek Doppler.1) Apabila pergerakan sumber bunyi dan
pendengar mengakibatkan jarak keduanyaberkurang maka frekuensi pendengar menjadilebih besar (fp> fs).
2) Apabila pergerakan sumber bunyi danpendengar mengakibatkan jarak keduanya
bertambah maka frekuensi terdengar menjadilebih kecil (fp< fs).
3) Meskipun sumber bunyi dan pendengarbergerak tetapi jarak keduanya konstan makafrekuensi terdengar tetap (fp = fs) danpergerakan medium tidak akan berpengaruh.
Dengan demikian:1) Sumber dapat mengejar pendengar sehingga
jarak keduanya semakin kecil, akibatnyafrekuensi terdengar bertambah (fp> fs).Pernyataan 1) benar
2) Pendengar mendekati sumber yang diam
sehingga jarak keduanya semakin kecil,akibatnya frekuensi terdengar bertambah.(fp> fs)Pernyataan 2) benar
3) Sumber menjauhi pendengar yang diamsehingga jarak keduanya semakin besar,akibatnya frekuensi terdengar berkurang.(fp< fs)Pernyataan 3) benar
4) Jarak sumber dengan pendengar konstansehingga frekuensi terdengar tetap (fp= fs)meskipun medium bergerak.
Pernyataan 4) benar18. Jawaban: b
Diketahui: TI = 60 dBn = 100
Ditanyakan: TInJawab:TIn = TI+ 10 log n
= 60 + 10 log 100= 60 + 20= 80
Jadi, taraf intensitas bunyi yang dihasilkan 100 buahsumber bunyi adalah 80 dB.
19. Jawaban: eDiketahui: vp = 0
vs = 25 m/sfs = 420 Hzv = 325m/s
Ditanyakan: fpJawab:
fp =p
s
v v
v v
fs
fp =s
v
v vfs
=325 m/s
(325 25)m/s(420 Hz)
=325300 (420 Hz)
= 455 Hz
Jadi, frekuensi bunyi sirene yang terdengar 455 Hz.20. Jawaban: a
Diketahui: vs = +vsvp = +vp
Ditanyakan: fpJawab:
fp =p
s
v v
v v
fs
= ps
++
v v
v vfs
Jadi, persamaan yang benar adalah pilihan a.
21. Jawaban: cDiketahui: y= 8 sin (2t 0,5x)Ditanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang:y= Asin (t kx)
= 8 sin (2t 0,5x)
k=v
v =
k
=2
0,5
= 4
Jadi, cepat rambat gelombang 4 m/s.
22. Jawaban: eDiketahui: = 100 cm
f =14 Hz
A = 5 cmv = 2 cm/sn+ 1 = 3 n = 2
Ditanyakan: x3Jawab:v = f
=v
f= 1
4
2 cm/s
Hz= 8 cm
x3 = (2n+ 1)14
= (2(2) + 1)14 (8 cm)
=54 (8 cm) = 10 cm
Letak perut ketiga dari titik asal getaran adalah x3 = 100 10
= 90 cmJadi, letak perut ketiga dari titik asal getaran adalah90 cm.
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
17/205
16 Gelombang
23. Jawaban: cDiketahui: y= 4 cos 2xsin 12tDitanyakan: vJawab:Persamaan umum gelombang:y= 2Acos kxsin aty= 4 cos 2xsin 12t2 x
= 2x= 1 m
12t= 2ft12 = 2f
f= 6v= f
= (1 m)(6 Hz)= 6 m/s
Jadi, cepat rambat gelombang tersebut 6 m/s.
24. Jawaban: dDiketahui: m = 40 kg
= 200 mt = 10 s
Ditanyakan: FJawab:Gelombang terdeteksi kembali setelah menempuhjarak s= 2
= 2 200 m= 400 m
Dalam waktu t = 10 s, berarti cepat rambatgelombang adalah:
v=s
t=
40010 = 40 m/s
v =
F
m
v2 =F
m
F =2mv
=2(40 kg)(40 m/s)
200 m
= 320 NJadi, tegangan kawat tersebut 320 N.
25. Jawaban: bDiketahui: F1 = 64 N
f1 = ff2 = 2f
Ditanyakan: F2Jawab:
f =12
F
L
fsebanding dengan F
2
1
F
F= 2
1
f
f
F2 =2
1
2
f
fF1
=22f
f
64
= 4(64 N)= 256 N
Jadi, tegangan yang harus diberikan sebesar 256 N.
26. Jawaban: dDiketahui: fn = 360 Hz
fn + 1 = 600 Hz
fn + 2 = 840 Hz
Ditanyakan: f0Jawab:fn: fn + 1: fn + 2 = 360 : 600 : 840
= 3 : 5 : 7Perbandingan di atas menunjukkan perbandinganfrekuensi pipa organa tertutup untuk f1: f2: f3=3 : 5 : 7.
Untuk pipa organa tertutup, f0 dapat dihitungdengan perbandingan f0: f1= 1 : 3.
0
1
f
f= 1
3
f0 =13 (f1)
=13 (480 Hz)
= 160 HzJadi, nada dasar pipa organa tersebut sebesar 160 Hz.
27. Jawaban: cDiketahui: v = 345 m/s
f0 = 220 HzDitanyakan: terbukaJawab:Pipa organa tertutup:
tutup =14 0
=14 0
v
f
=14
345 m/s220 Hz
=345880 m
fn= (2n + 1)tutup4v
f2=
tutup
54
v
Pipa organa terbuka:
fn= (n + 1)buka2v
f3=
buka
42
v
=
buka
2v
f2organa tertutup = f1organa terbuka
f2 = f3
tutup
54
v
=
buka
2v
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
18/205
17Fisika Kelas XII
fs =850Hz(320)
340
= 800 HzJadi, frekuensi sirene kereta api 800 Hz.
B. Uraian
1. Diketahui: v = 4 m/sf = 5 HzA = 10 cmx = 3 mt = 2 sarah ke kiri
Ditanyakan: ypJawab:
yp = Asin 2f(t+x
v) cm
= 10 sin 2(5)(2 +34 ) cm
= 10 sin 27,5cm
= 10 sin (26+ 112 ) cm
= 10 sin (112 ) cm
= 10(1) cm= 10 cm
Jadi, simpangan titik P adalah 10 cm.
2. Diketahui: L = 1,2 mm = 4,8 g = 4,8 103kgf0 = 400 Hz0 = 80 cm = 0,8 m
Ditanyakan: FJawab:
f0 =02
v
v = (f0)(20)= (400 Hz)(2(0,8 m))= 640 m/s
=m
L
=34,8 10 kg
1,2 m
= 4 103kg/m
v2 =F
F = v2= (640 m/s)2(4 103kg/m)= 1.638,4 N
Jadi, tegangan pada dawai 1.638,4 N.
3. Diketahui: v = 4 m/sf = 16 HzA = 20 cm = 0,2 m
buka =85 tutup
=85
345880
m
= 0,63 m = 63 cm
Jadi, panjang pipa organa terbuka itu adalah 63 cm.
28. Jawaban: a
Diketahui: r1 = 100 mI1 = 8,10 106W/m2
r2 = 300 mDitanyakan: I2Jawab:
I = 24P
r
I~ 21r
2
1
I
I =2
12
2
r
r
I2
=2
100 m
300m
(8,10 106W/m2)
= (19 )(8,10 10
6W/m2)
= 9,00 105W/m2
Jadi, intensitas gelombang pada jarak 300 m darititik P sebesar 9,00 105W/m2.
29. Jawaban: bDiketahui: TIn = 60 dB
I0 = 1012W/m2
n = 100Ditanyakan: IJawab:TIn = TI + 10 log n60 = TI+ 10 log 10060 = TI+ 20TI = 40
TI= 10 log0
I
I
40 = 10 log 1210I
I = (1012)(104)= 108
Jadi, intensitas sebuah sirene sebesar 108W/m2.
30. Jawaban: dDiketahui: vs = 72 km/jam = 20 m/s
fp = 850 Hzv = 340 m/s
Ditanyakan: fsJawab:
fp =p
s
v v
v vfs
850 Hz =340 m/s
340 m /s 20 m /sfs
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
19/205
18 Gelombang
Ditanyakan: a. Persamaan gelombangb. Sudut fase dan fase gelombang
Jawab:
a. y= Asin 2(ftx
)
=v
f= 4 m/s
16Hz= 0,25 m
Oleh karena bergerak ke atas dan kanan,persamaannya menjadi
y= 0,2 sin 2 (16t0,25
x)
Jadi, persamaan gelombang di atas adalah
y= 0,2 sin 2 (16t0,25
x).
b. = 2 (16t0,25
x)
= 2 (16(0,2) 0,60,25
)
= 2 (3,2 2,4)= 288
Jadi, sudut fase gelombang sebesar 288. = 16t
0,25x
= 2,4
Jadi, fase gelombang 2,4 N.
