Home / bank soal fisika / Pembahasan Fisika UN 2014 No. 26 – 30

Pembahasan Fisika UN 2014 No. 26 – 30

Pembahasan soal Fisika UN 2014 nomor 26 sampai dengan nomor 30 tentang:

  • gaya Coulomb,
  • kuat medan listrik,
  • potensial listrik,
  • rangkaian kapasitor, dan
  • listrik dinamis.

Soal No. 26 tentang Gaya Coulomb

Perhatikan gambar berikut ini!

gaya coulomb muatan listrik di ujung-ujung segitiga, listrik statis

Tiga muatan Q1Q2, dan Q3 berada pada posisi di ujung segitiga siku-siku ABC. Panjang AB = BC = 30 cm. Jika diketahui k = 9 × 109 N.m2.C−2 dan 1 µ = 10−6 maka resultan gaya Coulomb pada muatan Q1 adalah ….

A.   1 N
B.   5 N
C.   7 N
D.   10 N
E.   12 N

 

Pembahasan

Antara muatan Q1 dan Q2 terjadi gaya tarik-menarik, demikian juga antara muatan Q1 dan Q3. Gaya Coulomb yang dialami muatan Q1 dapat diilustrasikan sebagai berikut:

Resultan gaya colomb di titik B (Q1), saling tarik-menarik

FBA adalah gaya Coulomb yang terjadi antara muatan Q1 dan Q1FBC adalah gaya Coulomb yang terjadi antara muatan Q1 dan Q1. Sedangkan FB adalah resultan gaya-gaya yang dialami oleh muatan Q1.

Rumus gaya Coulomb antara titik B dan A, tarik menarik
Rumus gaya Coulomb antara titik B dan C, tarik menarik

FBA dan FBC saling tegak lurus sehingga resultannya dapat dicari dengan rumus Pythagoras.

Resultan gaya Coulomb di B, rumus pythagoras

Jadi, resultan gaya Coulomb pada muatan Q1 adalah 5 N (B).

Soal No. 27 tentang Kuat Medan Listrik

Perhatikan dua buah muatan yang terletak pada jarak a berikut!

kuat medan listrik di suatu titik terhadap muatan lain

Jika kuat medan listrik di titik P adalah kQ/x2 maka nilai x adalah ….

A.   ⅓ a
B.   ⅔ a
C.   a
D.   3/2 a
E.   2 a

Pembahasan

Kuat medan listrik di titik P merupakan resultan dari kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan listrik di titik A dan B. Karena kedua muatan tersebut berbeda jenis, resultan di titik P merupakan selisih dari kedua medan listrik tersebut.

EP = EA − EB
Resultan kuat medan listrik di titik P, selisih dua kuat medan listrik

Dengan memindahkan −kQ/x2 ke ruas kiri, diperoleh:

Sekarang masing-masing ruas dibagi 2kQ, hasilnya:

Lebih sederhana kan? Coba masing-masing ruas ditarik akar.

Nah, ini bentuk yang paling sederhana. Tinggal dikalikan silang.

4x = x + a
3x = a
x = ⅓ a

Jadi, nilai x adalah ⅓ a (A).

Soal No. 28 tentang Potensial Listrik

Sebuah bola konduktor berongga bermuatan 4 µC dari jari-jarinya 10 cm seperti gambar.

muatan pada bola konduktor berongga

Manakah pernyataan tentang potensial listrik (V) pada bola tersebut yang benar?

A.   VA > VB
B.   VB > VA
C.   VA = VB
D.   VA < VC
E.   VB < VC

 

Pembahasan

Potensial listrik di dalam bola berongga bersifat equipotensial. Artinya, di setiap titik di dalam bola tersebut mempunyai potensial listrik yang sama.

Sementara itu, potensial listrik di luar bola relatif lebih kecil. Semakin jauh dari pusat bola, potensial listriknya semakin kecil. Dari gambar di atas dapat disimpulkan: 

VA = VB > VC
 
Jadi, pernyataan tentang potensial listrik di dalam bola tersebut yang benar adalah VA = VB(C).

Soal No. 29 tentang Rangkaian Kapasitor

Lima kapasitor identik masing-masing 20 µF disusun seperti gambar, dihubungkan dengan sumber tegangan 6 volt.

Rangkaian Kapasitor seri dan paralel

Muatan total yang tersimpan pada kapasitor C5 adalah ….

A.   12 µC
B.   24 µC
C.   60 µC
D.   120 µC
E.   600 µC

 

Pembahasan

Muatan yang tersimpan pada kapasitor C5 adalah muatan total sehingga harus ditentukan terlebih dahulu kapasitas total dari lima kapasitor tersebut.

Karena kelima kapasitor tersebut identik, nilai kapasitor pengganti untuk susunan seri dan paralelnya berlaku rumus: 

Cs = C/n
Cp = nC 

dengan n adalah banyaknya kapasitor dalam rangkaian seri atau paralel.

Misal dua kapasitor seri yang pertama (C1 dan C2) adalah Cs1 dan dua kapasitor seri yang kedua (C3 dan C4) adalah Cs2. 

Cs1 = 20 : 2 = 10 
Cs2 = 20 : 2 = 10

Sedangkan Cs1 dan Cs2 terangkai secara paralel. 

Cp = 2 × 10 = 20

Kapasitas totalnya adalah rangkaian seri antara Cp dan C5 yang keduanya juga identik. 

Ct = 20 : 2 = 10

Muatan pada kapasitor C5 dapat ditentukan dengan rumus: 

Q = Ct . V
Q = 10 × 6 = 60

Jadi, muatan total yang tersimpan pada kapasitor C5 adalah 60 µC (C).

Soal No. 30 tentang Listrik Dinamis

Perhatikan rangkaian listrik berikut ini!

rangkaian resistor, hukum Kirchoff II

Besar kuat arus listrik (I) yang mengalir pada rangkaian adalah ….

A.   0,1 A
B.   0,2 A
C.   0,5 A
D.   1,0 A
E.   5,0 A

 

Pembahasan

Kita tentukan terlebih dahulu hambatan totalnya.

Hambatan 5 Ω dan 20 Ω tersusun paralel. Hambatan penggantinya adalah:

Rumus dan penghitungan rangkaian paralel pada resistor 
  Rp = 4

Hambatan Rp tersusun seri dengan hambatan 6 Ω dan 10 Ω sehingga hambatan totalnya adalah: 

Rt = 10 + 6 + Rp 
Rt = 10 + 6 + 4
= 20

Soal ini adalah penerapan hukum II Kirchhoff yang menyatakan bahwa jumlah tegangan pada sebuah loop (lintasan tertutup) sama dengan nol.

ΣV = 0

Karena hanya ada satu loop atau satu lintasan arus, rumus tersebut dapat diartikan:

ΣE − I.Rt = 0
ΣE = I.Rt

Dua sumber tegangan listrik pada rangkaian tersebut arahnya berlawanan sehingga ΣEmerupakan pengurangan.

12 − 8 = I × 20
4 = 20I
I = 0,2

Jadi, besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 0,2 ampere (B).

About farrel Studio

Check Also

Pembahasan Fisika UN 2014 No. 21 – 25

Pembahasan soal Fisika UN 2014 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang: gelombang elektromagnetik, alat-alat …

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

error: Developer Farrel Studio !!
%d blogger menyukai ini: