kategori teori seleksi tingkat provinsi osn … · dalam rumah 25°c. energi mengalir melalui...

BIDANG

FISIKA

KATEGORI TEORI

SELEKSI TINGKAT PROVINSI

OSN PERTAMINA 2014

PETUNJUK PENGERJAAN

1. Tuliskan secara lengkap identitas Anda di Lembar Jawab

Komputer (LJK): Nama Lengkap, Nomor Ujian, dan Data

lainnya.

2. Ujian seleksi tingkat propinsi kategori teori terdiri dari 40 soal

pilihan ganda.

3. Penilaian setiap nomor soal:

a. Jawaban yang benar mendapatkan nilai 4 (plus empat),

b. Jawaban yang salah mendapatkaan nilai -1 (minus satu),

c. Tidak menjawab soal mendapatkan nilai 0 (nol).

4. Waktu ujian adalah 120 menit.

5. Gunakan pensil 2B untuk mengisi jawaban pada lembar LJK.

6. Semua jawaban harus ditulis di lembar LJK yang tersedia.

7. Peserta boleh bekerja bila sudah ada tanda “mulai” dari Pengawas.

8. Peserta harus segera berhenti bekerja bila ada tanda “berhenti” dari Pengawas.

9. Peserta tidak diperkenankan meninggalkan ruang ujian sebelum

waktu ujian berakhir.

10. Letakkan lembar jawaban di atas meja dan segera meninggalkan

ruangan.

11. Tidak diperkenankan menggunakan kalkulator.

OSN Pertamina 2014 Hal : 1/13

Pilihlah jawaban yang tepat dari soal berikut !

1. Suatu bahan memiliki kalor jenis C J/kg °C dan kalor lebur L J/kg.

Pada temperatur 27°C, 300 gr bahan tersebut melebur secara

reversibel. Perubahan entropi bahan tersebut sebesar … .

A. 3,00 × 10-1

L J/K B. 1,00 × 10-3

L J/K. C. 1,11 × 10-2

L J/K

D. 3,00 × 10-1

C(T2-T1) J/K. E. 9,00 × 101 L J/K.

2. Di pagi yang dingin temperatur udara di luar rumah 15°C dan di

dalam rumah 25°C. Energi mengalir melalui jendela kaca dengan

konduktivitas termal 1,0 W/mK, ketebalan 5,0 mm, dan luas 0,6

m2. Laju perubahan energi di dalam rumah … .

A. -1,2 × 103 W B. +1,2 × 10

3 W. C. -1,2 × 10

3 J.

D. +1,2 × 103 J. E. 0

3. Sebuah sistem katrol yang

dihubungkan dengan tali ditunjukkan

pada gambar di samping. Kedua

katrol dianggap sangat licin. Massa

tali dan katrol dapat diabaikan. Massa

balok pertama adalah 25 kg dan

massa balok kedua 8 kg. Antara

balok pertama dan lantai terdapat

gesekan, dengan koefisien gesek

statik 0,5 dan koefisien gesek kinetik

0,2. Besar gaya gesek antara balok

pertama dan lantai adalah … .

A. 135 N B. 125 N C. 80 N

D. 50 N E. 40 N

4. Sebuah simpal konduktor

berbentuk lingkaran dengan

radius R berotasi dengan

kecepatan angular ω dalam

suatu daerah medan magnet

homogen B seperti terlihat pada


gambar. Jika tegangan induksi yang dihasilkan dalam simpal

tersebut 0 sinωV t , maka kecepatan angular ω loop tersebut adalah

…

5. Sistem gas ideal monoatomik berada dalam wadah bertemperatur

27°C dan tekanan 1,0 × 105 Pa. Energi kinetik rata-rata molekul gas

tersebut adalah ...

A. 2,07 × 10-21

J. B. 6,21 × 10-23

J. C. 6,21 × 10-21

J.

D. 2,07 × 10-23

J. E. 0

6. Pada sebuah eksperimen, Andi menggunakan bahan bermassa 10,0

gr. Setelah dipanaskan dengan pemanas berdaya 10 W dalam waktu

satu menit, temperatur bahan berubah dari 27°C menjadi 57°C.

