Kisi UN IPA 2019 | Gelombang Lisrik dan Magnet

Lingkup materi Gelombang Listrik dan Magnet meliputi (1) getaran dan gelombang, (2) cahaya dan alat optik, (3) bunyi, (4) listrik statis (5) listrik dinamis (6) energi listrik dan daya listrik (7) kemagnetan, dan (8) induksi elektromagnetik.

Berikut ini soal-soal yang muncul pada simulasi UNBK Tahun 2019.

1. Listrik Dinamis
Perhatikan rangkaian listrik berikut.

Jika bagian P pada rheostat digeser ke arah A, maka nyala lampu menjadi semakin….
A. Redup karena tegangan pada lampu semakin kecil
B. Terang karena kuat arus yang melalui lampu semakin besar
C. Terang karena tegangan pada lampu semakin kecil
D. Redup karena kuat arus yang melalui lampu semakin kecil

Pembahasan
Listrik dinamis merupakan listrik yang mengalir.
Kuat arus yang mengali dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial ujung-ujung penghantar itu, asal suhu pengantar tetap. (Hukum Ohm)
V = I R
V = beda potensial/ tegangan (volt)
I = kuat arus (A)
R = hambatan (Ω)
Kuat arus yang mengalir berbanding terbalik dengan hambatan pada rangkaian listrik.
Rheostat meruapakan salah satu resistor (penghambat) yang berfungsi untuk mengatur kuat arus.
Perhatikan pada gambar, A (Output), B(Input), panjang A-B tergantung posisi P. Jika P dekat B, maka hambatan semakin besar, dan kuat arus semakin kecil dan Jika di dekatkan pada A, maka hambatan semkin kecil, dan kuat arus semakin besar. (Jawaban B. Terang karena kuat arus yang melalui lampu semakin besar)

2. Listrik Statis

Perhatikan gambar dua benda bermuatan listrik dan gaya yang ditimbulkan berikut ini.

Kemudian kedua muatan diganti dengan muatan lain yang besarnya dua kali semula dan jarak kedua muatan dijauhkan menjadi empat kali semula. Gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi ….

A. 1/8 𝐹

B. 1/4 𝐹

C. F

D. 4F

Pembahasan
Listrik statis timbul karena adanya muatan.
Muatan listrik ada dua jenis, yaitu muatan positif (kekurangan elektron) dan muatan negatif (kelebihan electron).
Sifat muatan listrik, (a) muatan sejenis tolak menolak, (b) muatan berbeda jenis tarik menarik.
Besarnya gaya yang ditimbulkan oleh tarikan atau tolakan muatan disebut gaya colomb.

F = gaya colomb (N)
K = 9x10⁹ Nm²/C²Q = muatan
R = jarak antar muatan
Berdasarkan soal, diketahui
Pada kedaan semula gaya = F
q₁ menjadi 2q₁ dan q₂ menjadi 2q₂r menjadi 4r
Dengan persamaan gaya colum, maka
Jawaban B

3. Bunyi
Sekelompok siswa melakukan percobaan resonansi udara dengan menggunakan garputala pada tabung organa tertutup seperti gambar dengan menambahkan air sedikit demi sedikit ke dalam tabung.
Pada saat tabung berada pada ketinggian seperti gambar, terdengar bunyi keras akibat resonansi bunyi garputala.

Panjang gelombang bunyi garputala di udara  adalah ….
A. 50 cm
B. 120 cm
C. 150 cm
D. 200 cm

Pembahasan
Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. Bunyi dapat merambat melalui medium peantara, seperti udara, air, kayu, dll. Kecepatan bunyi merambat  dirumuskan dengan
V = λ /t
V= cepat rambat (m/s), λ = panjang gelombang (m), t = waktu (detik)
Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya benda karena pengaruh getaran benda lain.
Pada saat terdengar bunyi keras dari bunyi aslinya tersebut pada kolom udara maka peristiwa tersebut dikatakan persitiwa resonansi.
Resonansi pertama syaratnya jika L = (1 )/4 λ
Resonansi ke-2 syaratnya jika L = (3 )/4 λ
Resonansi Ke-3 syaratnya jika L = (5 )/4 λ

Berdasarkan soal, air ditambahkan sedikit demi sedikit sampai terjadi bunyi keras, maka ini merupakan Resonansi pertama
L = ¼ λ
(80-30) cm = ¼ λ
λ = 4 x 50 cm = 200 cm (Jawaban D)

4. Cermin Datar

Benda diletakkan di depan cermin datar. Posisi benda dengan bayangan yang benar ditunjukkan oleh gambar ….

