TUGAS MENJAWAB SOAL LATIHAN FISIKA II

KELAS C

1. Disebut dengan istilah apa jumlah siklus yang terbentuk per satuan waktu pada suatu proses periodik itu ?Jawab :Frekuensi.

2. Sebuah kawat dawai dengan panjangnya 2,5 m yang kedua ujungnya terikat tetap, bergetar pada frekuensi 85 Hz ,akibatnya terbentuk suatu gelombang berdiri yang membentuk lima loop (bentuk perut dan simpul) .(a)Tentukanlah jarak antara dua simpul yang berdekatan . (b) Tentukan panjang gelombang dari gelombang yang menjalar tersebut. (c) Tentukan juga kecepatan rambat gelombang pada kawat dawai tersebut. (d) Tentukan frekuensi dasar dari kawat dawai ini .Jawab :

a) Karena berbentuk 5 perut, jarak antar simpul yang berdekatan = 2,5/5 = 0,5 cmb) Panjang gelombang : λ = 2 x jarak antar simpul = 2 x 0,5 = 1 cmc) Kecepatan rambat gelombang : v = λ.f = 1 m x 85 Hz = 85 m/sd) Frekuensi dasar dari kawat dawai : f0 = v/21 = 85/2x2,5 = 85/5= 17 Hz

3. Ketika suhu udara meningkat , apa yang akan terjadi pada kecepatan suara ? ( Asumsikan bahwa semua faktor lainnya tetap konstan . Jawab :

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan suara di perairan laut, sebagai berikut:

Suhu, Pada prinsipnya semakin tinggi suhu suatu medium, maka semakin cepat rambat bunyi dalam medium tersebut. Dikarena makin tinggi suhu, maka semakin cepat getaran partikel-partikel dalam medium tersebut. Akibatnya, proses perpindahan getaran makin cepat. Temperatur yang lebih panas atau lebih dingin mempengaruhi kecepatan bunyi di udara.

Tekanan, setiap penambahan kedalaman maka tekanan akan semakin tinggi. Semakin tinggi tekanan maka akan semakin tinggi cepat rambat bunyinya. Pengaruh tekan akan lebih besar dari suhu dan salinitas pada lapisan Deep Layer. Hal tersebut karena partikel-partikel zat yang bertekanan tinggi terkompresi sehingga cepat rambat yang dihasilkan lebih besar. Pada kedalaman berdasarkan kecepatan suara dibagi dalam 3 zona, yaitu :

Zona 1 (mix layer) : Kecepatan suara cenderung meningkat akibat faktor perubahan tekanan mendominasi faktor perubahan suhu

Zona 2 (termochline) : Kecepatan suara menurun dan menjadi zona minimum kecepatan suara akibat terjadinya perubahan suhu yang sangat drastis dan mendominasi faktor perubahan tekanan.

Zona 3 (deep layer) : Kecepatan suara meningkat kembali akibat faktor perubahan tekanan mendominasi kembali faktor perubahan suhu.

Salinitas, Kenaikan salinitas meningkatkan modulus axial (larutan menjadi kurang kompres), sehingga tiap kenaikan salinitas akan meningkatkan cepat rambat bunyi.

Cepat rambat bunyi terhadap salinitas seharusnya berkurang seiring kenaikan salinitas karena meningkatnya densitas.

Densitas, makin rapat medium umumnya semakin besar cepat rambat bunyi dalam medium tersebut. Penyebabnya adalah makin rapat medium maka makin kuat gaya kohesi antarpartikel. Akibatnya pengaruh suatu bagian medium kepada bagian yang lain akan mengikuti getaran tersebut dengan segera sehingga perpindahan getaran terjadi sangat cepat.

Kecepatan suara bergantung pada suhu, salinitas, tekanan, musim dan lokasinya. Semakin jauh suara dari sumber suara, maka kegiatan echo akan mengalami perubahan dan tergantung pada waktu tempuhnya. Kecepatan perambatan gelombang suara ini sangat dipengaruhi oleh temperatur, salinitas dan kedalaman air laut, ada juga persamaan yang menggambarkan dan membuktikan bahwa ada pengaruh, yaitu:

C = (1449.2 + 4.6T) – (0.055 T2) + 0.00029T3 + (1.34 – 0.010T)(S-35) + 0.016z

Keterangan :

            C = kecepatan suara [m/s]             Z = kedalaman [m]

            T = suhu [oC]  S = salinitas [psu]

Kecepatan suara dalam perairan sangat di pengaruhi oleh faktor suhu, bila suhu naik maka makin cepat pula rambat suaranya.

