SOAL DAN PENYELESAIAN UJIAN FISIKA SEMESTER GANJIL KELAS 12

Soal Dan Penyelesaian Fisika SMA- Mari kita belajar beberapa soal dari materi kelas 12IPA tentang arus searah (rangkaian resistor), Gaya Coulomb, Medan Magnet dan GGL Induksi dan gaya Lorentz yang "sebenarnya tidak sulit" tetapi mungkin bagi sebagian orang sedikiiiiiiit menantang. 

Semoga penjelasan ini memuaskan, walaupun kami tau teman-teman semua tidak akan pernah terpuaskan.

SOAL DAN PENYELESAIAN UJIAN FISIKA SEMESTER GANJIL KELAS 12

---

1. Sepuluh buah hambatan identik masing-masing sebesar 10 Ω disusun seperti gambar berikut!
Tentukan hambatan pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar rangkaian tersebut.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:

• R₂ dan R₃ seri; $$\begin{align*} R_{23} &=R_2+R_3\\\ R_{23} &=10+10=20\Omega\end{align*}$$
• R₄, R₅ dan R₆ seri; $$\begin{align*} R_{46} &=R_4+R_5+R_6\\\small R_{46} &=10+10+10=30\Omega\end{align*}$$
• R₇, R₈ , R₉ dan R₁₀ seri: $$\begin{align*} R_{710} &=R_7+R_8+R_9+R_{10}\\ R_{710} &=10+10+10+10=40\Omega\end{align*}$$
• R₁, R₂₃, R₄₆ dan R₇₁₀ paralel: $$\begin{align*}\frac{1}{R} &=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_{23}}+\frac{1}{R_{46}}+\frac{1}{R_{710}}\\ \frac{1}{R} &=\frac{1}{10}+\frac{1}{20}+\frac{1}{30}+\frac{1}{40}\\ \frac{1}{R} &=\frac{12}{120}+\frac{6}{120}+\frac{4}{120}+\frac{3}{120}\\ \frac{1}{R} &=\frac{25}{120}\\R&=\frac{120}{25}=4,8\Omega\end{align*}$$

---

2. Dua kawat A dan B dialiri arus listrik I₁ dan I₂ masing-masing sebesar 2 A dan 3 A dengan arah keluar bidang baca. Tentukan besar dan arah kuat medan magnet di titik C yang membentuk segitiga sama sisi dengan titik A dan B

Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Menghitung B₁ $$\begin{align*}B_1&=\frac{\mu _oI_1}{2\pi a_1}\\B_1&=\frac{4\pi .10^{-7}.2}{2\pi .2}\\B_1&= 2.10^{-7}T\end{align*}$$ Menghitung B₂ $$\begin{align*}B_2&=\frac{\mu _oI_2}{2\pi a_2}\\B_2&=\frac{4\pi .10^{-7}.3}{2\pi .2}\\B_2&= 3.10^{-7}T\end{align*}$$ Karena di soal diminta arah Medan Magnet, maka kita hitung dengan menguraikan medan magnetnya pada sumbu - x dan sumbu - y:

Medan Magnet pada sumbu -x: $$\begin{align*}\Sigma B_{x}&=\small B_{2x}=B_{2}\cos 30\\\Sigma B_{x}&=3.10^{-7}.0,5\sqrt{3}\\\Sigma B_{x}&=1,5\sqrt{3}.10^{-7}T\end{align*}$$ Medan Magnet pada sumbu -y: $$\begin{align*}\Sigma B_{y}&=B_{2y}+B_{1}\\\Sigma B_{y}&=\small B_{2}\sin 30+B_{1}\\\Sigma B_{y}&=3.10^{-7}.0,5+2.10^{-7}\\\Sigma B_{y}&=3,5.10^{-7}T\end{align*}$$ Medan Magnet di C: $$\begin{align*}B&=\sqrt{B_{x}^{2}+B_{y}^{2}}\\B&= \sqrt{(1,5\sqrt{3})^{2}+(3,5)^{2}}\, .10^{-7}\\B&= \sqrt{19}\, .10^{-7}T\end{align*}$$ Arah Vektor Medan Magnet: $$\begin{align*}\tan \theta &=\frac{\Sigma B_{y}}{\Sigma B_{x}} \\\tan \theta &=\frac{3,5.10^{-7}}{1,5\sqrt{3}.10^{-7}}\\\tan \theta &=1,347 \\ \theta &=53,4^{o}\end{align*}$$