Pembahasan
Cermin dibagi menjadi cermin datar dan cermin lengkung.
Sifat-sifat bayangan pada Cermin Datar:
1. Jarak benda terhadap cermin sama dengan jarak bayangan dengan cermin
2. Tinggi bayangan sama dengan tinggi benda
3. Bayangan terbalik antara kiri dengan kanan
4. Bayangan bersifat semu (maya)
Bedan yang diletakkan di antara dua cermin datar saling berimpit keduanya membentuk sudut (α)
Berdasarkan sifat bayangan pada cermin datar, maka jawaban yang paling tepat adalah tinggi bayangan sama dengan tinggi benda, bayangan terbalik kiri dan kanan. (Jawaban D)

5. Lensa
Benda terletak di depan lensa dan bayangannya tanpak seperti gambar.

Jika benda digeser menjauhi lensa sejauh 10 cm, sifat bayangan yang terbentuk adalah ….
A. nyata, terbalik, dan sama besar dengan bayangan semula
B. nyata, terbalik, dan lebih kecil dari bayangan semula
C. nyata, terbalik, dan lebih besar dari benda asli
D. Maya, tegak, dan lebih besar dari bayangan semula 

Pembahasan

Lensa adalah bidang lengkung yang tipis. Lensa dikelompokkan menjadi lensa cembung dan cekung

Beberapa hal tentang lensa, antara lain:

Jari-jari Lensa (R) = 2f (titik fokus)

Menentukan jarak bayangan yang dibentuk sesuai dengan titik fokus dan jarak benda

Perbesaran bayangan dapat dihitung dengan persamaan,

Kekuatan Lensa,

Benda pada posisi ruang menentukan sifat bayangan yang terbentuk

Sifat bayangan pada lensa cembung sesuai dengan ruang,

Sifat bayangan pada lensa cekung, sesuai letak benda pada ruang, yaitu

Selain, letak benda pada ruang diatas. Sifat bayangan dapat ditentukan dengan jarak bayangan dari lensa.

• Jika s' bernilai positif (+) maka bayangan bersifat nyata dan terbalik, namun jika s' bernilai negatif (−) maka bayangan bersifat maya dan tegak.

• Jika M > 1 maka bayangan diperbesar. Jika M = 1 maka bayangan sama besar dengan benda. Jika M < 1 maka bayangan diperkecil.

Berdasarkan gambar, dicari titik fokus lensa,

Kemudian benda digeser menjauhi lensa sejauh 10 cm maka s = 20 cm, maka jarak bayangan setelah benda digeser dapat dihitung dengan

Pembesaran bayangan, adalah

Berdasarkan perhitungan diatas, s' bernilai positif maka bayangan nyata dan terbalik, dan M<1 maka bayangan diperkecil. (Jawaban B).

6. Induksi Elektromagnetik
Perhatikan gambar transformator berikut!

Besar tegangan listrik yang harus diterima lampu pada rangkaian adalah 10 V, kuat arus pada lampu 5A. Kuat arus pada kumparan primer adalah ….
A. 0,25 A
B. 0,50 A
C. 50 A
D. 100 A

Pembahasan
Induksi Elektromagentik adalah gerakan listrik akibat medan magnet atau sebaliknya.
Peristiwa induksi elektromagnetik terjadi pada transformator.
Transformator dapat menaikkan (step up) dan menurunkan (step down) tegangan.
Step up = Np < Ns atau Vp < Vs atau Ip > Is
Step up = Np > Ns atau Vp > Vs atau Ip < Is
Perbandingan pada komponen primer dan skunder pada trafo dapat dihitung dengan persamaan
Berdasdarkan gambar, bagian primer ditunjukkan oleh sumber tergangan, dan bagian skunder ditunjukkan oleh lampu.
Maka kuat arus pada primer dapat dihitung dengan persamaan
 (Jawaban A. 0,25A)

7. Getaran dan Gelombang
Gelombang permukaan air suatu danau merambar seperti pada gambar berikut.

Gabus bergerak turun naik 20 kali selama 10 sekon, maka cepat rambat gelombang pada permukaan air tersebut adalah ….
A. 1,0 m/s
B. 1,5 m/s
C. 2,0 m/s
D. 3,0 m/s

Pembahasan

Getaran adalah gerakan bolak balik.

Satu getaran adalah C-B-A-B-C

Jarak C-B disebut dengan simpangan

Simpangan terjauh disebut amplitudo.