4. Diketahui: y = 4 sin (ax bt)v = 40 m/sa = 0,1
Ditanyakan: bdan persamaannya
Jawab:Persamaan umum gelombangy= Asin (kx t)y= 4 sin (ax bt)k= a= (0,1) = 0,1
k= 2
0,1= 2
=2
0,1
= 20 m
f = v
=40 m/s20 m
= 2 Hz
= bb=
= 2f
= (2)(2 Hz) = 4
= (4) = 4y = Asin (kx t)
= 4 sin (0,1x 4t)= 4 sin (0,1x 4t)
Jadi, b = 4 dan persamaan gelombangy= 4 sin (0,1 4t).
5. Diketahui: = 160 cmf = 5 HzA = 20 cm = 0,2 mv = 0,8 m/sOP = 154 cm
Ditanyakan: a. Asb. Letak simpul ke-3 dan perut ke-5
Jawab:
a. x= OP = (160 154) cm = 6 cm = 0,06 m
=v
f=
0,8 m/s5 Hz
= 0,16 m
k=2
=2
0,16m
= 12,5/m
As = 2Asin kx= 2(0,2 m) sin (12,5)(0,06)= 0,4 m sin 135
= (0,4 m)( 12
2 )
= 0,2 2 m
Jadi, amplitudo gelombang sebesar 0,2 2 m.b. Simpul ke-3 (n+ 1 = 3 n= 2)
xn+ 1 = 2n0,16m
4
x3 = 2(2)(0,16m)
4= 0,16 m= 16 cm
Jadi, letak simpul ke-3 adalah 16 cm.
6. Diketahui: Tl2 = 40 dBuntuk 10 sumber bunyil0 = 10
12W/m2
n = 100
Ditanyakan: TlJawab:Tl= Tl1+ 10 log 1040 = Tl1+ 10Tl1 = 30 dBTl = Tl1+ 10 log n
= 30 dB + 10 log 100= 30 dB + 20 dB= 50 dB
Jadi, taraf intensitas bunyi sebesar 50 dB.
7. Diketahui: P = 104Wr = 5 mTI = 40 dBI0 = 10
12W/m2
Ditanyakan: a. Ib. r
Jawab:
a. I = 24P
r
=4
210 W
(4 )(5m)
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
20/205
19Fisika Kelas XII
=4
210 W
100 m
= 106W/m2
Jadi, intensitas bunyi yang diterima pendengarsebesar 106W/m2.
b. TI0 = 10 log0
I
I
= 10 log 6121010
dB
= (10)(6) dB= 60 dB
TI= TI0+ 10 log2
12
2
r
r
40 = 60 + 10 log2
22
(5m)
r
20 = 10 log 22
25r
2 = log 22
25
r
102 = 22
25r
r22 = 2
2510
= 2.500r2 = 50
Jadi, jarak pendengar 50 m.
8. Diketahui: vs = 25 m/sfs = 500 Hzv = 340 m/sv
p= 0
Ditanyakan: a. fpsebelum bus sampai di halte
b. fpsetelah bus melewati halteJawab: +a. S vs= P vp= 0
maka:
fp =p
s
+
v v
v vfs
fp = sv
v v fs
=340
340 25 (500 Hz)
= 539,68 Hz
Jadi, frekuensi yang didengar ketika busmendekati penumpang adalah 539,68 Hz.
b. vp= 0 vs= + P Smaka:
fp =s+
v
v vfs
=340
340 + 25 (500 Hz)
= 465,75 Hz
Jadi, frekuensi yang didengar ketika busmelewati halte adalah 465,75 Hz.
9. Diketahui: v = 320 m/sf0 = 180 Hz
Ditanyakan: Lsaat f0Jawab:
f0= 2v
L
L=02
v
f=
320 m/s
2(180 Hz)= 0,88
Pipa organa tertutup
f0= 4v
L
L =04
v
f
=320 /s
4(180 Hz)
= 0,44 mPanjang minimum pipa organa terbuka 0,88 m,sedangkan pipa organa tertutup 0,44 m.
10. Diketahui: fs = 600 Hzfp = 500 Hzvp = 5 m/sv = 340 m/s
Ditanyakan: vsJawab:
fp =p
s
+
v v
v v
fs
fp =p
s
+
v v
v v
fs
500 Hz =s
340 m/s 5 m/s340 m/s + v
(600 Hz)
170.000 + 500vs = 201.000500vs = 201.000 170.000 = 31.000
vs =31.000
500 m/s = 62 m/s
Jadi, kecepatan sumber bunyi sebesar 62 m/s.
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
21/205
20 Cahaya
Standar Kompetensi
Model Pengintegrasian Nilai Pendidikan Karakter
Kompetensi Dasar Nilai Indikator
1. Menerapkan konsepdan prinsip gejalagelombang dalammenyelesaikan masalah.
1.2 M e nd e sk r ip s ik a ngejala dan ciri-cirigelombang bunyi dancahaya.
1.3 Menerapkan konsepdan prinsip gelombangbunyi dan cahayadalam teknologi.
Rasa ingintahu
Mencari informasi mengenai penerapan cahayadalam bidang teknologi seperti kacamata polaroid.
Pada bab ini akan dipelajari:1. Teori Mengenai Cahaya
2. Sifat-Sifat Cahaya
Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombangcahaya serta menerapkannya dalam teknologi
Cahaya
Siswa mampu mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang cahaya serta menerapkannya
dalam teknologi
Menjelaskan teori cahaya Menjelaskan sifat-sifat cahaya Menentukan besaran-besaran yang dialami cahaya Membuktikan dispersi cahaya dalam suatu
kegiatan
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
22/205
21Fisika Kelas XII
A. Pilihan Ganda
1. Jawaban: bMenurut teori Maxwell, cepat rambat gelombangelektromagnet sama dengan cepat rambat cahayasebesar 3 108m/s. Jadi, Maxwell berkesimpulanbahwa cahaya adalah gelombang elektromagnet.
2. Jawaban: eMenurut Albert Einstein, efek fotolistrik membukti-kan bahwa cahaya dapat memiliki sifat sebagaipartikel dan gelombang elektromagnetik yangdisebut sebagai sifat dualisme cahaya.
3. Jawaban: cMenurut teori Maxwell, cepat rambat gelombangelektromagnetik sama dengan cepat rambatcahaya sebesar 3 108m/s.
Gejala fotolistrik menjelaskan bahwa cahaya dapatmemiliki sifat sebagai partikel dan gelombangelektromagnetik (dualisme cahaya) yang tidakdapat terjadi secara bersamaan.Thomas Young dan Fresnel menyatakan bahwacahaya dapat melentur dan berinterferensi.Zeeman membuktikan bahwa medan magnet yangkuat memengaruhi berkas cahaya.Stark membuktikan bahwa medan listrik yangsangat kuat memengaruhi berkas cahaya.
4. Jawaban: cBunyi hukum pemantulan cahaya:
1) sinar datang, garis normal, dan sinar pantulterletak pada satu bidang datar;
2) besar sudut datang sama dengan sudut pantul.
5. Jawaban: bMedium kaca lebih rapat dibandingkan mediumudara. Sesuai dengan hukum pembiasan cahaya,sinar datang dari medium rapat menuju mediumkurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal.
6. Jawaban: bDiketahui: i = 90 45 = 45
nk=
8
5nu = 1
Ditanyakan: r(sudut bias)Jawab:
nusin i= nksin r
(1)(sin 45)= (85 ) sin r
(1)12
2 = 85 sin r
sinr=12
85
2sin r= 0,44
=2(5)
2(8) r= 26
Jadi, sudut rsebesar 26.
7. Jawaban: bDifraksi cahaya didefinisikan sebagai penguraiancahaya putih (polikromatik) menjadi cahayaberwarna-warni (monokromatik). Dispersi terjadijika cahaya melewati sebuah medium tertentuseperti air hujan, prisma, dan gelas.
8. Jawaban: aTerang pusat dibatasi oleh dua garis gelap pertama(setengah kiri dan kanan) Oleh karena itu, lebarterang pusat sebesar 2 y. Sedangkan pada terangpertama hanya dibatasi oleh gelap ke-2, sehinggalebar terang pertama sebesar y. Jadi, lebar terangpusat adalah 2 kali lebar terang pertama.
9. Jawaban: dInterferensi maksimum orde ke-nadalah:
dsin = nataudsin = (2n)12
d sin sebesar 2n dari setengah panjanggelombang.
10. Jawaban: eDiketahui: N = 20.000 garis/cm
Ditanyakan: dJawab:
d = 1N
=1
20.000 garis/cm
= 5 105cm= 5 107m
Jadi, nilai konstanta kisi difraksi tersebut sebesar5 107m.
11. Jawaban: bHasil dari percobaan Young dapat diperoleh
persamaan:ny d
L= n
yn = jarak antara terang pusat dengan terang ke-nd = jarak antara dua celahL = jarak celah ke layar = panjang gelombang
12. Jawaban: bDiketahui: = 500 nm = 5 107m
d = 0,10 mm = 1 104mn = 4
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
23/205
22 Cahaya
2.