4. Berapa besarkah muatan listrik pada partikel foton itu ?Jawab :Suatu foton tidak mempunyai besaran muatan listrik.

5. Massa A melekat pada pegas pada posisi tergantung vertikal dan berayun ke atas dan ke bawah antara titik A dan B. Dimanakah posisi massa itu ketika energi kinetiknya maksimal?Jawab :

Energi Mekanik bernilai tetap. Ketika benda berada pada titik kesetimbangan (x = 0), EM = EK. Ketika benda berada pada simpangan sejauh -x atau +x, EM = EP.

Energi Potensial sebuah pegas dengan konstanta gaya k yang teregang sejauh x dari kesetimbangannya dinyatakan dengan persamaan :

EP = ½ kx2

Energi Kinetik sebuah benda bermassa m yang bergerak dengan kelajuan v ialah :

EK = ½ mv2

Energi Total (Energi Mekanik) adalah jumlah Energi Potensial dan Energi Kinetik :

EM = EP + EK = ½ kx2 + ½ mv2

Ketika benda berada pada simpangan maksimum, x = A (A = Amplitudo), kecepatan benda = 0, sehingga Energi Mekanik benda :

EM = ½ kA2

Persamaan ini memberikan sifat umum penting yang dimiliki Gerak Harmonik Sederhana (GHS) : Energi total pada Gerak Harmonik Sederhana berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo.

 

6. Massa A melekat pada pegas pada posisi tergantung vertikal dan berayun ke atas dan ke bawah antara titik A dan B. Dimanakah posisi massa itu ketika energi potensialnya maksimal?Jawab :

Pada dasarnya osilasi alias getaran dari pegas yang digantungkan secara vertikal sama dengan getaran pegas yang diletakan horisontal. Bedanya, pegas yang digantungkan secara vertikal lebih panjang karena pengaruh gravitasi yang bekerja pada benda (gravitasi hanya bekerja pada arah vertikal, tidak pada arah horisontal). Tinjau lebih jauh Kekekalan Energi Mekanik pada pegas yang digantungkan secara vertical.

Pada pegas yang diletakan horisontal (mendatar), posisi benda disesuaikan dengan panjang pegas alami. Pegas akan meregang atau mengerut jika diberikan gaya luar (ditarik atau ditekan). Pada pegas yang digantungkan vertikal, gravitasi bekerja pada benda bermassa yang dikaitkan pada ujung pegas. Akibatnya, walaupun tidak ditarik ke bawah, pegas dengan sendirinya meregang sejauh x0. Pada keadaan ini benda yang digantungkan pada pegas berada pada posisi setimbang.

Berdasarkan hukum II Newton, benda berada dalam keadaan setimbang jika gaya total = 0. Gaya yang bekerja pada benda yang digantung adalah gaya pegas (F0 = -kx0) yang arahnya ke atas dan gaya berat (w = mg) yang arahnya ke bawah. Total kedua gaya ini sama dengan nol. Resultan gaya yang bekerja pada titik kesetimbangan = 0. Hal ini berarti benda diam alias tidak bergerak. Jika diregangkan pegas (menarik pegas ke bawah) sejauh x, maka pada keadaan ini bekerja gaya pegas yang nilainya lebih besar dari pada gaya berat, sehingga benda tidak lagi berada pada keadaan setimbang.

Total kedua gaya tersebut tidak akan sama dengan nol apabila terdapat pertambahan jarak sejauh x; sehingga gaya pegas bernilai lebih besar dari gaya berat. Ketika benda didiamkan sesaat (belum dilepaskan), EP benda bernilai maksimum sedangkan EK = 0. EP maksimum karena benda berada pada simpangan sejauh x. EK = 0 karena benda masih diam. Karena terdapat gaya pegas (gaya pemulih) yang berarah ke atas maka benda akan bergerak ke atas menuju titik setimbang.

7. Suatu massa A yang terikat pada ujung sebuah pegas, berosilasi baik di Bumi dan di Bulan. Dimanakah periode osilasinya yang terbesar? Jawab :di bumi, karena gaya gravitasinya besar. Gravitasi bekerja pada benda besmassa yang dikaitkan pada ujung pegas. Akibatnya, walaupun tidak ditarik kebawah, pegas dengan sendirinya meregang sejauh x0. Pada keadaan ini benda yang digantungkan pada pegas berada pada posisi setimbang.

