Berikut adalah soal dan penyelesaian fisika Simak UI 2015, semoga bermanfaat.
SOAL DAN PENYELESAIAN Fisika SIMAK UI
31: Sebuah proses isotermal dilakukan pada gas yang diisikan pada dua buah reaktor dengan kapasitas masing-masing 2 x 104 cc dan 3 x 104 cc. Tekanan pada reaktor kedua adalah 0.6 Pa. Dalam prosesnya dilakukan pemindahan seluruh gas daari reaktor pertama ke reaktor kedua sehingga tekanan totalnya 0.8Pa. Tekanan reaktor pertama sebelum ada pemindahan gas adalah
A. 0.6 Pa
B. 0.5 Pa
C. 0.4 Pa
D. 0.3 Pa
E. 0.2 Pa
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:D
Tekanan total muncul akibat jumlah molekul total yang menumbuk dinding gas dan partikel gas lainnya ketika kedua gas digabung. Ini artinya jumlah molekul total sama dengan jumlah molekul satu dengan molekul dua.\begin{align*}N_{T}&=N_{1}+N_{2}\\\left (\frac{pV}{kT} \right )_{T}&=\left (\frac{pV}{kT} \right )_{1}+\left (\frac{pV}{kT} \right )_{2}\\ p_{T}V_{T}&=p_{1}V_{1}+p_{2}V_{2} \\p_{1}&=\frac{(0.8)(3.10^{4})-(0.6)(3.10^{4})}{2.10^{4}}Pa\\p_1&=0.3Pa\end{align*}
32: Radioisotop unsur Uranium-235 dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor nuklir untuk menghasilkan energi dalam jumlah yang besar.
SEBAB
Ketika ditembak oleh neutron lambat, inti uranium menghasilkan dua buah inti baru yang lebih ringan.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:B
Dalam reaktor nuklir PLTN biasanya Uraniun-235 ditembaki dengan neutron lambat sehingga terjadi rekasi fisi (pemecahan dari partikel inti berat ke ringan). Saat rekasi fisi berlangsung terjadi pelepasan energi yang besar akibat terjadi reaksi berantai yang banyak. Secara persamaan reaksi dituliskan \begin{align*}n+_{235}^{92}\textrm{U}\rightarrow _{140}^{54}\textrm{Xe}+_{94}^{38}\textrm{Sr}+2n+Q\end{align*} Q dalam persamaan rekasi di atas merupakan energi yang dilepas saat reaksi berlangsung. Inti disebelah kanan sebagai produk reaksi memiliki massa yang lebih ringan dibandingkan inti asal U-235 yang ditembaki elektron.
33: Dalam suatu rangkain seri RL, apabila beda potensial pada ujung-ujung resistor dan induktor sama, arus akan tertinggal terhadap tegangan dengan sudut fase 45 derajat. SEBAB Hambatan total dalam rangkaian seri RL merupakan akar dari penjumlahan kuadrat antara hambatan resistor dan reaktansi induktif induktor.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun: B
Karena dalam rangkaian RLC fase antara arus dan tegangan ditentukan nilai rekatansi induktif (XL) dan reaktansi kapasitif (XC).
Dalam hal ini rangkaian hanya memiliki rektansi induktif karena hanya teridri dari induktor dan resistor, sehingga jelas fase arus akan ketinggalan dari tegangan. Berapa derajat nilainya, dapat dihitung sebagai berikut:\begin{align*}\tan \theta &=\frac{V_{L}-V_{C}}{V_{R}}\\\tan \theta &=\frac{V_{L}}{V_{R}}=1\\\theta &=45^{o}\end{align*} Hambatan total rangkaian yang disebut sebagai impedansi (Z) merupakan akar dari penjumlahan kuadrat dari hambatan dengan rekatansi induktif karena reaktansi kapasitif bernilai nol. \begin{align*} Z&=\sqrt{R^{2}+(X_{L}^{2}-X_{C}^{2})}\\Z&=\sqrt{R^{2}+X_{L}^{2}}\end{align*}
34: Suatu proses melibatkan dua moal gas diatomik. Proses yang dilakukan pada volume konstan terhadap gas menyebabkan terjadinya kenaikan suhu gas dari 200K menjadi 600K. Kalor yang diserap pada proses isokhorik ini sebesar 1000nR.
