17 SOAL PENYELESAIAN SBMPTN FISIKA MODEREN DAN RADIOAKTIF

Soal Dan Penyelesaian Fisika SMA - Fisika Modern mulai dikenalkan sejak SMA, khususnya di kelas XII, mencakup sup topik:
1. Teori Relativitas Khusus
2. Teori Kuantum
3. Struktur Atom dan Molekul
4. Fisika Zat Padat

Fisika modern adalah suatu upaya untuk memahami segala proses inti interaksi materi yang mempergunakan perangkat-perangkat sains dan rekayasa. Fisika modern mengimplikasi bahwa penjelasan dari abad ke-19 terhadap suatu fenomena tidaklah cukup untuk menjelaskan alam yang teramati oleh perangkat-perangkat modern.

Sekarang kita bahas soal-soal yang menyangkut topik Fisika Moderen yang pernah di ujikan di SBMPTN (sekarang ujian UTBK).

17 SOAL PENYELESAIAN  SBMPTN FISIKA MODEREN DAN RADIOAKTIF

---

01. Dua benda bergerak dengan kecepatan masing-masing ½c dan ¼c, dengan arah yang berlawanan. Jika c adalah kecepatan cahaya, maka kecepatan benda pertama terhadap benda kedua sebesar ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\v=\frac{v_{1}+v_{2}}{1+\frac{v_{1}.v_{2}}{c^{2}}}\\v=\frac{0,5c+0,25c}{1+\frac{0,5c.0,25c}{c^{2}}}\\v=0,666c$$

---

02. Jika c adalah laju cahaya di udara, maka agar massa benda bergerak menjadi 125% massa diamnya, benda harus bergerak pada kelajuan ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\m=\frac{m_{o}}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}\\v=c\sqrt{1-(\frac{m_{o}}{m})^{2}}\\v=c\sqrt{1-(\frac{m_{o}}{1,25m_{o}})^{2}}\\v=c\sqrt{1-(\frac{4}{5})^{2}}\\v=0,6c$$

---

03. Sebuah pesawat rung angkasa yang panjangnya 6 m bergerak dengan kecepatan 2,7 x 10⁸ m/s. Panjang pesawat menurut pengamat yang diam di bumi adalah ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\L=L_{o}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}\\L=6\sqrt{1-(\frac{2,7.10^{8}}{3.10^{8}})^{2}}\\L=2,6\: m$$

---

04. Sebuah pesawat memiliki panjang 95 m saat diam di bumi. Ketika pesawat bergerak dengan kecepatan v, menurut pengamat dibumi panjang pesawat adalah 76 m. Besar kecepatan v adalah...
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\\\L=L_{o}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}\\v=c\sqrt{1-(\frac{L}{L_{o}})^{2}}\\v=c\sqrt{1-(\frac{76}{95})^{2}}\\v=0,6c$$

---

05. Batang yang panjangnya 1 m menjadi 50 cm bila diukur oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan batang tersebut. Kecepatan pengamat adalah...(c = kecepatan cahaya).
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\\\L=L_{o}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}\\v=c\sqrt{1-(\frac{L}{L_{o}})^{2}}\\v=c\sqrt{1-(\frac{0,5L_{o}}{L{o}})^{2}}\\v=c\sqrt{\frac{3}{4}}\\v=0,5\sqrt{3}\: c$$

---

06. Seorang astronot mengamati sebuah pesawat luar angkasa yang berada dalam keadaan diam relatif terhadapnya mempunyai penampang berbentuk lingkaran dengan jari-jari R. Apabila kemudian pesawat angkasa tersebut bergerak mendekati astronot dengan kelajuan relatif 0,8 c maka penampang akan berbentuk...
A. lingkaran dengan jari-jari < R.
B. lingkaran dengan jari-jari = R
C. oval dengan diameter kecil < R dan diameter besar = R.
D. oval dengan diameter besar > R dan diameter kecil = R.
E. lingkaran dengan jari-jari > R
Jawaban Fisika Pak Dimpun
Pesawat angkasa tersebut bergerak mendekati astronot, berarti arah gerak tegaklurus dengan pengamat, sehingga bentuk dan ukuran pesawat tidak berubah. (B)

---

07. Sebuah kubus memiliki volume sejati 1000 cm³ . Volume kubus tersebut menurut seorang pengamat yang bergerak dengan kecepatan 0,8 c relatif terhadap kubus dalam arah sejajar salah satu rusuknya adalah...
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\V=V_{o}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}\\V=1000\sqrt{1-\left (\frac{0,8c}{c} \right )^{2}}\\V=600\: cm^{3}$$

---

08.Panjang gelombang energi radiasi maksimum suatu materi yang bersuhu 25^oC (Konstanta Wien = 2,98 x 10^-3 m K) adalah ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\\lambda .T=c\\\lambda =\frac{c}{T}\\\lambda =\frac{2,98.10^{-3}}{25+273}\\\lambda =10^{-5}\: m$$