Keterangan: i = sudut datangr = sudut biasN = garis normaln1 = indeks bias medium 1n2 = indeks bias medium 2
Proses pembiasan cahaya:a. sinar datang dari medium kurang rapat ke me-
dium yang lebih rapat, sinar dibiaskanmendekati garis normal;
b. sinar datang dari medium lebih rapat ke me-dium yang kurang rapat, sinar dibiaskanmenjauhi garis normal;
c. sinar datang tegak lurus bidang batas tidakdibiaskan, tetapi diteruskan.
3. Diketahui: l = 620 nm = 6,2 107md = 0,025 mm = 2,5 105mn = 2
Ditanyakan: 2Jawab:dsin 2 = n
sin 2 =n
d
sin 2 =7
52(6,2 10 )(2,5 10 )
= 0,04962 = 2,8
Sudut simpang pita gelap ke-2 sebesar 2,8.
4. Diketahui: d = 0,5 mm = 5 104mL = 100 cm = 1 my = 0,4 mm = 4 104mn = 1
Ditanyakan: Jawab:
ydL = n
= ydnL
=4 4(4 10 )(5 10 )
(1)(1m)
= 2 107mPanjang gelombang yang digunakan 2 107m.
Ditanyakan: Jawab:
dsin = n(1 104m) sin = 4(5 107m)
sin =6
42 10 m1 10 m
sin = 0,02= 1,15
Jadi, sudut deviasi orde keempat sebesar 1,15.
13. Jawaban: cDiketahui: y = 3 102m
d = 0,2 103mL = 2 mn = 2
Ditanyakan: Jawab:
y d
L= n
2 3(3 10 m) (0,2 10 m)2 m
= 2
2= 3 106m
=63 10
2
m
= 1,5 106m= 1.500 nm
Jadi, panjang gelombangnya 1.500 nm.
14. Jawaban: cDiketahuai y= 0,3 mmAntara terang ke-2 dengan gelap ke-4 terdapatgelap ke-3, terang ke-3, gelap ke-4 sehinggajaraknya 3 y= 3 0,3 mm = 0,9 mm.
15. Jawaban: dCara memperoleh cahaya terpolarisasi sebagaiberikut.1) Penyerapan selektif2) Pembiasan ganda3) Pemantulan4) Hamburan
B. Uraian
1. Sifat-sifat cahaya:a. cahaya dapat mengalami pemantulan (refleksi);
b. cahaya dapat mengalami pembiasan (refraksi);c. cahaya dapat mengalami pemaduan ataupenjumlahan (interferensi);
d. cahaya dapat mengalami pelenturan (difraksi);e. cahaya dapat mengalami penguraian (dispersi);f. cahaya dapat mengalami pengutuban (polarisasi).
i
r
n1
n2
N
Sinar datang
Sinar bias
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
24/205
23Fisika Kelas XII
A. Pilihan Ganda
1. Jawaban: cPercobaan yang dilakukan Johannes Stark
membuktikan bahwa medan listrik yang kuatmemengaruhi berkas cahaya.
2. Jawaban: bSifat dualisme cahaya menunjukkan bahwa cahayabersifat sebagai gelombang elektromagnetik danpartikel. Ketika cahaya menumbuk suatu materialdan mengeksitasi satu partikel, maka cahayabersifat sebagai partikel.
3. Jawaban: aMenurut Planck cahaya adalah paket-paket kecilyang disebut kuanta, sedangkan paket-paketenergi cahaya disebut foton.
4. Jawaban: bPembiasan cahaya adalah peristiwa pembelokanarah rambatan cahaya karena melewati mediumyang berbeda. Pemantulan cahaya adalahpembalikan arah rambatan cahaya saat cahayamengenai permukaan benda yang mengilap.Penyebaran dan pengumpulan cahaya terjadi padalensa dan cermin lengkung. Polarisasi cahaya yaituperistiwa terserapnya sebagian arah getar cahaya.
5. Jawaban: eDiketahui: i = 90 60 = 30
Ditanyakan: rJawab:Sudut datang = sudut pantul
i = r30 = r
r = 30Jadi, sudut pantul cermin sebesar 30.
6. Jawaban: cBayangan kabur terjadi karena cahaya mengalamidifraksi. Cahaya melentur setelah melewatipenghalang atau celah sempit sesuai dengan sifatgelombang.
7. Jawaban: cPola terang muncul apabila terjadi interferensimaksimum dan dua gelombang mempunyai fasesama sehingga beda lintasannya sama dengan nol.
8. Jawaban: bWarna-warna indah pada permukaan minyakditimbulkan oleh adanya gejala interferensi karenaperbedaan fase.
9. Jawaban: eCahaya koheren adalah cahaya yang dihasilkanoleh satu sumber. Dua lampu yang sama sangatmungkin menghasilkan kecerahan yang berbeda.
10. Jawaban: aPola gelap terang timbul akibat adanya fasecahaya. Pola terang terjadi jika dua gelombangcahaya yang sefase berpadu. Pola gelap terjadijika dua gelombang cahaya berbeda fase sebesar180.
11. Jawaban: dSudut datang yang mengakibatkan sinar pantulterpolarisasi disebut sudut polarisasi. Sudut kritis
atau sudut ambang adalah sudut datang yangmengakibatkan terjadinya pemantulan sempurna.
12. Jawaban: b
5. Diketahui: = 500 nm = 5 107mL = 1 mn= 2y= 4 cm = 4 102m
Ditanyakan: dJawab:
sin =y
L
sin =24 10 m
1m
= 4 102
sin = 4 102
dsin = n
d = sinn
=7
22(5 10 m)
4 10
= 2,5 105m
Jadi, lebar celah 2,5 105m.
KuningHijauMerahBiruUngu
580600495580640750440495400440
Warna Panjang Gelombang (nm)
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
25/205
24 Cahaya
Warna cahaya yang memiliki panjang gelombanglebih besar akan mengalami pelenturan lebih besardaripada warna cahaya yang memiliki panjanggelombang lebih kecil. Jadi, urutan warna cahayayang mengalami pelenturan dari yang paling besarhingga terkecil adalah: merah, kuning, hijau, biru,dan ungu 3), 1), 2), 4), dan 5).
13. Jawaban: eDiketahui:
g
u
n
n = 3
Ditanyakan: idan rJawab:
sinsin
i
r= g
u
n
n
3 =sinsin
i
r
Misalkan diambil nilai i= 60 dan r= 30 maka
3 =o
osin60sin30
3 =12
12
3
3 = 3
sehingga dapat diambil nilai sudut datang dansudut bias masing-masing 60 dan 30.
14. Jawaban: aDiketahui: nu = 1
n
= 1,8i = 90 45 = 45
Ditanyakan: v
Jawab:Cepat rambat cahaya di udara 3 108m/s.
nuvu = nv
v =
u u
n v
n =81(3 10 )
1,8 = 1,67 108m/s
Cepat rambat cahaya dalam larutan gula1,67 108m/s.
15. Jawaban: bDiketahui: i = 30
na = 1,75Ditanyakan: rJawab:
nusin i= nasin r
sin r= ua
sinn in
=1(sin 30 )
1,75
sin r = 0,28= 16,6
Jadi, sendok akan terlihat membengkok dengansudut 16,6.
16. Jawaban: aDiketahui: N = 6.000 garis/cmDitanyakan: dJawab:
d =1N
=1
6.000 garis/cm
= 1,67 104cm= 1,67 106mJadi, konstanta kisi tersebut 1,67 106m.
17. Jawaban: dDiketahui: = 2 106m
d = 4 106mn = 2
Ditanyakan: 2Jawab:dsin 2 = n
sin 2 =n
d
=
6
62(2 10 )(4 10 )
sin 2 = 12 = 90
Sudut orde kedua sebesar 90.
18. Jawaban: aDiketahui: N = 1.500 garis/cm
1 = 30n = 1
Ditanyakan: Jawab:
d =1N
=1
1.500 garis/cm
= 6,7 104cm = 6,7 106m
dsin 1 = n
=sindn
=6(6,7 10 m)(0,5)
1
= 3,35 106 mJadi, panjang gelombang cahaya tersebut3,35 106 m.
19. Jawaban: dDiketahui: = 3,5 107m
2 = 14,5
n = 2Ditanyakan: dJawab:
dsin 2 = n
d=2sin
n
=72(3,5 10 )
sin14,5
=72(3,5 10 )
0,25
= 2,8 106m
Jadi, tetapan kisi tersebut 2,8 106m.
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
26/205
25Fisika Kelas XII
20. Jawaban: dDiketahui: y = 5 mm = 5 103m
L = 3 md = 2 mm = 2 103mn = 1
Ditanyakan: Jawab:
yd
L = n
=yd
nL
=3 3 2((5 10 )(2 10 )) m(1)(3 m)
= 3,3 106m = 3.300 nmJadi, panjang gelombang yang digunakan 3.300 nm.
21. Jawaban: cDiketahui: = 100 nm = 1 107m
d = 1 mm = 1 103mn = 2L = 2 m
Ditanyakan: yJawab:yd
L= n
y=n L
d
=
7
32(1 10 m)(2m)
(1 10 )m
= 4 104m= 4 102cm
Jadi, jarak terang ke-2 dengan terang pusat4 102cm.