Kemudian terjadi ekspansi dengan menjaga suhu gas tetap dan tekanan mengalami penurunan hingga nilai awalnyatercapai kembali. Kalor yang diserap pada proses isotermal ini sebesar 600nRln3. Setelah itu proses berulang secara isobarik. Pernyataan berikut yang benar adalah
35: Diagram pita energi di bawah ini menunjukkan karakteristik atom sodium.
Berdasarkan diagram diatas dapat dilihat bahwa
Pada pita tertinggi (3s) sebagian terisi elektron dan sebagian kosong, ini menunjukkan karakteristik dari sebuah konduktor. Pada temperature tertentu elektron dapat loncat ke pita tertinggi karena ada penyerapan energi dari luar dalam bentuk energi listrik. Karena celah pita energi yang besar dan pada tingkat tertinggi terdapat ruang kosong, elektron pada pita tertinggi dapat melakukan transisi dengan bebas.
36: Seseorang yang terjun bebas dari ketinggian 100 meter mendengar suara peluit yang berasal dari dasar jurang, maka orang tersebut
Permasalahan ini merupakan konsep efek doppler. Karena pendengar mendekati sumber maka frekuensi yang didengar akan semakin tinggi dan lebih tinggi dibandingkan dengan frekuensi sumber peluit asal.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:B
Dalam reaktor nuklir PLTN biasanya Uraniun-235 ditembaki dengan neutron lambat sehingga terjadi rekasi fisi (pemecahan dari partikel inti berat ke ringan). Saat rekasi fisi berlangsung terjadi pelepasan energi yang besar akibat terjadi reaksi berantai yang banyak. Secara persamaan reaksi dituliskan \begin{align*}n+_{235}^{92}\textrm{U}\rightarrow _{140}^{54}\textrm{Xe}+_{94}^{38}\textrm{Sr}+2n+Q\end{align*} Q dalam persamaan rekasi di atas merupakan energi yang dilepas saat reaksi berlangsung. Inti disebelah kanan sebagai produk reaksi memiliki massa yang lebih ringan dibandingkan inti asal U-235 yang ditembaki elektron.
33: Dalam suatu rangkain seri RL, apabila beda potensial pada ujung-ujung resistor dan induktor sama, arus akan tertinggal terhadap tegangan dengan sudut fase 45 derajat. SEBAB Hambatan total dalam rangkaian seri RL merupakan akar dari penjumlahan kuadrat antara hambatan resistor dan reaktansi induktif induktor.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun: B
Karena dalam rangkaian RLC fase antara arus dan tegangan ditentukan nilai rekatansi induktif (XL) dan reaktansi kapasitif (XC).
Dalam hal ini rangkaian hanya memiliki rektansi induktif karena hanya teridri dari induktor dan resistor, sehingga jelas fase arus akan ketinggalan dari tegangan. Berapa derajat nilainya, dapat dihitung sebagai berikut:\begin{align*}\tan \theta &=\frac{V_{L}-V_{C}}{V_{R}}\\\tan \theta &=\frac{V_{L}}{V_{R}}=1\\\theta &=45^{o}\end{align*} Hambatan total rangkaian yang disebut sebagai impedansi (Z) merupakan akar dari penjumlahan kuadrat dari hambatan dengan rekatansi induktif karena reaktansi kapasitif bernilai nol. \begin{align*} Z&=\sqrt{R^{2}+(X_{L}^{2}-X_{C}^{2})}\\Z&=\sqrt{R^{2}+X_{L}^{2}}\end{align*}
34: Suatu proses melibatkan dua moal gas diatomik. Proses yang dilakukan pada volume konstan terhadap gas menyebabkan terjadinya kenaikan suhu gas dari 200K menjadi 600K. Kalor yang diserap pada proses isokhorik ini sebesar 1000nR.