Andi memperoleh kalor jenis bahan tersebut sebesar …

A. 400 eV/kg°C. B. 200 kal/kg°C C. 200 J/kg°C.

D. 33,3 W/kg°C E. 2,0 × 103 J/kg°C.

Kerjakanlah soal nomor 7 s.d. 9 berdasarkan keterangan berikut. Sebuah sistem terdiri dari lima elektron. Semua interaksi yang

dialami oleh tiap elektron dalam sistem tersebut direpresentasikan

oleh sebuah potensial efektif, yang bentuknya sebagai berikut:

axx

axbxV

dan0,

0,.

7. Jika massa elektron dinyatakan dengan m, maka energi rata-rata

elektron di sistem adalah … .

A. 2 2

22b

ma

B. 2 2

22ma

C.

2 2

2

19

10b

ma

A. 0V R

B B. 02 V

R

C. 0

2

V

BR

D. 2

0

2

V

BR E.

1 0tanV

BR


D. 2 2

2

19

10ma

E.

2 2 2

2

19

10

b

ma

.

8. Jika 1 , nilai spin terkecil yang mungkin di sistem itu adalah … .

A. 0 B. 1/2 C. 1

D. 3/2 E. 2

9. Anggap semua elektron dalam sistem itu berada pada keadaan spin-

up dan nilai momentum angular orbital sistem itu 1 (di sini

digunakan 1 ). Jika sistem itu berada pada keadaan dengan nilai

momentum angular total terkecil yang mungkin, maka operator

spin-orbit, yaitu SL , memberikan nilai … .

A. 2,5 B. 2,125 C. -2,5

D. -3,5 E. -3,825

10. Suatu partikel fermion dapat mempunyai tiga tingkat energi dengan

nilai masing-masing 0 eV, 1 eV, dan 2 eV. Untuk sistem yang

berisi dua partikel tersebut pada temperatur T, fungsi partisi

dinyatakan dengan .... (kT

1 dalam (eV)-1

)

A. 31 e

B. 432 221 eeee

C. 2/1 ee

D. 32 eee

E. 4321 eeee

11. Rapat massa emas (79Au197

) adalah 19,32 g/cm3. Sebuah lembaran

tipis emas setebal 0,1 µm mengandung atom emas per cm2

sebanyak … . (Bilangan Avogadro = 6,022 × 1023

mol-1

.)

A. 6,10×1019

B. 6,10×1017

C. 6,84 × 1018

D. 5,91 × 1017

E. 5,91 × 1015


12. Diketahui rasio jumlah atom C14

terhadap jumlah atom C12

di alam

adalah 1:1012

. Radioisotop C14

meluruh dengan waktu paruh 5730

tahun. Jika sampel dari sebuah fosil menunjukkan aktivitas

radioisotop C14

sebesar 0,29 Bq dan mengandung isotop C12

sebanyak 12 gram, berarti umur fosil tersebut … . (Bilangan Avogadro = 6,022 × 10

23 mol

-1, ln 2 = 0,693, 1 tahun = 31,536 ×

106 detik.)

A. antara 18 juta sampai 19 juta tahun

B. antara 17 juta sampai 18 juta tahun

C. antara 16 juta sampai 17 juta tahun

D. antara 15 juta sampai 16 juta tahun

E. antara 14 juta sampai 15 juta tahun

13. Sebuah silinder konduktor yang sangat panjang (radius R) dialiri

arus I dengan rapat arus ,RJ adalah konstanta. Medan

magnet B pada jarak r ( Rr ) dari pusat sumbu silinder adalah ….

A. 2

02

1r B.

20

3

1r

C. 20r

D. r

R3

02

1 E. r

R3

03

1

14. Seberkas elektron dipercepat dengan beda potensial 10 kV, lalu

diarahkan ke suatu target logam. Sinar-X yang keluar dengan

frekuensi tertinggi diarahkan ke suatu bahan kristal. Sinar-X

terhambur ke arah 60° relatif terhadap arah datang dan

menimbulkan pola terang pertama. Jarak bidang Bragg pada bahan

tersebut adalah … .

