Soal Dan Penyelesaian Fisika SMA- Mari kita mencar ilmu beberapa soal dari bahan kelas 12IPA ihwal arus searah (rangkaian resistor), Gaya Coulomb, Medan Magnet dan GGL Induksi dan gaya Lorentz yang "sebenarnya tidak sulit" tetapi mungkin bagi sebagian orang sedikiiiiiiit menantang. Semoga klarifikasi ini memuaskan, walaupun kami tau teman-teman semua tidak akan pernah terpuaskan.
1. Sepuluh buah kendala identik masing-masing sebesar 10 Ω disusun ibarat gambar berikut!
Tentukan kendala pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar rangkaian tersebut.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
2. Dua kawat A dan B dialiri arus listrik I1 dan I2 masing-masing sebesar 2 A dan 3 A dengan arah keluar bidang baca. Tentukan besar dan arah besar lengan berkuasa medan magnet di titik C yang membentuk segitiga sama sisi dengan titik A dan B
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Menghitung B1 \[\\ \\B_{1}=\frac{\mu _{O}I_{1}}{2\pi a_{1}}\\B_{1}=\frac{4\pi .10^{-7}.2}{2\pi .2}\\B_{1}= 2.10^{-7}T\]Menghitung B2\[\\ \\\\\\B_{2}=\frac{\mu _{O}I_{2}}{2\pi a_{2}}\\B_{1}=\frac{4\pi .10^{-7}.3}{2\pi .2}\\B_{1}= 3.10^{-7}T\]Karena di soal diminta arah Medan Magnet, maka kita hitung dengan menguraikan medan magnetnya pada sumbu - x dan sumbu - y:
Medan Magnet pada sumbu -x:\[\\ \Sigma B_{x}=\small B_{2x}=B_{2}\cos 30\\\Sigma B_{x}=3.10^{-7}.0,5\sqrt{3}\\\Sigma B_{x}=1,5\sqrt{3}.10^{-7}T\] Medan Magnet pada sumbu -y:\[\\ \Sigma B_{y}=B_{2y}+B_{1}\\\Sigma B_{y}=\small B_{2}\sin 30+B_{1}\\\Sigma B_{y}=3.10^{-7}.0,5+2.10^{-7}\\\Sigma B_{y}=3,5.10^{-7}T\]Medan Magnet di C:\[\\ \\B=\small \sqrt{B_{x}^{2}+B_{y}^{2}}\\\\B=\small \sqrt{(1,5\sqrt{3})^{2}+(3,5)^{2}}\, .10^{-7}\\\\B=\small \sqrt{19}\, .10^{-7}T\]Arah Vektor Medan Magnet:\[\\ \\\tan \theta =\frac{\Sigma B_{y}}{\Sigma B_{x}} \\\tan \theta =\frac{3,5.10^{-7}}{1,5\sqrt{3}.10^{-7}}\\\tan \theta =1,347 \\ \theta =53,4^{o}\]
3. Muatan listrik +q1 = 10 μC ; +q2= 20 μC dan q3 terpisah di udara ibarat pada gambar.
Agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q2 = nol maka muatan q3 adalah....