Kemudian terjadi ekspansi dengan menjaga suhu gas tetap dan tekanan mengalami penurunan hingga nilai awalnyatercapai kembali. Kalor yang diserap pada proses isotermal ini sebesar 600nRln3. Setelah itu proses berulang secara isobarik. Pernyataan berikut yang benar adalah
- Terjadi kerja sebagai perubahan energi dalam pada proses (2-3).
- Kalor yang diserap sistem berasal dari proses isokhorik dan ekspansi termal.
- Kerja total siklus adalah penjumlahan dari kerja isobarik dan kerja isotermal.
- Rasio kompresi harus diperkecil agar efisiensi siklus bisa bertambah.
- Proses 2-3) disebut proses isotermal, dalam proses ini perubahan energi dalam selalu nol. Ini artinya bahwa kerja yang dilakukan pada proses ini bukan sebagai perubahan energi dalam melainkan sama dengan kalor yang diserap sistem dari lingkungan.
- Proses (1-2) merupakan proses isokhorik, pada proses ini diserap kalor karena tekanan gas ingin naik, sehingga salah satu caranya adalah menyerap kalor dari lingkugan. Selain proses (1-2) proses, proses penterapan kalor dilakukan pada proses (2-3) atau isotermal, sebagai indikasinya pada proses ini mengalami pemuaian volume, yang menunjukkan bahwa ssitem harus menyerap kalor.
- Kerja total siklus merupakan pengurangan kerja isotermal oleh isobarik, karena pada proses isobarik terjadi pemampatan volume yang menunjukkan bahwa kerja pada proses ini bernilai negatif. Rasio kompresi merupakan perbandingan antara volume akhir terhadap volume awal pada proses kompresi (3-1).
- Semakin kecil nilai rasion ini maka usaha dalam proses (3-1) semakin kecil pula. Karena usaha ini bernilai negatif, mengecilnya usaha ini akan mempengaruhi kerja total yang semakin besar pada proses (2-3) dan ini mengakibatkan efisiensi sistem atau siklus akan bertambah.
35: Diagram pita energi di bawah ini menunjukkan karakteristik atom sodium.
Berdasarkan diagram diatas dapat dilihat bahwa
- Sodium merupakan konduktor yang baik
- Elektron tidak dapat menempati pita tertinggi
- Pita energinya tertinggi hanya terisi sebagian
- Celah pita energinya besar sehingga elektron dapat bebas mengalir
Pada pita tertinggi (3s) sebagian terisi elektron dan sebagian kosong, ini menunjukkan karakteristik dari sebuah konduktor. Pada temperature tertentu elektron dapat loncat ke pita tertinggi karena ada penyerapan energi dari luar dalam bentuk energi listrik. Karena celah pita energi yang besar dan pada tingkat tertinggi terdapat ruang kosong, elektron pada pita tertinggi dapat melakukan transisi dengan bebas.
36: Seseorang yang terjun bebas dari ketinggian 100 meter mendengar suara peluit yang berasal dari dasar jurang, maka orang tersebut
- Mendengar suara peluit dengan frekuensi lebih rendah
- Mendengar suara peluit dengan frekuensi lebih tinggi.
- Mendengar suara peluit dengan frekuensi semakin rendah
- Mendengar suara peluit dengan frekuensi semakin tinggi.
Permasalahan ini merupakan konsep efek doppler. Karena pendengar mendekati sumber maka frekuensi yang didengar akan semakin tinggi dan lebih tinggi dibandingkan dengan frekuensi sumber peluit asal.
kembali ke: Soal - Jawab Fisika SIMAK UI - Ternyata Budah saja bagian 1