A. 0,31 angstrom B. 0,45 angstrom C. 0,62 angstrom

D. 0,96 angstrom E. 1,24 angstrom


15. Sebuah bola beradius R, memiliki rapat muatan yang sebanding

dengan kuadrat jarak dari pusat bola, yaitu 2AR , A adalah

konstanta. Medan listrik pada jarak R/2 dari pusat bola adalah ….

A. 04

A B.

0

3

4AR

C. 0

3

24AR

D. 0

3

5AR

E. 0

3

3AR

16. Sebuah partikel yang massa diamnya 0,5200 MeV bergerak di

dalam pipa yang panjangnya 80,00 cm, menurut pengamat di

laboratorium. Energi total partikel itu 0,8125 MeV. Menurut

pengamat di laboratorium partikel itu bergerak di sepanjang pipa

selama waktu T. Jika diamati menurut kerangka acuan partikel itu,

lama waktu tempuh partikel adalah … .

A. 0,6400 T B. 1,2800 T C. 1,5625 T

D. 1,6125 T E. 1,8250 T

Kerjakanlah soal nomor 17 dan 18 berdasarkan keterangan

berikut.

Seekor burung, massa 1,0 kg, berusaha menangkap ikan di laut.

Dari ketinggian 40 m, burung tersebut menukik turun dengan laju

awal 12 m/det sedemikian hingga menyentuh permukaan air secara

tegak lurus dengan laju 30 m/s. Diperlukan waktu 10-3

detik agar

seluruh tubuh burung masuk ke dalam air. Kemudian burung

bergerak lurus dengan laju 8,0 m/s ke bawah. Sejauh 10 m tepat di

bawah burung seekor lumba-lumba sedang bergerak vertikal ke

atas dengan laju 12 m/s sambil mengeluarkan suara dengan

frekuensi 21 kHz (kecepatan suara di air laut 1512 m/s).

17. Saat menukik turun, burung mengalami gaya gesek udara dan saat

menembus permukaan laut juga mengalami gaya karena air laut.

Besar kedua gaya tersebut berturut-turut adalah... .

A. 9,5 N dan 9,8 N D. 4,9 N dan 8,0 × 101 N.

B. 9,8 N dan 3,0 × 103 N. E. 3,5 N dan 7,7 × 104 N.

C. 0,35 N dan 2,2 ×104 N.


18. Frekuensi suara lumba-lumba yang terdeteksi di detektor yang

ditempelkan di burung ... .

A. 22,1 Hz B. 21,6 Hz C. 20,1 Hz

D. 21,3 Hz E. 19,4 Hz

19. Sebuah benda titik berada di permukaan bumi bergerak dalam

lintasan parabola dengan persamaan 2axy , y adalah sumbu

vertikal. Lagrangian benda titik tersebut adalah… .

A. 21 11

2 4L m mgy

ay

y

B. 21 11

2 4L m mgy

ay

y

C. 21 11

2 4L m mgy

ax

x

D. 2 2 211 4

2L m a yx x mg

E. 2 21 1

2 2L m m mx gyy

20. Sebuah molekul terdiri dari 2 atom, yang masanya m1 dan m2. Jarak

antar kedua atom yaitu d. Molekul tersebut berotasi. Molekul itu

bertransisi dari tingkat energi rotasi j ke j-1, dengan j adalah

bilangan kuantum momentum angular. Molekul memancarkan

foton dengan frekuensi … .

A. 1 2

2

1 22

j m m

m m d

D.

221

21

dmm

mmj

B. 2

1 2

2

1 2

j m m

m m d

N. E.

1 2

2

1 2

1

2

j j m m

m m d

.

C. 1 2

2

1 2

j m m

m m d

.


21. Tentukan nilai rata-rata vektor Poynting gelombang

elektromagnetik terhadap waktu untuk fungsi gelombang berikut

0 0( , ) 2 cos cos , ( , ) 2 sin sin .y y

E x t E kx t B x t B kx t

A. 0

00BE

B. 0 0

0

4E B

C. kxBE

sin0

00

D. kxBE

2sin0

00 E. 0

22. Pada model Einstein, bahan padat dimodelkan dengan sekumpulan

fonon identik yang masing-masing dapat berenergi 0 atau .