---

09. Setiap detik sekitar 4 x 10⁹ kg zat berubah menjadi energi pada permukaan mathari, maka besarnya daya yang dipancarkan matahari kira-kira sama dengan .....
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\P=\frac{E}{t}=\frac{mc^2}{t}\\P=\frac{4.10^{9}.\left (3.10^{8} \right )^2}{1}\\P=3,6.10^{28}\: W$$

---

10. Logam yang luas seluruh permukaannya 200 cm² dipanaskan hingga 1000 K. Jika emisivitas e = 1 dan σ = 5,67 x 10^-8 Watt/m² K⁴, maka daya diperlukan untuk memanaskan  seluruh permukaan logam adalah....
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\\\P=e\sigma T^{4}A\\P=e\sigma T^{4}A\\P=1\times 5,67.10^{-8}(1000)^{4}.200\times 10^{-4}\\P=1134\: W$$

---

11. Jika R = 1,097 x 10⁷ m^-1, maka panjang gelombang terbesar dari deret Balmer adalah....
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\\frac{1}{\lambda }=R\left ( \frac{1}{n_{1}^{2}} -\frac{1}{n_{2}^{2}}\right )\\\frac{1}{\lambda }=1,097\times 10^{7}\left ( \frac{1}{2^{2}} -\frac{1}{3^{2}}\right )\\\frac{1}{\lambda }=1,097\times 10^{7}\left ( \frac{5}{36} \right )\\\lambda =6,605\times 10^{-7}=6605A^{o}$$

---

12. Suatu partikel pion dalam keadaan tertentu dapat musnah menghasilkan dua foton identik dengan panjang gelombang λ. Bila massa partikel pion adalah m, h = tetapan Planck, dan c = kelajuan cahaya, maka λ dinyatakan dalam m, c, h berbentuk...

Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\E_{o\: pion}=2 E_{foton} \\mc^{2} = 2 \frac{hc}{\lambda }\\\lambda =\frac{2h}{m.c}$$

---

13. Positron dan elektron dapat menghasilkan suatu foton berenergi hf, dengan h = tetapan Planck dan f adalah frekuensi foton. Bila positron dan elektron mempunyai massa yang sama besar (m) dan c kelajuan cahaya, maka besar energi kinetik total positron dan elektron pada proses pembentukan mereka adalah..
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\E_{f}=E_{p}+E_{e}\\hf = (E_{o} +E_{k})_{p}+(E_{o} +E_{k})_{e} \\hf = 2E_{o} + E_{kp} + E_{ke}\\ hf = 2m_{o}c^{2} + E_{ktotal}\\ E_{Ktotal} = hf - 2m_{o}c^{2}$$

---

14.Suatu zat radioaktif bergerak dengan laju 0,8 c terhadap pengamat yang diam. Pengamat mencatat perubahan zat radioaktif menjadi setengahnya ketika jarak yang ditempuhnya 800 m. Waktu paruh zat radioaktif itu adalah,,,
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\L=L_{o}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}\\L=800\sqrt{1-(\frac{0,8c}{c})^{2}}\\L=480\: m$$ $$\\\Delta t=\frac{L}{v}\\\Delta t=\frac{480}{0,8\times 3\times 10^{8}}\\\Delta t=2.10^{-6}\, s$$

---

15. Suatu zat radioaktif mempunyai waktu paruh 8 tahun. Pada suatu saat 7/8 bagian dari jumlah zat itu telah meluruh. Hal ini terjadi setelah ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun
$$\\m=m_{o}\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{t}{T_{\frac{1}{2}}}}\\\frac{1}{8}m_{o}=m_{o}\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{t}{8}}\\\left (\frac{1}{2} \right )^{3}=\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{t}{8}}\\t=24\: tahun$$

---

16. Gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang terkecil adalah .....
A. Gelombang radio
B. Sinar infrared
C. Sinar ultraviolet
D. Sinar Gamma
E. Sinar-X
Jawaban Fisika Pak Dimpun
Gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang terkecil adalah sinar Gamma

---

17. Berikut ini pernyataan tentang gelombang elektromagnetik :
1. Tidak merambat melalui ruang hampa
2. Besar cepat rambatnya seperti cahaya
3. Bermuatan listrik
4. Dihasilkan dari medan magnet dan medan listrik
Pernyataan yang benar adalah ....
A. 1, 2, 3, dan 4
B. 1, 2, dan 3
C. 1 dan 2 saja
D. 2 dan 4 saja
E. 4 saja
Jawaban Fisika Pak Dimpun
Pernyataan tentang gelombang elektromagnetik :
2. Besar cepat rambatnya seperti cahaya
4. Dihasilkan dari medan magnet dan medan listrik