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Agar gaya pada Q2 bernilai Nol, maka:\[\small F_{12}=F_{23}\\ k\frac{Q_{1}.Q_{2}}{R_{12}^{2}}=k\frac{Q_{2}.Q_{3}}{R_{23}^{2}} \\\frac{Q_{1}}{R_{12}^{2}}=\frac{Q_{3}}{R_{23}^{2}}\\ \\\frac{10\mu }{a^{2}}=\frac{Q_{3}}{(0,5a)^{2}}\\ \\Q_{3}=2,5\mu C\]
4. Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla ibarat pada gambar. Tentukan:
Telunjuk = arah kecepatan (v)
Jari tengah = arah medan magnet (B)
5. Resistor dengan kendala 8 Ohm, induktor dengan reaktansi induktif 22 Ohm dan kapasitor dengan reaktansi kapasitif 16 Ohm dirangkai seri dan dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik dengan tegangan efektif 200Volt. Tentukan:
a. Sifat rangkaian
b. Impedansi
c. Kuat arus
d. Tegangan pada R,L dan C
e. Faktor Daya
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
a.Sifat rangkaian: \[\\ X_{L}>X_{C}\\\Rightarrow \textrm{Rangkaian bersifat Induktif}\] b. Impedansi:\[\\ Z=\sqrt{R^{2}+(X_{L}-X_{C})^{2}}\\Z=\sqrt{8^{2}+(22-16)^{2}}\\Z=10\Omega\] c. Kuat arus:\[\\ i=\frac{V}{Z}=\frac{200}{10}\\i=20A\] d. Tegangan pada R,L dan C:\[\\ V_{R}=i.R\\V_R=20.8=160V\]\[\\ V_{L}=i.X_{L}\\V_L=20.22=440V\\ V_{C}=i.X_{C}\\V_C=20.16=320V\] e. Faktor Daya:\[\\ \cos \Phi =\frac{R}{Z}\\\cos \Phi =\frac{8}{10}\\\cos \Phi =0,8=80\%\]
1. Sepuluh buah kendala identik masing-masing sebesar 10 Ω disusun ibarat gambar berikut!
Tentukan kendala pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar rangkaian tersebut.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
- R2 dan R3 seri; \[\\ R_{23} =R_2+R_3\\\small R_{23} =10+10=20\Omega\]
- R4, R5 dan R6 seri; \[\\ R_{46} =R_4+R_5+R_6\\\small R_{46} =10+10+10=30\Omega\]
- R7, R8 , R9 dan R10 seri: \[\\ R_{710} =R_7+R_8+R_9+R_{10}\\\small R_{710} =10+10+10+10=40\Omega\]
- R1, R23, R46 dan R710 paralel: \[\small {\\\frac{1}{R} =\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_{23}}+\frac{1}{R_{46}}+\frac{1}{R_{710}}\\ \frac{1}{R} =\frac{1}{10}+\frac{1}{20}+\frac{1}{30}+\frac{1}{40}\\ \frac{1}{R} =\frac{12}{120}+\frac{6}{120}+\frac{4}{120}+\frac{3}{120}\\ \frac{1}{R} =\frac{25}{120}\\R=\frac{120}{25}\\R=4,8\Omega}\]
2. Dua kawat A dan B dialiri arus listrik I1 dan I2 masing-masing sebesar 2 A dan 3 A dengan arah keluar bidang baca. Tentukan besar dan arah besar lengan berkuasa medan magnet di titik C yang membentuk segitiga sama sisi dengan titik A dan B
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Menghitung B1 \[\\ \\B_{1}=\frac{\mu _{O}I_{1}}{2\pi a_{1}}\\B_{1}=\frac{4\pi .10^{-7}.2}{2\pi .2}\\B_{1}= 2.10^{-7}T\]Menghitung B2\[\\ \\\\\\B_{2}=\frac{\mu _{O}I_{2}}{2\pi a_{2}}\\B_{1}=\frac{4\pi .10^{-7}.3}{2\pi .2}\\B_{1}= 3.10^{-7}T\]Karena di soal diminta arah Medan Magnet, maka kita hitung dengan menguraikan medan magnetnya pada sumbu - x dan sumbu - y:
Medan Magnet pada sumbu -x:\[\\ \Sigma B_{x}=\small B_{2x}=B_{2}\cos 30\\\Sigma B_{x}=3.10^{-7}.0,5\sqrt{3}\\\Sigma B_{x}=1,5\sqrt{3}.10^{-7}T\] Medan Magnet pada sumbu -y:\[\\ \Sigma B_{y}=B_{2y}+B_{1}\\\Sigma B_{y}=\small B_{2}\sin 30+B_{1}\\\Sigma B_{y}=3.10^{-7}.0,5+2.10^{-7}\\\Sigma B_{y}=3,5.10^{-7}T\]Medan Magnet di C:\[\\ \\B=\small \sqrt{B_{x}^{2}+B_{y}^{2}}\\\\B=\small \sqrt{(1,5\sqrt{3})^{2}+(3,5)^{2}}\, .10^{-7}\\\\B=\small \sqrt{19}\, .10^{-7}T\]Arah Vektor Medan Magnet:\[\\ \\\tan \theta =\frac{\Sigma B_{y}}{\Sigma B_{x}} \\\tan \theta =\frac{3,5.10^{-7}}{1,5\sqrt{3}.10^{-7}}\\\tan \theta =1,347 \\ \theta =53,4^{o}\]