Gelombang adalah getaran yang berulang.

cepat rambat gelombang sama dengan perkalian panjang gelombang λ (baca lambda) dengan frekuensi.

V = λ f  karena f = 1/t

V = λ/t

V = cepat rambat gelombang (m/s)

λ = panjang gelombang (m)

t = periode (detik)

Berdasarkan soal, maka dapat diketahui

Gabus bergerak turun naik 20 kali, turun (B-C-D) 10 kali dan naik (D-E-F) 10 kali  

Maka banyak gelombang  (B-C-D-E-F) =10 gelombang selama 10 sekon, maka f= 10/10 = 1Hz dan T = 1/1Hz= 1s

Berdasarkan gambar (B-C-D-E-F-G-H) = 1,5 gelombang = 150 cm, maka panjang 1 gelombang = 150 cm/ 1,5 = 100 cm

Jadi, cepat rambat gelombang pada permukaan air tersebut adalah …

V = λ/t

V = 100 cm/ 1det = 100 cm/s = 1m/s (Jawaban A)

8. Listrik Dinamis

Beberapa penghambat dirangkai dan dihubungkan pada sumber tegangan yang sama seperti gambar.

Rangkaian dengan arus litrik I terbesar dan terkecil berturut-turut adalah ….

A. (1) dan (3)

B. (1) dan (4)

C. (2) dan (3)

D. (3) dan (2)

Pembahasan
Listrik dinamis merupakan listrik yang mengalir. Listrik dapat mengalir disebabkan oleh beda potensial (sumber tegangan) dan kabel penghantar. Oleh karena itu, dalam suatu rangkaian listrik terdapat besarnya beda potensial (V), hambatan (I) dan kuat arus (R).
Hal ini sesuai dengan hukum Ohm,
"semakin besar hambatan pada rangkaian, maka semakin kecil kuat arus yang mengalir atau semakin kecil hambatan, maka semakin besar kuat arus yang mengalir"

Sementara menurut hukum Kirchoff,
"Listrik yang masukpada suatu rangkaian sama dengan listrik yang keluar dari rangkaian tersebut"
I_masuk = I_keluarRangkaian listrik ada 2, yaitu Rangkaian seri hambatan dan rangkaian paralel hambatan.

Rangkaian Seri
R_s = R₁ + R₂ + R₃
I = I₁ = I₂ = I₃
V = V₁ + V₂ + V₃



Rangkaian Paralel

I = I₁ + I₂ + I₃ V= V₁ = V₂ = V₃








Berdasarkan soal, maka dapat dihitung hambatan pada masing-masing rangkaian, yaitu

 Gambar (1) Seri-Paralel
R_tot = R_A + R_B
Untuk mencari R_B
Maka, R_tot  = R_A + R_BR_tot  = 3Ω + 2Ω = 5Ω (Gambar 1)
dengan persamaan yang sama, maka hambatan pada rangkaian,
Gambar (2) Rtot = 2Ω
Gambar (3) Rtot = 10Ω
Gambar (4) Rtot = 3Ω
Namun, karena disoal diminta kuat arus terbesar hingga terkecil, maka sesuai dengan hukum ohm, kuat arus terbesar pada gambar dengan hambatan terkecil dan kuat arus terkecil pada gambar dengan hambatan terbesar. Maka, kuat arus terbesar hingga terkecil ada pada gambar (2) dan (3). (Jawaban C)

9. Getaran dan Gelombang
Empat bandul sederhana seperti gambar!

Bandul-bandul tersebut diberi simpangan dan diayunkan. Urutan bandul dengan periode getar terbesar dan terkecil adalah ….
A. (3), (2), (1), (4)
B. (2), (3), (4), (1)
C. (4), (2), (1), (3)
D. (4), (3), (2), (1)

Pembahasan
  Getaran merupakan gerakan bolak balik melalui titik seimbang.
Simpangan merupakan jarak penyimpangan dari titik seimbang
Amplitudo adalah simpangan terjauh dari titik seimbang
Frekuensi adalah banyaknya getaran dalam 1 detik
Periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan 1 getaran
Getaran pada suatu ayunan bandu, periode ayunan sebanding dengan panjang tali dan besar sudut simpangan awal namun tidak dipengaruhi oleh massa bandul.
Berdasarkan soal, besar sudut simpangan awal pada gambar adalah sama (100) maka periode ayunan dipengaruhi oleh panjang tali. Semakin panjang tali, maka semakin besar periode ayunan. Maka, urutan periode getar terbesar dan terkecil adalah (4), (2), (1), dan (3). (Jawaban C).