22. Jawaban: a
Diketahui: = 250 nm= 2,50 107mL = 3 md = 0,5 mm
= 5 104mn = 1
Ditanyakan: yJawab:
y=n L
d
=7
4
1(2,5 10 m)(3 m)
5 10 m
= 1,5 103m
= 1,5 mmJarak dua pita terang yang berdekatan 1,5 mm.
23. Jawaban: bDiketahui: = 300 nm = 3 107m
y = 10 mm = 1 102mL = 2 mn = 4
Ditanyakan: d
Jawab:yd
L= n
d=n L
y
=7
24(3 10 m)(2m)
(1 10 )m
= 2,4 104m
Jadi, jarak kedua celah 2,4 104m.
24. Jawaban: cDiketahui: N= 4 105garis/m
= 37 (tan 37 =34 )
n = 2Ditanyakan: Jawab:
d =1N
= 51
4 10 garis/m = 2,5 106m
dsin = n
= sind n
=365
(2,5 10 m)( )
2
= 7,5 107mPanjang gelombang cahaya yang digunakansebesar 7,5 107m.
25. Jawaban: cDiketahui: = 300 nm = 3 107m
N= 1.000 garis/mmDitanyakan: nJawab:
d = 1N
= 11.000 garis/mm = 1 103mm = 1 106m
Orde maksimum jika nilai sin = 1, karena nilaisinus maksimum adalah 1.
dsin = n
n=sind
=6
7(1 10 )3 10
= 3,33
3 (dibulatkan ke bawah)Orde maksimum yang masih dapat diamati yaitu 3.
26. Jawaban: d
Diketahui: y = 2 mm = 2 103md = 0,5 mm = 5 104mL = 200 cm = 2 mn = 3
Ditanyakan: 3Jawab:
sin =y
L=
32 10 m2 m
= 0,001
= 0,057Jadi, sudut yang dibentuk antara terang pusatdengan terang orde ketiga sebesar 0,057.
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
27/205
26 Cahaya
30. Jawaban: eDiketahui: n = 1,4
= 5.400 = 5,4 107mDitanyakan: tJawab:Tebal lapisan minimum untuk interferensikonstruktif cahaya yang dipantulkan pada m = 0sehingga:
2nt= (m+ 12 )
t = 4n
=7(5,4 10 )
4(1,4)
= 96,4 nm
Tebal minimum lapisan gelembung sabun 96,4 nm.
B. Uraian
1. Difraksi adalah peristiwa pelenturan cahaya ataumenyebarnya cahaya karena dirintangi oleh celahyang sempit. Cahaya akan membentuk garis gelap
terang pada layar dengan pola tertentu.2. Interferensi cahaya adalah perpaduan antara dua
buah gelombang cahaya atau lebih.Syarat terjadinya interferensi cahaya yaitu sumbercahaya harus koheren. Koheren artinya cahayaharus berasal dari satu sumber cahaya.
3. Diketahui: d = 0,2 mm = 2 104mL = 25 cm = 0,25 my = 1 mm = 1 103mn = 2
Ditanyakan:
Jawab:ydL
= n
=yd
Ln=
3 4(1 10 m)(2 10 m)(0,25 m) 2
= 4 108m = 40 nmJadi, panjang gelombang sinar monokromatiktersebut 40 nm.
4. Diketahui: = 5.400 = 5,4 107md= 2.000 garis/cm
Ditanyakan: nmaksimum(nm)Jawab:
d = 1N
= 12.000 garis/cm = 5 106m
dsin = n
n=sind
Orde maksimum yang mungkin terlihat pada layar,terjadi jika sin maksimum yaitu sin = 1,sehingga:
n =6
-7(5 10 m)(1)(5,4 10 m)
9
Orde maksimum yang mungkin terlihat adalah 9.
27. Jawaban: cDiketahui: y1 = 0,05 m
1 = 3.000 = 3 107m
2 = 6.000 = 6 107m
Ditanyakan: y2Jawab:yd
L= n
d=n L
y
d1 = d21
1
n L
y
= 2
2
n L
y
1
1y
= 2
2y
y2 =2 1
1
y
=7
7(6 10 m)(0,05m)
(3 10 m)
0,1 m = 10 cm
Jadi, jarak pisah ymenjadi 10 cm.
28. Jawaban: aDiketahui: y = 10 cm = 0,01 m
L = 80 cm = 0,08 mn = 1 = 5.000 = 5 107m
Ditanyakan: dJawab:
dy
L= n
d =nL
y
=
7(1)(0,08 m)(5 10 m)0,08m
= 4 106m = 4 103mm
N = 1d= 314 10 mm = 250 garis/mmKisi memiliki 250 garis/mm.
29. Jawaban: eDiketahui: d = 0,2 mm = 2 104m
L = 0,5 m = 600 nm = 6 107mn = 5
Ditanyakan: y5Jawab:
5y d
L= 1
2n
+
y5 = 12n
+ L
d
= 12
5
+7
4(6 10 m)(0,5)m
2 10 m
= 8,25 103mJadi, jarak gelap kelima dengan terang pusat8,25 103m.
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
28/205
27Fisika Kelas XII
5. Diketahui: = 750 nm = 7,5 107md = 1 105mn = 3
Ditanyakan: Jawab:dsin = n
sin = nd
=7
53(7,5 10 m)
10 m
sin = 0,225 = 13,003
Jadi, sudut adalah 13,003.
6. Diketahui: = 2,5 107md = 3,2 104mL = 1,6 mn = 3
Ditanyakan: yJawab:
ydL
= 12
n
+
y = 12
n
+ Ld
= 12
3
+7
4(2,5 10 m)(1,6m)
(3,2 10 m)
= 4,375 103mJadi, jarak gelap ke-3 dengan terang pusat4,375 103m.
7. Diketahui: d = 1 106m = 45
n = 2Ditanyakan: Jawab:
dsin = n
=sindn
=162
(1 10 m)( 2)
2
= 3,5 107mJadi, panjang gelombang yang digunakan3,5 107m.
8. Diketahui: D= 2,0 mm = 2,0 103
m = 500 nm = 5 107mna= 1,33nu= 1
Ditanyakan: m
Jawab:Sudut resolusi minimum terjadi ketika interferensiminimum yaitu pada gelap 1 (n = 1).unu = ana
a =u u
a
n
n
=7(5 10 m)(1)
1,33
= 3,76 107m
m = 1,22 D
= 1,227
3(3,76 10 m)
(2 10 m)
= 2,29 104rad
Jadi, sudut resolusi minimum lensa mata2,29 104rad.
9. Diketahui: dm = 122 cm = 1,22 mD = 3 mm = 3 103m = 500 nm = 5 107m
Ditanyakan: LJawab:
dm =1,22 L
D
L = m1,22d D
=3
7(1,22m)(3 10 m)
1,22 (5 10 m)
= 0,6 104m= 6.000 m
Jadi, jarak paling jauh agar lampu dapat dibedakan
sebagai lampu terpisah adalah 6.000 m.10. Diketahui: = 4.750
n = 1,5Ditanyakan: tJawab:Terjadi gejala hitam berarti terjadi interferensiminimum.
(m+12 )= 2n t
(0 +12 )= 2n t
1
2
(4.750 ) = 2(1,5)t
t=2.375
3= 792
Jadi, tebal selaput sabun 792 .
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
29/205
28 Ulangan Tengah Semester 1
Jawab:a. Persamaan umum gelombang stasioner
y= 2Acos kxsin ty = 40 cos 2xsin 100tDari soal, 2A= 40 A= 20Pernyataan 1) salah.
b. = 2f
f = 2
=1002
= 50 HzPernyataan 2) benar.
c. =2k
=22
= 1 mPernyataan 3) salah.
d. v= f = (1 m)(50 Hz)= 50 m/s
Pernyataan 4) benar.
6. Jawaban: cDiketahui: A = 10 cm = 0,1 mf = 20 Hz
Ditanyakan: vJawab:Terbentuk 8 perut berarti ada 4 gelombang. Jarakantara kedua ujung tali 4 m, berarti panjanggelombangnya adalah:
=4 m4 = 1 m
v= f= (1 m)(20 Hz) = 20 m/s
Jadi, cepat rambat gelombang tersebut 20 m/s.
7. Jawaban: bDiketahui: = 3 m n+ 1 = 3
3 = 3 n= 2
=3m3 = 1 m
Ditanyakan: x3Jawab:Letak perut dari ujung terikat:
x3 = (2n+ 1)14 = (2(2) + 1)
14 (1 m) =
54 m = 1,25 m
Jadi, perut ketiga terletak pada jarak 1,25 m.
A. Pilihan Ganda
1. Jawaban: bGelombang tali termasuk gelombang transversal,sedangkan gelombang bunyi termasuk gelombanglongitudinal. Gelombang cahaya termasukgelombang elektromagnetik.
2. Jawaban: d
Diketahui: T =1
12 s
v = 360 m/s
Ditanyakan: Jawab:
= vT= (360 m/s)(1
12 s) = 30 m
Panjang gelombang bunyi tersebut 30 m.
3. Jawaban: cDiketahui: y= 5 sin 10t
t = 6 sDitanya: fJawab:y = Asin ty = 5 sin 10t
= 102f= 10
f =102 =
5
Frekuensi getaran benda sebesar5
Hz.