---

3. Muatan listrik +q₁ = 10 μC ; +q₂= 20 μC dan q₃ terpisah di udara seperti pada gambar.

Agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q₂ = nol maka muatan q₃ adalah....
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:

Agar gaya pada Q2 bernilai Nol, maka: $$\begin{align*} F_{12}&=F_{23}\\ k\frac{Q_{1}.Q_{2}}{R_{12}^{2}}&=k\frac{Q_{2}.Q_{3}}{R_{23}^{2}} \\\frac{Q_{1}}{R_{12}^{2}}&=\frac{Q_{3}}{R_{23}^{2}} \\\frac{10\mu }{a^{2}}&=\frac{Q_{3}}{(0,5a)^{2}} \\Q_{3}&=2,5\mu C\end{align*}$$

---

4. Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar. Tentukan:

• besar GGL induksi
• kuat arus pada PQ
• Arah arus pada PQ
• Potensial lebih tinggi antara P dan Q
• Besar Gaya Lorentz pada PQ.
• Arah gaya Lorentz pada PQ
• Daya listrik pada PQ
• Pertanyaan paling sulit: siapakah yang buat soal ini?

Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:

• besar GGL induksi $$\begin{align*}\varepsilon &=Blv\sin 90\\\varepsilon &=0,02\cdot 0,5\cdot 2\cdot 1\\\varepsilon &=0,02V\end{align*}$$
• kuat arus pada PQ $$\begin{align*}i&=\frac{\varepsilon }{R}\\i&=\frac{0,02}{0,02}=1A\end{align*}$$
• Arah arus pada PQ, dengan kaidah tangan kanan diperoleh arus dari P ke Q.

Jempol = arah arus (i)
Telunjuk = arah kecepatan (v)
Jari tengah = arah medan magnet (B)

• Potensial lebih tinggi antara P dan Q; karena arus mengalir dari P ke Q, maka potensial paling tinggi ada di P.
• Besar Gaya Lorentz pada PQ:  $$\begin{align*}  F&=Bil\sin 90\\F&=0,02.1.0,5.1\\F&=0,01N\end{align*}$$
• Arah gaya Lorentz pada PQ berlawanan dengan kecepatan arah gerak PQ yaitu ke kiri.
• Daya pada PQ;   $$\begin{align*} P&=i^{2}R\\P&=1^{2}.0,02\\P&=0,02\text{ Watt}\end{align*}$$
• Yang buat soal ini adalah panitia ujian nasional, lalu dimodifikasi oleh anak manusia yang lain.

---

5. Resistor dengan hambatan 8 Ohm, induktor dengan reaktansi induktif 22 Ohm dan kapasitor dengan reaktansi kapasitif 16 Ohm dirangkai seri dan dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik dengan tegangan efektif 200Volt. Tentukan:
a. Sifat rangkaian
b. Impedansi
c. Kuat arus
d. Tegangan pada R,L dan C
e. Faktor Daya
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
a.Sifat rangkaian:  $$\begin{align*} &X_{L}>X_{C}\\&\Rightarrow \text{Rangkaian bersifat Induktif}\end{align*}$$  b. Impedansi: $$\begin{align*}Z&=\sqrt{R^{2}+(X_{L}-X_{C})^{2}}\\Z&=\sqrt{8^{2}+(22-16)^{2}}\\Z&=10\Omega\end{align*}$$ c. Kuat arus: $$\begin{align*} i&=\frac{V}{Z}=\frac{200}{10}\\i&=20A\end{align*}$$ d. Tegangan pada R,L dan C: $$\begin{align*}\cdot V_{R}&=i.R\\V_R&=20.8=160V\\\cdot  V_{L}&=i.X_{L}\\V_L&=20.22=440V\\ \cdot V_{C}&=i.X_{C}\\V_C&=20.16=320V\end{align*}$$ e. Faktor Daya: $$\begin{align*}\cos \Phi& =\frac{R}{Z}\\\cos \Phi &=\frac{8}{10}\\\cos \Phi &=0,8=80\%\end{align*}$$

---

Soal yang Kamu cari mungkin di sini: Soal dan Penyelesaian Fisika

---