8. Bila frekuensi suatu gelombang meningkat. Apa yang terjadi pada jarak antara puncak-puncak gelombang yang berturutan jika kecepatan rambatnya tetap konstan?Jawab :

Gelombang berjalan (merambat) memiliki kecepatan, frekuensi, periode, panjang gelombang, dan waktu tempuh. Frekuensi menyatakan banyaknya gelombang yang terjadi dalam satu detik. Satuan dari frekuensi adalah Hertz (Hz). 1 Hertz sama dengan 1 siklus per detik atau satu gelombang sempurna dalam satu detik. Periode adalah waktu yang diperlukan untuk membentuk saru gelombang sempurna, satuannya dalam detik (second). Periode ditentukan oleh sumber suara dan bukan oleh medium yang dilaluinya. Periode berbanding terbalik dengan frekuensi, periode akan meningkat  atau bertambah bila frekuensi menurun.

P = 1/f

Dimana :

P = Periode gelombang (detik) dan f  = frekuensi (Hz)

Panjang gelombang menyatakan jarak satu siklus gelombang (jarak satu buah gelombang sempurna) dengan satuan meter. Jika pada gelombang transversal panjang gelombang berupa jarak dari suatu titik puncak ke pucak berikutnya (dari suatu lembah ke lembah berikutnya), namun pada gelombang longitudinal, panjang gelombang ialah jarak antara rapatan yang berurutan atau renggangan yang berurutan. Besarnya panjang gelombang dipengaruhi oleh cepat rambat gelombang pada medium dan frekuensi.

Cepat rambat gelombang adalah kecepatan gelombang suara ketika berjalan menembus medium. Kecepatannya dipengaruhi oleh sifat dan kerapatan medium yang dilaluinya dan dinyatakan dalam meter per detik (m/detik). Pada medium yang sama cepat rabat gelombang akan sama walaupun frekuensinya berbeda.

9. Sebuah string massa m dan panjang L berada di bawah ketegangan T. Kecepatan gelombang di string v. Apa yang akan terjadi pada kecepatan gelombang dawai bila ketegangan dawai meningkat menjadi 2T?Jawab : Kecepatan dawai akan meningkat, dapat dilihat dari rumus v2= T/µ dan µ=m/l. Karena kecepatan berbanding lurus dengan tegangan.

10. Apakah yang dimaksud dengan Intensitas gelombang dikaitkan dengan amplitudo dan frekuensi gelombang ?Jawab :Besamya energi gelombang yang melewati suatu permukaan disebut dengan intensitas gelombang. Intensitas gelombang (0 didefinisikan sebagai jumlah energi gelombang per satuan waktu (daya) per satuan luas yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Hubungan antara daya, luas, dan intensitas memenuhi persamaan

I = P/ADengan :P = daya atau energy gelombang per satuan waktu (Watt)A = luas bidang (m2)I = intensitas gelombang (Wm-2)Jika sumber gelombang berupa sebuah titik yang memancarkan gelombang serba sama ke segala arah dan dalam medium homogen, luas bidang yang sama akan memiliki intensitas gelombang sama. Intensitas gelombang pada bidang permukaan bola yang memiliki jari-jari R memenuhi persamaan berikut.

I= P/A= P/(4πR2 )

Dari persamaan diatas , dapat dilihat bahwa jika gelombang berupa bunyi, intensitas bunyi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak sumber bunyi tersebut ke bidang pendengaran. Batas intensitas bunyi yang bisa didengar telinga manusia normal antara lain sebagai berikut:

Intensitas terkecil yang masih dapat menimbulkan rangsangan pendengaran pada telinga manusia adalah sebesar 10-12Wm-2 pada frekuensi 1.000 Hz dan disebut intensitas ambang Pendengaran. Intensitas terbesar yang masih dapat diterima telinga manusia tanpa rasa sakit adalah sebesar 1 Wm-2. Jadi, batasan pendengaran terendah pada manusia adalah 10 -12 Wm-2 dan batasan pendengaran tertinggi pada manusia adalah 1 Wm-2.

Tinggi NadaFrekuensi yang dihasilkan oleh suatu sumber bunyi dapat diamati pada layar osiloskop. Frekuensi getaran dibawah 20 Hz disebut gelombang infrasonik. Telinga manusia tidak mampu mendengar frekuensi infrasonic . frekuensi gelombang bunyi yang melebihi batas pendengaran manusia, yaitu frekuensi diatas 20.000Hz, disebut gelombang ultrasonik. Amplitudo adalah simpangan maksimum dari suatu gelombang yang akan memengaruhi kuat lemahnya bunyi. Semakin besar energy yang dipancarkan oleh suatu sumber getar , semakin kuat bunyi yang didengar. Jadi, kuat lemahnya suatu bunyi bergantung pada besar kecilnya amplitude gelombang.