Anggaplah, suatu bahan padat mempunyai 1000 fonon dan

berenergi total 998 di temperatur 90 K dan tekanan 1,0 × 105

Pa. Entropi bahan padat tersebut sebesar ... .

A. 499500lnk J/K.

B. 7920lnk J/K.

C. 1663200lnk J/K.

D. 330lnk J/K.

E. 4lnk J/K.

23. Sistem osilator harmonik mempunyai energi 1

2( )n eV,

dengan n = 0, 1, 2, 3, .... Pada temperatur T, energi sistem tersebut

dinyatakan dengan ... (kT dalam eV, kT

1 )

A. 1

2N eV.

B. 1

2 1e eV.

C. 1

2 1e eV.

D. 1

2 1e eV.

E. 1

2e

eV.


24. Sebuah cincin tipis non konduktor (radius R) bermuatan Q yang

terdistribusi homogen. Titik P terletak pada sumbu simetri (tegak

lurus bidang cincin) berjarak x dari pusat cincin. Potensial listrik di

titik P adalah ….

A. x

Q

04

B. 22

04 xR

Q

C. 2204 xR

Qx

D. 23

2204 xR

Qx

E. 2204 xR

QR

25. Sebuah bola berjejari R memiliki rapat massa ρ yang homogen.

Bola itu tidak pejal, melainkan di

dalamnya terdapat sebuah rongga

berbentuk bola, yang diameternya

½R. Posisi rongga ditunjukkan pada

gambar di samping. Jika G

menyatakan konstanta gravitasi

universal, maka besar medan

gravitasi bola tersebut di titik P

seperti ditunjukkan pada gambar oleh

panah putus-putus adalah … .

A. 1

3G R B.

2

3G R C.

5

6G R

D. 35

27G R

E. G R


26. Sebuah partikel bergerak dengan energi kinetik 250 MeV. Laju

partikel itu 0,6c (c = laju cahaya di vakum = 3 × 108 m/s). Massa

diam partikel itu setara dengan energi sebesar … MeV.

A. 1000 B. 1100 C. 1210

D. 1230 E. 1300

27. Sebuah kawat tembaga dengan radius R dan panjang L dialiri arus

listrik I yang terdistribusi homogen pada luas penampang

lintangnya. Besar energi magnetik yang tersimpan dalam kawat

tersebut adalah …

A. R

LI

2

220 B.

16

20 LI

C. 2

220

16 R

LI

D.

2

20 LI

E. 2

0

2 R

IL

28. Sebuah muatan titik q Coulomb diletakkan pada jarak d dari keping

konduktor berukuran sangat besar yang di-ground-kan. Kerapatan

muatan (C/m2) di permukaan konduktor pada jarak D dari

muatan tersebut adalah ….

A. 24 D

q

B. 32 d

qD

C. 2

5

2 D

dq

D. 32 D

qd

E. 3

04 d

qD

29. Gelombang elektromagnetik (e.m.) bidang merupakan superposisi

dari dua gelombang e.m. bidang yang saling orthogonal. Persamaan

gelombang tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: 1 2ˆ ˆexp expE i kE x yz t E i kz t . Setelah melewati

sebuah layar, kedua bagian gelombang mempunyai beda lintasan

optis sebesar k/2 . Intensitas rata-rata gelombang e.m. setelah

melewati layar adalah… . A.

22

21 EE B.

22

21 EE C. 221 EE

D. 221 EE E. 0


30. Sebuah kapasitor bola koaksial dengan radius dalam a dan radius

luar b tersusun seperti pada gambar. Ruang kapasitor diisi dengan

bahan dilektrik dengan permitivitas 1ε dan

2ε yang masing-

masing mengisi tepat ½ volume total (lihat gambar). Kapasitas

kapasitor tersebut adalah … .

A. 1 22 ε ε( )

abC

b a

B. 1 2ε ε1

2 ( )

abC

b a

C. 1 2

1 12 ε ε( )

ab

Cb a

D. 1 2ε ε

( )

abC

b a

E. 1 216 ε ε( )

abC

b a

31. Sekeping koin yang massanya 100 gram diletakkan di meja. Mula-

mula koin itu diam. Kemudian, koin itu digeser oleh sebuah gaya

konstan sebesar 0,4 N. Setelah gaya itu berhenti bekerja, koin

masih bergerak selama 1,0 detik, sampai akhirnya berhenti. Jika

besar percepatan gravitasi 10 m/s2 dan koefisien gesek koin dan

meja 0,2, kerja yang dilakukan gaya tersebut adalah sebesar … .