4. Jawaban: bDiketahui: A = 102m
T = 0,2 sAB = 0,3 mv = 2,5 m/s
Ditanyakan:
Jawab: = v T= (2,5 m/s)(0,2 s) = 0,5 m
=
x2=
0,3m0,5m
(2) =65
rad
Beda fase antara titik A dan B pada saat tertentu
adalah65
rad.
5. Jawaban: dDiketahui: y= 40 cos 2xsin 100tDitanyakan: pernyataan yang benar
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
30/205
29Fisika Kelas XII
12.Jawaban: aDiketahui: s10 = 1,52 m
f = 50 HzDitanyakan: vJawab:Pada ujung bebas syarat terbentuk simpul:
sn + 1 = (2n+ 1)14
s10 = (2(9) + 1)14
1,52 m =194
= (1,52 m)419
= 0,32 mv= f
= (0,32 m)(50 Hz)= 16 m/s
Jadi, cepat rambat gelombang sebesar 16 m/s.
13. Jawaban: a
Frekuensi nada dasar diperoleh ketika panjang kolomudara sama dengan setengah panjang gelombang.
14. Jawaban: bDiketahui: 1 = 5 cmDitanyakan: 2Jawab:Resonansi pada tabung analog dengan pipa organatertutup terjadi pada panjang kolom udara yangmemenuhi perbandingan berikut.1: 2: 3= 1 : 3 : 5Jadi, 2= 31= 3 5 cm = 15 cm.
15. Jawaban: cDiketahui: RAC= RARB = (12 RA)PA = 1,2 WPB = 0,3 W
Ditanyakan: RCJawab:Misalkan jarak C dari A dalah rA.
Agar di C intensitas bunyi dari A sama denganintensitas bunyi dari B, maka:IA = IB
A2
A
P
R= B2
B
P
R
2A
1,2R
= 2A
0,3(12 ) R
2A
4R
= 2A
1(12 ) R
8. Jawaban: cDiketahui: = 6 m = 600 cm
n+ 1= 4 n= 3OX = 110 cm
Ditanyakan: Jawab:s3 = OX = 600 cm 110 cm = 490 cm
s(n + 1) = (2n + 1) 4
s4 = (2(3) + 1) 4
490 cm = 74
= 4(490 cm)7 = 280 cm
Panjang gelombang tali tersebut 280 cm.
9. Jawaban: dDiketahui: f = 33 kHz = 33.000 Hz
t = 100 ms = 0,1 sv= 340 m/s
Ditanyakan: xJawab:
x = 2vt = (340 m/s)(0,1s)2 = 17 m
Jarak kelelawar dari benda 17 m.
10. Jawaban: bDiketahui: f = 340 Hz
= 1,2 mDitanyakan: vJawab: = 2
2= 1,2 m= 0,6 m
v = f= (340 Hz)(0,6 m) = 204 m/sKecepatan rambatan gelombang 204 m/s.
11.Jawaban: eDiketahui: nada dasar = f0
f0 = 2f0Ditanyakan: FJawab:
v = Fm
1
2
v
v
=2
1
F
m
Fm
0
0f
f
=1
2
F
F
0
02
f
f= 1
2
2
F
F
20
204
f
f= 1
2
F
F
F2 = 4F1Tegangan senar diubah menjadi 4 kali semula.
AC
B
rA
rB= (12 rA) m
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
31/205
30 Ulangan Tengah Semester 1
Jawab:Pipa organa terbuka:
fn =1
2+
nv
f1 =1 12+
v=
v=
340 m/s1m = 340/s = 340 Hz
Frekuensi nada atas pertama pada pipa organa
terbuka sebesar 340 Hz.Pipa organa tertutup:
fn =(2 1)
4+
nv
f1 =2 (1) 14(1m)
+(340 m/s)= 255 /s = 255 Hz
Frekuensi nada atas pertama pada pipa organatertutup sebesar 255 Hz.
20. Jawaban: cDiketahui: fp = 680 Hz
fs = 640 Hz
v = 340 m/svp = 0
Ditanyakan: vsJawab:
fp =p
s
v v
v vfs
680 Hz =s
340 m/s(340 m/s )v (640 Hz)
340 m/s vs=(340 m/s)(640 Hz
2
)680 Hz
340 m/s vs
= 320 m/svs = 20 m/s
Jadi, kecepatan ambulans tersebut 20 m/s.
21. Jawaban: bDiketahui: N= 5.000 garis/cm = 5 105garis/m
= 30n = 2
Ditanyakan: Jawab:
dsin = n
1N
sin = n
5 1(5 10 garis / m) sin 30 = 2
(2 106m)(12 ) = 2
= 5 107m= 5 105cm
Jadi, panjang gelombang orde ke-2 adalah5 105cm.
22. Jawaban: cDiketahui: = 5 107m
= 30n = 2
A
2R
=A
112R
24 2RA= RA24 = RA+ 2RARA = 8 m dan RB= 12 8 = 4 m
Titik C terletak 8 m dari A dan 4 m dari B.
16. Jawaban: dDiketahui: TI1 = 80 dB
n = 10Ditanyakan: TIAJawab:TIA = TI1+ 10 log n
= 80 dB + 10 log 10= 80 dB + 10= 90 dB
Jadi, taraf intensitas bunyi sebesar 90 dB.
17. Jawaban: cDiketahui: I = 106W/m2
I0 = 10
12
W/m
2
Ditanyakan: TIJawab:
TI = 10 log0
I
I dB
= 10 log6 2
12 210 W/m
10 W/m
dB
= 10 log 106dB= (10)(6) dB= 60 dB
Jadi, taraf intensitas sumber bunyi tersebut 60 dB.
18. Jawaban: c
Diketahui: fp1 = 676 Hzfs = 676 Hz
v = 340 m/s
vs = 2 m/s
vp = 0 (diam)
Ditanyakan: fLJawab:
fp2= p
s
+v vv v
fs
=340 m/s + 0
340 m/s 2 m/s (676 Hz)
= 340 m/s338 m/s (676 Hz)
= 680 Hz
fL = fp2 fp1
= 680 Hz 676 Hz = 4 Hz
Frekuensi layangan bunyi sebesar 4 Hz.
19. Jawaban: cDiketahui: = 1 m
v = 340 m/sDitanyakan: a. fterbuka
b. ftertutup
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
32/205
31Fisika Kelas XII
Ditanyakan: NJawab:
dsin = n
1N
sin 30 = 2(5 107 m)
1N
12
= 106m
N= 5 105/m = 5 103garis/cmKisi memiliki jumlah garis per cm kisi sebanyak5 103garis/cm.
23. Jawaban: dDiketahui: jarak titik api = jarak celah ke layar
= = 40 cm = 0,4 md = 0,4 mm = 4 104my= 0,56 mm = 5,6 104m
Ditanyakan: lJawab:
y d=
4 4(5,6 10 m)(4 10 m)0,4m
=
= 5,6 107mPanjang gelombang cahaya sebesar 5,6 107m.
24. Jawaban : aDiketahui: d = a
= 5.890 = 30
Ditanyakan: aJawab:Orde pertama difraksi maksimum pada celahtunggal diperoleh saat:
d sin =12
a12
=12
a = = 5.890 Jadi, lebar celah 5.890 .
25. Jawaban: cDiketahui: d = 0,01 mm = 1 105m
= 20 cm = 0,2 m2y= 7,2 mm = 7,2 103 my = 3,6 mm = 3,6 103m
m = 1Ditanyakan: Jawab:Dari soal m= 1
y d= (m
12 )
3 5(3,6 10 m)(1 10 m)0,2m
=12
1,8 107m =12
= 3,6 107m = 360 nmJadi, panjang gelombang cahaya sebesar 360 nm.
26. Jawaban: bDiketahui: nk = 1,5
i = 30n = 1
Ditanyakan: vkJawab:sinsin
i
r= u
k
v
v
Oleh karena vu= uc
n dan vk= kc
n , maka:
u
k
v
v= u
k
cn
cn
u
k
v
v= k
u
n
n
vk =u
k
n
nvu=
11,5 (3 10
8m/s) = 2 108m/s
Kecepatan cahaya di dalam kaca 2 108m/s.
27. Jawaban: eDiketahui: i = 30
np =43
Ditanyakan: rJawab:npsin i= nusin r
sin r=431 (sin 30) =
43 (
12 ) =
23
r= 41,8Saat keluar dari prisma, cahaya membentuk sudut41,8, sudut yang dibentuk terhadap sudut datang41,8 + 30 = 71,8.
28. Jawaban: aDiketahui: = 4.000 = 4 107m
= 30Ditanyakan: dJawab:dsin = n
d = sinn
=
7
12
1(4 10 m)= 8 107m
Lebar celah yang digunakan 8 107m.
29. Jawaban: aDispersi merupakan proses peruraian cahaya.Interferensi cahaya adalah perpaduan dua buahsumber cahaya menjadi satu. Polarisasi cahayaadalah terserapnya sebagian arah getar cahaya.Refraksi cahaya disebut juga pembiasan cahaya,yaitu pembelokan arah rambat cahaya ketikamelewati dua medium cahaya. Refleksi cahayaadalah pemantulan cahaya.