11. Berapakah kecepatan rambat gelombang jika gelombang itu memiliki frekuensi 12 Hz dan panjang gelombang 3,0 m?Jawab :Dik : f = 12 Hz dan λ = 3,0 mV = λ.f = 3,0 m x 12 Hz = 36 m/sJadi, cepat rambat gelombang sebesar 36 m/s.

12. Berapakah kecepatan suara dalam batang baja?Jawab :

Nilai kecepatan gelombang longitudinal di sepanjang batang baja dan aluminium. Modulus Young baja dan aluminium masing-masing adalah 2,2 x 1010 N/m2 dan 6,9 x 1010 N/m2 , sedangkan rapat massa kedua logam masing-masing adalah7,83 x 103 kg /m3 dan 2,7 x 103 kg /m3 .

Tampak bahwa kecepatan gelombang longitudinal di dalam baja lebih besar daripada di dalam aluminium.

Pada baja, kecepatan suara adalah sekitar 5960m/s (21460km/jam ;13330 mph)

13. Dinamakan sebagai apakah prinsip yang memungkinkan pelangi untuk membentuk uraian warna warna ?Jawab :

Pelangi adalah busur spektrum warna cahaya matahari pada bidang datar bumi. Spektrum pelangi terdiri dari merah, jingga, kuning, hijau, biru, ungu dan abu-abu. Pelangi itu pada hakikatnya adalah uraian cahaya matahari oleh bintik air sehingga membentuk busur spektrum warna. Cahaya matahari termasuk warna polikromatik. pelangi tidak mungkin terjadi malam hari. Syarat terjadi pelangi harus ada cahaya matahari. Pelangi dapat disaksikan pada saat hujan rintik bersamaan dengan nampaknya sinar matahari. Jika kita melihat busur pelangi di sebelah barat, pastilah kita berada antara sinar matahari dan bintik air hujan. Artinya, posisi kita melihat pelangi akan membelakangi matahari dan menghadap ke arah pelangi. Ketika matahari berada di sebelah timur, pelangi akan terlihat di arah berlawanan, yaitu di sebelah barat. Begitu sebaliknya.

Oleh sebab itu, terjadinya pelangi sesungguhnya adalah fenomena alam dengan prinsip penguraian cahaya oleh bintik atau partikel air.

14. Disebut apakah cahaya dengan panjang gelombang sedikit lebih panjang dari 750 nm ? Jawab :Cahaya dengan panjang gelombang sedikit lebih panjang dari 750 nm disebut inframerah (IR).

Isilah bagian bergaris dengan jawaban yang akan melengkapi kalimat pernyataan di bawah menjadip enjelasan fisis yang sesuai dengan teori fisika yang dipelajari.

1. Pada gelombang longitudinal, maka medium akan bergerak kaarah depan dan belakang searah dengan arah penjalaran energi.

2. Aktivitas mendorong seseorang anak pada permainan ayunan dengan kecepatan yang sama dengan frekuensi ayunan tersebut adalah salah satu contoh peristiwa resonansi .

3. Bunyi akan merambat lebih cepat di udara ketika suhu dan tekanan lebih tinggi.4. Gelombang elektromagnetik digambarkan dalam bentuk gelombang transversal, karena

gelombang elektromagnetik merambat sampai magnetis.5. Kapasitor adalah suatu perangkat atau devais yang digunakan untuk menyimpan muatan

listrik yang terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat.6. Suatu bahan isolator biasanya tidak dapat menghantarkan panas dengan baik.7. Suatu benda yang bermuatan positif adalah  benda yang memiliki jumlah proton lebih

banyak dari pada jumlah elektron (kekurangan elektron) . 8. Suatu bahan disebut sebagai transparan (tembus pandang) apabila cahaya dapat

menembusnya.9. Diantara spektrum gelombang elektromagnetik, maka gelombang sinar gamma (γ)

adalah yang paling besar panjang gelombangnya, dan gelombang radio adalah yang terpendek.

10. Pemisahan warna pada bianglala (pelangi) terjadi karena bermula ketika cahaya matahari melewati sebuah tetes hujan yang dibelokkan atau dibiaskan menuju tengah tetes hujan tersebut, yang memisahkan cahaya putih menjadi sebuah warna spektrum. Kemudian, warna-warna yang terpisah memantul di belakang tetes hujan dan memisah lebih banyak lagi saat meninggalkannya. Akibatnya, cahaya tampak melengkung menjadi kurva warna.