A. 0,1 J B. 0,2 J C. 0,4 J

D. 2,0 J E. 4,0 J

32. Eigenstate-eigenstate operator zs , yaitu 1

0

dan 0

1

, dipilih

sebagai basis untuk menyatakan sembarang keadaan suatu sistem

berspin 1

2. Untuk keadaan spin

1

2N , dengan N konstanta

normalisasi, nilai harapan sx adalah … .


A. 0 B. 0,1 C. 0,2

D. 0,3 E. 0,4

33. Sebuah partikel berosilasi di sepanjang sumbu-x dalam pengaruh

gaya F = -kx (k adalah konstanta) dengan amplitudo A dan

frekuensi f. Kecepatan partikel pada posisi x = A/2 adalah …

A. fA2 B. fA3 C. fA2

D. fA E. fA

3

1

34. Tentukan medan magnet dalam

parameter I, a dan b pada titik

origin 0 yang disebabkan oleh

loop berarus I seperti pada

gambar.

A. 22

0

2 ba

a

b

I

B.

22

0 12 ab

b

b

I

C. 2222

22

0 1

2abbab

baa

I

D. 2222

22

0 1

2abbab

baab

I

E. 2222

22

0 1

2abbaa

baa

I

35. Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian h terhadap lantai. Ketika

memantul dari lantai kecepatan bola adalah 80% dari kecepatan

sesaat tepat sebelum menumbuk lantai. Ketinggian bola maksimum

setelah memantul dari lantai adalah …

A. 0,94 h B. 0,80 h C. 0,75 h

D. 0,64 h E. 0,50 h


36. Sebuah partikel bermassa M bergerak dalam orbit lingkaran berjari-

jari r di bawah pengaruh gaya tarik-menarik 3

r

KF , dengan K

adalah konstanta. Jika energi potensial pada jarak tak berhingga

dari pusat gaya sama dengan nol, maka energi total partikel dalam

orbit lingkaran tersebut adalah ….

A. 2

r

K B. R

K

2 C. 0

D. R

K

2 E.

2r

K

37. Sebuah bola yang jejarinya 15 cm diletakkan di air. Tampak 1/3

bagian bola berada di atas permukaan air. Kemudian seseorang

menahan bola, sehingga bola seluruhnya berada di bawah

permukaan air. Besar gaya yang dikerjakan orang itu pada bola

adalah … .

A. 10 N B. 15 N C. 20 N

D. 25 N E. 30 N

Kerjakanlah soal nomor 38 s.d. 40 berdasarkan keterangan

berikut.

Satu mol gas ideal monoatomik mengalami

proses seperti pada gambar. Di keadaan B

gas bertekanan PB = 3,00×105 Pa pada

temperatur 27°C. Pada proses AB kerja

yang dilakukan pada gas sebesar 2493 J,

sementara pada proses BC energi dalam

gas bertambah sebesar 249,3 Joule. Proses

CA merupakan proses irreversibel.

(Gunakanlah R=8,31 J/molK, ln 3=1,10,

ln1,6 = 0,47, dan ln 2 = 0,69).


38. Tekanan gas di keadaan C sebesar ...

A. 1,60 × 104 Pa.

B. 3,20 × 104 Pa.

C. 1,50 × 105 Pa.

D. 2,99 × 103 Pa.

E. 3,20 ×105 Pa.

39. Kalor yang diserap gas selama proses ABC ...

A. 5983,2 J.

B. 3490,2 J.

C. -3490,2 J.

D. -5983,2 J.

E. -249,3 J.

40. Perubahan entropi gas selama proses irreversibel CA ...

A. –13,6 J/K.

B. 13,6 J/K.

C. -0,80 J/K.

D. 14,4 J/K.

E. 0,80 J/K.

kategori teori seleksi tingkat provinsi osn … · dalam rumah 25°c. energi mengalir melalui...

Documents