30. Jawaban: dDiketahui: = 400 nm = 4 104mm
= 30n = 3
Ditanyakan: d
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
33/205
32 Ulangan Tengah Semester 1
Jawab:
dsin = (2n+ 12 )
d =12(2 )
sin+
n
=41
2(2 (3) )4 10
sin 30
+ = 5,2 10
3mm
Jarak kedua celah adalah 5,2 103mm.
31. Jawaban: bDiketahui: = 6,5 107m
L = 1 md= 1mm = 1 103m
Ditanyakan: jarak gelap ketiga dan terang kelimaJawab:Untuk semua garis berlaku:y d
L= ; ymerupakan jarak gelap berurutan atau
terang berurutan.Jarak gelap ketiga dan terang kelima:
Jarak gelap ketiga dan terang kelima = 212 y.
y d
L=
y =73
(6,5 10 m)(1m)10 m
= 6,5 104m
y= 6,5 104m
G3T5 = 212 y
=52 (6,5 10
4m)
= 16,25 104m= 16,25 101mm = 1,625 mm
Jadi, jarak antara gelap ke-3 dan terang ke-5 sejauh1,625 mm.
32. Jawaban: e
Diketahui: d = 0,1 cm = 103mL = 60 cm = 0,6 my = 0,048 cm = 4,8 102m
Ditanyakan: Jawab:
y d
L=
2 3(4,8 10 m)(10 m)0,6m
=
= 8 107m = 800 nmJadi, cahaya yang digunakan memiliki panjanggelombang sebesar 800 nm.
33. Jawaban: aDiketahui: = 6.000 = 6 107m
L = 1 md = 4 mm = 4 103m
Ditanyakan: yJawab:
y=L
d
=
7
3(6 10 m)(1 m)
(4 10 m)
= 1,5 104m = 1,5 102cmJadi, jarak antara dua buah garis terang yangberdekatan pada layar tersebut 1,5 102cm.
34. Jawaban: dDiketahui: = 400 nm = 4 107m
= 90 (maksimum)N= 5 105garis/meter
Ditanyakan: nJawab:
d =1N
= 51
5 10 garis /m= 2 106m
dsin 30 = n n = sind
=6
7(2 10 m)(sin 90 )
4 10 m
= 5Spektrum orde tertinggi yang diamati yaitu 5.
35. Jawaban: cDiketahui: d = 0,1 mm
L = 100 cm = 1.000 mmy = 2,95 mmn = 0
Ditanyakan: Jawab:yd
L=
2 12+
n
d y
L= (0 +
12 )
(0,1 mm)(2,95 mm)1.000 mm =
12
= 5,9 104mm = 590 nmCahaya memiliki panjang gelombang 590 nm.
36. Jawaban: dDiketahui: L = 2 m
n = 1y = 1,5 cm = 1,5 102m = 600 nm = 6 107m
Ditanyakan: NJawab:d y
L= n
d=n L
y
=7
2(1)(6 10 m)(2m)
(1,5 10 m)
= 8 105m
G1
G2
G3
T5
T4
T3
T2
T1
Tp
y
y
12
y
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
34/205
33Fisika Kelas XII
d =1N
N=1d
= 51
8 10 m = 1,25 104goresan/m
Jadi, kisi yang digunakan memiliki1,25 104goresan/m.
37. Jawaban: aDiketahui: N= 12.500 goresan/cm
=12.500 goresan
cm= 1,25 106goresan/m
= 30n = 1
Ditanyakan: Jawab:
dsin = n 1N
sin 30 = 1
61
1,25 10 goresan/m
12 =
= 612,5 10 /m= 4 107m
Panjang gelombang tersebut 4 107m.
38. Jawaban: dDiketahui: nu nm= 0,05
= 40Ditanyakan: Jawab: = (nu nm)= (0,05 )(40) = 2
Jadi, sudut dispersi yang terjadi adalah 2.
39. Jawaban: d
Urutan spektrum warna dari panjang gelombangterpendek adalah ungu, nila, biru, hijau, kuning,jingga, merah.
40. Jawaban : d
Jarak dua garis yang berdekatan: p=d
.
Dengan demikian, pbesar jika:1) diperbesar;
Pernyataan (1) benar.2) ddiperkecil;
Pernyataan (3) benar.3) diperbesar.
Pernyataan (2) dan (4) benar karena panjanggelombang () cahaya merah dan kuning lebihbesar dari cahaya hijau.
B. Uraian
1. a. A= 6 cmb. k= 0,02
2
= 0,02
= 20,02
= 100 cm
c. = 42f= 4
f=42
= 2 Hz
d. v= f= (100 cm)(2 Hz) = 200 cm/s.
2. Diketahui: = 150 cmn+ 1= 3 n= 2
OP3 = 30 cmDitanyakan: Jawab:P3 = OP3= 150 cm 30 cm = 120 cm
P3 = (2n) 4
120 cm = (2)(2) 4
= (120 cm)(4)4 = 120 cm
Panjang gelombang tali 120 cm.
3. Diketahui: mb = 8 kg = 1 mmd = 2 10
3kgDitanyakan: f1Jawab:F = m g= (8 kg)(10 m/s2) = 80 N
v =
mF = 3
(80 N)(1 m)
2 10 kg= 200 m/s
f1 = 2v
=200 m/s2(1) m = 100 Hz.
Jadi, frekuensi nada dasar dawai sebesar 100 Hz.
4. Diketahui: TI1 = 50 dBTI
2
= 80 dBDitanyakan: nJawab:
TI2 = TI1+ 10 log n80 dB = 50 dB + 10 log n30 dB = 10 log n
3 = log nn= 103= 1.000
Suara halilintar memiliki taraf intensitas 1.000 kaliterhadap suara percakapan.
5. Diketahui: fs = 600 Hzvs = 20 m/sv
p= 0
v = 320 m/sDitanyakan: fpJawab:
fp =p
s
v v
v vfs
=s
v
v vfs
=320 m/s
(320 m/s 20 m/s) (600 Hz) = 640 Hz
Jadi, frekuensi yang didengar orang-orang distasiun sebesar 640 Hz.
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
35/205
34 Ulangan Tengah Semester 1
c. Oleh karena orde keempat tidak mungkindapat diamati maka orde maks n= 3.
8. Diketahui: d = 0,2 mm = 2 104m = 5 107mL = 1,5 m
Ditanyakan: a) T4G1b) G3Tp
Jawab:Untuk semua garis berlaku:y d
L=
4(2 10 m)(1,5 m)
y = 5 107m
y=7
4(5 10 m)(1,5m)
2 10 m
= 3,75 103m
a. Terang keempat dengan gelap pertama:
T4G1 = 312 y=
72
(3,75 103m)
= 1,3125 102m
Jadi, jarak terang keempat dengan gelappertama 1,3125 102m.
b. Gelap ketiga dengan terang pusat:
G3Tp = 212 y=
52
(3,75 103m)
= 9,375 103mJadi, jarak gelap ketiga dengan terang pusat9,375 103m.
9. Diketahui: = 1,5 m = 4.000 = 4 107my = 0,6 cm = 6 103m
n = 3Ditanyakan: dJawab:yd
L=n
d=n L
y
=
7
3(3)(4 10 m)(1,5 m)
6 10 m
= 3 104m
Jarak antara kedua celah adalah 3 104m.
10. Diketahui: nA = 3nB = 2A = B
Ditanyakan: A: B
Jawab:dsin = n
sin =n
d
sin A = sin BA An
d
= B Bn
d
A
B
= B
A
n
n =23
Perbandingan antara panjang gelombang A danB = A: B = 2 : 3.
6. Diketahui: = 3,6 105mL = 1 md = 3 104mn = 2
Ditanyakan: yJawab:
dsin = 2n(12)
dyL = 2n( 12)
( 3 104) (1 m)y
= (2)(2)12 (3,6 10
5)
y= 2,4 101m = 0,24 m
Jadi, jarak garis gelap kedua dari terang pusatsekunder 0,24 m.
7. Diketahui: = 600 nm = 6 107md = 2 106m
Ditanyakan: a. nb. n
c. nmaksJawab:a. Sudut bias garis terang n:
dsin n = n n= 1 dsin 1 = 1 6 10
7
sin 1 =7
66 102 10
= 0,3
1 = 17,4
n= 2 dsin 2 = 2 6 107
sin 2 =2d
sin 2 = 0,6
2 = 36,9n= 3 dsin 3 = 3
sin 3 =3d
sin 3 = 3(0,3)3 = 64,2
n= 4 dsin 4 = 4
sin 4 =4d
sin 4 = 1,2 (tidak mungkin)Dengan demikian, garis orde ke-4 tidak dapatdiamati.
Jadi, sudut bias garis terang yaitu 17,4; 36,9;dan 64,2.
b. Berkas-berkas difraksi yang dapat diamati:
Cahaya datang
n= 3
n= 2
n= 1
n= 0
n= 1
n= 2
n= 3
32
1
12
3
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
36/205
35Fisika Kelas XII
1. Menerapkan konsepkelistrikan dan ke-magnetan dalam ber-bagai penyelesaianmasalah dan produkteknologi.
Standar Kompetensi Kompetensi Dasar Nilai Indikator
Rasa InginTahu
Mencari tahu mengenai bagian-bagian dan fungsigenerator Van de Graff.