3. Muatan listrik +q1 = 10 μC ; +q2= 20 μC dan q3 terpisah di udara ibarat pada gambar.
Agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q2 = nol maka muatan q3 adalah....
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Agar gaya pada Q2 bernilai Nol, maka:\[\small F_{12}=F_{23}\\ k\frac{Q_{1}.Q_{2}}{R_{12}^{2}}=k\frac{Q_{2}.Q_{3}}{R_{23}^{2}} \\\frac{Q_{1}}{R_{12}^{2}}=\frac{Q_{3}}{R_{23}^{2}}\\ \\\frac{10\mu }{a^{2}}=\frac{Q_{3}}{(0,5a)^{2}}\\ \\Q_{3}=2,5\mu C\]
4. Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla ibarat pada gambar. Tentukan:
- besar GGL induksi
- kuat arus pada PQ
- Arah arus pada PQ
- Potensial lebih tinggi antara P dan Q
- Besar Gaya Lorentz pada PQ.
- Arah gaya Lorentz pada PQ
- Daya listrik pada PQ
- Pertanyaan paling sulit: siapakah yang buat soal ini?
- besar GGL induksi \[\\ {\\\varepsilon =Blv\sin 90\\\varepsilon =0,02.0,5.2.1\\\varepsilon =0,02V}\]
- kuat arus pada PQ \[\\ {\\i=\frac{\varepsilon }{R}\\i=\frac{0,02}{0,02}=1A}\]
- Arah arus pada PQ, dengan kaidah ajun diperoleh arus dari P ke Q.
Telunjuk = arah kecepatan (v)
Jari tengah = arah medan magnet (B)
- Potensial lebih tinggi antara P dan Q; alasannya yaitu arus mengalir dari P ke Q, maka potensial paling tinggi ada di P.
- Besar Gaya Lorentz pada PQ: \[\\ {F=Bil\sin 90\\F=0,02.1.0,5.1\\F=0,01N}\]
- Arah gaya Lorentz pada PQ berlawanan dengan kecepatan arah gerak PQ yaitu ke kiri.
- Daya pada PQ; \[\\ {P=i^{2}R\\P=1^{2}.0,02\\P=0,02Watt}\]
- Yang buat soal ini yaitu panitia ujian nasional, kemudian dimodifikasi oleh anak insan yang lain.
5. Resistor dengan kendala 8 Ohm, induktor dengan reaktansi induktif 22 Ohm dan kapasitor dengan reaktansi kapasitif 16 Ohm dirangkai seri dan dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik dengan tegangan efektif 200Volt. Tentukan:
a. Sifat rangkaian
b. Impedansi
c. Kuat arus
d. Tegangan pada R,L dan C
e. Faktor Daya
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
a.Sifat rangkaian: \[\\ X_{L}>X_{C}\\\Rightarrow \textrm{Rangkaian bersifat Induktif}\] b. Impedansi:\[\\ Z=\sqrt{R^{2}+(X_{L}-X_{C})^{2}}\\Z=\sqrt{8^{2}+(22-16)^{2}}\\Z=10\Omega\] c. Kuat arus:\[\\ i=\frac{V}{Z}=\frac{200}{10}\\i=20A\] d. Tegangan pada R,L dan C:\[\\ V_{R}=i.R\\V_R=20.8=160V\]\[\\ V_{L}=i.X_{L}\\V_L=20.22=440V\\ V_{C}=i.X_{C}\\V_C=20.16=320V\] e. Faktor Daya:\[\\ \cos \Phi =\frac{R}{Z}\\\cos \Phi =\frac{8}{10}\\\cos \Phi =0,8=80\%\]
Post a Comment (0)