Pada bab ini akan dipelajari:
1. Listrik Statis
2. Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik
3. Kapas itor
Model Pengintegrasian Nilai Pendidikan Karakter
2.1 M e mf o rm ul a si ka ngaya listrik, kuatmedan listrik, fluks,potensial listrik, energipotensial listrik, sertapenerapannya padakeping sejajar.
Siswa mampu menjelaskan gejala listrik statis danpenerapannya pada keping sejajar
Menjelaskan listrik statis danpersamaannya
Menentukan besaran-besaranpada persamaan hukum Coulomb
Menghitung kuat medan listrik Menjelaskan hukum Gauss Menghitung kuat medan l istrik
muatan kontinu
Siswa mampu menjelaskan listrikstatis dan menggunakan persama-
annya dalam mengerjakan soal
Listrik Statis dan Kapasitor
Menghitung energi potensialmuatan listrik
Menghitung potensial listrik padamuatan listrik
Menjelaskan kapasitor danpersamaannya
Menjelaskan mengenai kapasitor Menghitung besaran-besaran
pada kapasitor Menghitung besaran-besaran
pada rangkaian kapasitor serimaupun paralel
Melakukan praktikum mengenairangkaian kapasitor
Siswa mampu menjelaskan kapasitordan menggunakan persamaannya
dalam perhitungan
Siswa mampu menjelaskan danmenggunakan persamaan untuk
menentukan energi potensiallistrik dan potensial listrik
Menjelaskan energi potensial listrikdan potensial listrik
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
37/205
36 Listrik Statis dan Kapasitor
4. Jawaban: aDiketahui: q = 4 1019C
E= 1,2 105N/C
Ditanyakan: FJawab:F= E q
= (1,2 105N/C)(4 1019N/C)F= 4,8 1014NGaya listrik yang dialami partikel tersebut sebesar4,8 1014N.
5. Jawaban: dDiketahui: qA = 20 C = 2 10
5CqB = 30 C = 3 10
5C
qC = 160 C = 16 105C
rAB = 30 cm = 3 101m
rAC = 60 cm = 6 101m
Ditanyakan: FAJawab:
FAB = kA B
2AB
q q
r= 9 109
5 5
1 2(2 10 )(3 10 )
(3 10 )
N
= 9 10910
2(6 10 )(9 10 )
N = 60 N
FAC = kA C
2AC
q q
r= 9 109
5 5
1 2(2 10 )(16 10 )
(6 10 )
N
= 9 10910
2(32 10 )(36 10 )
N = 80 N
Oleh karena kedua gaya saling tegak lurus,resultan gaya muatan di titik A:
F = 2 2AB ACF F+ =2 2(60N) (80N)+
F = 100 N
6. Jawaban: cDiketahui: r1= r2= r3= r4= a
q1= q2= q3= q4= q
0
14
= kNm2/C2
A. Pilihan Ganda
1. Jawaban: c
F= k1 2
2
q q
rBesarnya F(gaya Coulomb) berbanding terbalikdengan besarnya r2(kuadrat jarak antarpartikel).Semakin besar jarak, gayanya semakin kecil. Dengandemikian, grafik yang tepat adalah pilihan c.
2. Jawaban: b
Agar Ep= 0 maka E1 = E2 (arah medan listrikberlawanan arah). Berdasarkan hal tersebut dapatdisimpulkan bahwa kedua muatan sejenis.
E1 = E2k 12
1
q
r= k 22
2
q
r
( )1
223
q
d=
( )2
213
q
d
14 29
q
d= 21 2
9
q
d
q1 = 4q2Jika q1dan q2positif maka di titik P:
V1= +k1
1
q
r= +k 22
3
(4 )q
d= +6k 2q
d
V2= +k2
2
qr
= +k 213
qd
= +3k 2qd
Vp= V1+V2 =+6k2q
d+ 3k 2q
d= +9k 2q
d
Jika q1dan q2negatif maka di titik P:
V1= k1
1
q
r= k 22
3
(4 )q
d= 6k 2q
d
V2= k2
2
q
r= k 21
3
q
d= 3k 2q
d
Vp= V1+V2 =6k2q
d 3k 2q
d= 9k 2q
d
3. Jawaban: aF1= k
1 22
1
q q
r
F2= k1 2
21
q q
r
Jika r2= 2rmaka:
F2 = k1 2
21(2 )
q q
r= k 1 22
14q q
r=
14 (k
1 22
1
q q
r)
F2 =14 F1
Jadi, gaya tolaknya menjadi14 F.
q1 q213 d
23
d
60 cm
30 cm
A B
C
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
38/205
37Fisika Kelas XII
Ditanyakan: F1= F2= F3= F4Jawab:
F12= k1 2
2q q
a
F32 = k3 2
2q q
a
= kq q
a1 22
F2 =2 2
12 32+F F =2 2
1 2 1 22 2
+
q q q q k k
a a
= kq q
a1 2
2 2
Muatan di setiap titik sudut mengalami gaya
sebesar kq q
a1 2
2 2 .
7. Jawaban: aDiketahui: E = 104NC
a = 0,1 m2
r = 4 cm = 4 102m0 = 8,85 10
12C2/Nm2
Ditanyakan: qpada tiap-tiap kepingJawab:
E=0
dengan =
q
A, maka:
= E0= (104N/C)(8,85 1012C2/Nm2)
= 8,85 108
C/m2
q = A= (8,85 108C/m2)(0,1 m2)= 8,85 109 C
Jadi, muatan pada tiap-tiap keping adalah8,85 109 C.
8. Jawaban: aDiketahui: qA = q
qB = 2qqC = qk = 9 109Nm2C2
rAB = rrCB = 2r
Ditanyakan: FBdan arahnyaJawab:
FAB = kA B2AB
q q
r
=k 2(2 )q qr
= k2
22q
r= 2k
2
2q
r(arah ke kiri karena muatan
B tertarik oleh muatan A)
FCB = kC B2CB
q q
r= k 2
( )(2 )
(2 )
q q
r= k
2
22
4
q
r= 1
2k
2
2q
r
Oleh karena qBdan qCsejenis, FCBberarah ke kirikarena muatan B menolak muatan C.
FB = FAB+ FCB = 2k2
2q
r+ 1
2k
2
2q
r
= (2 + 12
)k2
2q
r= 2,5 k
2
2q
r
Jadi, gaya Coulomb total sebesar 2,5 k2
2
q
rke kiri.
9. Jawaban: bDiketahui: qA = +9 C
qB = 4 CrAB = 25 cm (dari pusat bola)
Ditanyakan: E0Jawab:Nilai E= 0 jika EA= EB, yang kemungkinan beradadi kanan B atau di kiri A. Medan listrik di antaraA dan B tidak mungkin nol karena EAsearah EB.Oleh karena q
B < q
A maka r
B < r
A sehingga
kemungkinan E= 0 terletak di kanan B.EA = EB
k A2A
q
r= k B2
B
q
r
+ 29
(25 )x = 24x
23
25 x +
=2
2x
325 x+ =
2x
3x= 2(25 + x)3x= 50 + 2x
3x 2x= 50x= 50
Jadi, nilai E= 0 saat jarak 45 cm dari kulit bola Bke arah kanan.
10. Jawaban: dDiketahui: qA = +20 C
qB = +45 CrAB = 15 cm
Ditanyakan: C di antara AB; EC= 0Jawab:
E= 0 saat EA= EBEA = EB
k A2A
q
r= k B2
B
q
r
220x
= 245
(15 )x
220x
= 245
225 30x x +
q1 q2
q3q4
F32
F12
a
a
A C B
x cm
15 cm
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
39/205
38 Listrik Statis dan Kapasitor
20(x2 30x+ 225)= 45x2
4(x2 30x+ 225) = 9x2
4x2 120x 900 = 9x2
5x2+ 120x 900 = 0x2+ 24x 180 = 0(x+ 30)(x 6) = 0
x= 30 atau x= 6Oleh karena xterletak di antara A dan B, nilai x
yang memenuhi adalah x= 6.Jadi, titik C berada di 6 cm dari A.
11. Jawaban: bDiketahui: rAB = 30 cm
qA = 4 CqB = 16 C
Ditanyakan: rA(E= 0)Jawab:
EA = EB
k A2A( )q
r= k B2
B( )q
r2
A
2r =
2
30 A
4r
2A
4r = 2A
16(30 )r
A
2r = 30 A
4r
2(30 rA) = 4rA60 2rA = 4r4
60 = 6rA10 = rArA
= 10 cm
Jadi, titik yang nilai E= 0 terletak di 10 cm sebelahkanan muatan A.
12. Jawaban: c
EB = ED= kq
a2= 2
kq
a
EA=2 2
B DE E+ =2 2E E+
= 22E
= 2E
= 22kq
a
Agar medan listrik di A sama dengan nol makamedan listrik yang disebabkan muatan di C harusberlawanan arah dengan EA. Jadi, muatan di Charus negatif. Besar muatan di C dapat dihitungsebagai berikut.rAC = +
2 2a a
= 22a = 2a
EA = EC
k22q
a= k C 2( 2)
q
a
22q
a= C
22q
a
qC = 2 2 q
Jadi, muatan di C = 2q 2.
13. Jawaban: a= EAcos
adalah sudut antaramedan listrik E denganvektor normal luasan,sehingga=E Acos 30.
14. Jawaban: bPada bola konduktor, muatan listriknya terdistribusimerata pada permukaan bola. Sesuai hukumGauss:Untuk r< R(di dalam bola)
E= 0Untuk rR(pada permukaan dan di luar bola)
E= k 2a
r E 21
rJika rbesar Ekecil
Grafik yang cocok adalah pilihan b.
15. Jawaban: a
Medan listrik Eberarah dari keping positif ke kepingnegatif. Besarnya:
E= Vd=0
E 1datau E
Dengan kata lain, Eberbanding terbalik denganjarak (d) antara kedua keping atau berbanding lurusdengan rapat muatannya ().
A B
CD
+q
+q
EA
EB
ED
a
a
60
E d
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
40/205
39Fisika Kelas XII
B. Uraian
1. Diketahui:
q1 = 8 C = 8 106C
q2 = +3 C = +3 106
Cq3 = 4 C = 4 106C
r13 = 0,3 mr23 = 0,1 m
Ditanyakan: F3Jawab:Muatan q3mendapat gaya tolakan dari q1(F31) dangaya tarik dari q2(F32).
F31 = k3 1
231
q q
r
= (9 109Nm2/C2)6 6
2(4 10 C)(8 10 C)
(0,3 m)
F31 = 3,2 N
F32 = k3 2
232
q q
r
= (9 109Nm2/C2) 6 6
2(4 10 C)(3 10 C)
(0,1m)F32 = 10,8 N
Karena F31dan F32berlawanan arah, maka:
F3= F31 F32= 3,2 N 10,8 N = 7,6 N
Tanda negatif artinya gaya muatan q3 sebesar7,6 N searah dengan F32, yaitu ke arah kiri.
2. Diketahui: q1 = +10 C = 105C
q2 = +20 C = 2 105Cr12 = a
r23 = 0,5a
Ditanyakan: q3agar F2= 0Jawab:
Supaya resultan gaya Coulomb di q2= 0 maka q3harus bernilai positif (q+).
F23 = F21
k 2 3223
q qr
= k 2 1221
q qr
5( 2 10 321
2
)( )
( )
q
a=
5( 2 10 5
2
)(10 )
a
31 24
q
a=
5
210
a
32
4qa
=5
210
a
4q3 = 105
q3 =14 10
5C
= 0,25 105C = 2,5 CJadi, muatan q3harus bernilai 2,5 C.
3. Diketahui: r = 0,53 = 0,53 1010m= 5,3 1011m
qe = 1,6 1019C
qi = +1,6 1019
Cme = 9,1 1031kg
Ditanyakan: a. Fb. v
Jawab:
a. F = k e i2q q
r
= 9 10919 19
11 2(1,6 10 )(1,6 10 )
(5,3 10 )
=9 10938
222,56 1028,09 10
N
= 8,202 108N
b. F= m asp
8,202 108 = (9,1 1031)2v
r8
318,202 109,1 10
=
2
115,3 10v
0,9013 1023 =2
115,3 10v
v2 = (9,013 1022)(5,3 1011)v2 = 4,77689 1012
v= 2,18561 106
Jadi, kecepatan elektron tersebut2,18561 106m/s.
4. Diketahui: q1 = 2 C= 2 106C
q2 = 3 C= 3 106C
q3 = 6 C= 6 106C
r12= 30 cm = 0,3 m
r23= 40 cm = 0,4 m
Ditanyakan: F1Jawab:
r13=2 2
12 23r r+
= 2 2(30 cm) (40 cm)+
= 2 2900cm 1.600cm+
q1 q2 q3
F32 F31
a 0,5aq1 q2 q3
F12F13x
F13
F13y
30
r12
r13
r23
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
41/205
40 Listrik Statis dan Kapasitor
= 22.500 cm= 50 cm = 0,5 m
F13 = k1 3
213
q q
r
= (9 109)6 6
2(2 10 )(6 10 )
(0,5)
N
= 0,432 N
F12 = k1 2
212
q q
r
= (9 109)6 6
2(2 10 )(3 10 )
(0,3)
N
= 0,6 NF13x= F13cos 30
= (0,432 N)(cos 30)=0,374 N
F13y= F13sin 30= (0,432 N)(sin 30)= 0,216 N
Fx = F13x= 0,374 NF
y= F12 F13y= (0,6 0,216) N= 0,384 N
F1 =2 2
x yF F+
= 2 2(0,374N) (0,384N)+0,536 N
Gaya total di muatan q1kira-kira 0,536 N.
5. Diketahui: F = 0,05 N = 5 102N
q = 5 106
CDitanyakan: EJawab:
E =F
q
=2
65 10 N5 10 C
= 104N/CJadi, besar medan listrik di titik P adalah 104N/C.
6. Diketahui: qA = 40 C= 4 105C
qB = 30 C= 3 105C
qC = 60 C= 6 105CqD = 80 C= 8 10
5CAB = BC = CD = DA = 10 cm
= 101m
Ditanyakan: Epusat
Jawab:
AC = BD = 2 2(10 cm) (10 cm)+
= 2 2100 cm 100 cm+
= 2200 cm
= 10 2 cm
= 10 2 102m
AP = PC = BP = PD =12 AC
= 5 2 cm
= 5 2 102m
EA= kA2
AP
q
r= (9 109)
5
2 2(4 10 )
(5 2 10 )
N/C
=5
33,6 105 10
N/C
= 7,2 108N/C
EC= kC
2PC
q
r= (9 109)
5
2 2(6 10 C)
(5 2 10 )
N/C
=
5
3
5,4 105 10
N/C
= 1,08 108N/C
EB= kB2
BP
q
r= (9 109)
5
2 2(3 10 )
(5 2 10 )
N/C
=5
32,7 105 10
N/C
= 5,4 107N/C
ED= kD
2PD
q
r= (9 109)
5
2 2(8 10 C)
(5 2 10 )
N/C
=
5
3
7,2 10
5 10
N/C= 1,44 108N/C
EAC= EC EA = (1,08 108 7,2 107) N/C
= 3,6 107N/C
EBC= EB+ ED = (5,4 107+ 1,44 108) N/C
= 1,98 108N/C
A B
CD
P
EAEB
EC
ED
-
8/21/2019 03 FISIKA 12 2013.pdf
42/205
41Fisika Kelas XII
Epusat =2 2
AC BDE E+
= 7 2 8 2(3,6 10 N/C) (1,98 10 N/C) +
= 16 2 24,05 10 N /C
2,012 108N/C
Medan listrik di pusat persegi kira-kira2,012 108N/C.
7. Diketahui: r = 30 cm = 0,3 mq = 25 C = 2,5 105Cq= 2 C = 2 106Cm= 2 g = 2 103kg
Ditanyakan: a. Edi Pb. a
Jawab:
a. E = k 2q
r
= 9 1095
2(2,5 10 C)(0,3)
N/C
Jadi, E= 2,5 106N/C dan arahnya menjauhimuatan q.
b. F = q E= (2 106C)(2,5 106N/C)
F = 5 NBerdasarkan hukum II Newton:
a =F
m
= 35 N
(2 10 kg)
a = 2,5 103m/s2Jadi, percepatan muatan tersebut2,5 103m/s2.
8. Diketahui: qA = 48 C = 4,8 105C
qB = +32 C = +3,2 105C
r = 4 cm = 4 102mk = 9 109Nm2/C2
Ditanyakan: ECJawab:
EB = kB
2BC( )q
r
= (9 109Nm2/C2)5
2 2(3,2 10 C)(4 10 m)
= 1,8 108N/C
EA = kA
2AC( )q
r
= (9 109Nm2/C2)
5
2 2(4,8 10 C)(4 10 m)
= 2,7 108N/C
EC =2 2
A B A B+ + 2 cos 120E E E E
= 8 2 8 2 16 2 2(2,710 N/C) (1,810 N/C) 4,8610 N /C+
= 16 16 16 2 2(3,24 10 + 7,29 10 4,86 10 ) N /C
= 16 2 25, 67 10 N /C2,38 108N/C
Kuat medan di titik C kira-kira sebesar2,38 108N/C.
9. Diketahui: R = 12 cm = 1,2 101mq = 3,6 C = 3,6 106Cq= 0,1 mC = 104Cr = 3 cm = 3 102m
Ditanyakan: a. b. F
Jawab:
a. =q
A=
24q
R
=
6
1 23,6 10 C
4 (1,2 10 )
= 1,99 105
C/m2
b. Medan listrik pada jarak 3 cm dari permukaanbola dapat dicari dengan rumus:
E = k 2q
rdengan r= Rbola+ 3 cm
= (12 + 3) cm = 15