soal fisika beserta pembahasannya

1. Panjang fokus sebuah lensa cembung (lensa konvergen) 15 cm. Benda yang tingginya 5 cm terletak di sebelah kiri lensa tersebut. Tentukan jarak bayangan, perbesaran bayangan, tinggi bayangan dan sifat bayangan jika jarak benda dari lensa cembung adalah 5 cm. Pembahasan Diketahui : Panjang fokus (f) = 15 cm Panjang fokus lensa cembung bertanda positif karena titik fokus lensa cembung dilalui berkas cahaya atau bersifat nyata. Tinggi benda (h) = 5 cm Jarak benda (s) = 5 cm Ditanya : jarak bayangan, perbesaran bayangan, tinggi bayangan dan sifat bayangan Jawab : Gambar pembentukan bayangan benda oleh lensa cembung : Jarak bayangan (s’) : 1/s’ = 1/f – 1/s = 1/15 – 1/5 = 1/15 – 3/15 = -2/15 s’ = -15/2 = -7,5 cm Jarak bayangan bertanda negatif artinya bayangan bersifat maya atau bayangan tidak dilewati berkas cahaya. Jarak bayangan 7,5 cm lebih besar daripada jarak benda 5 cm. Perbesaran bayangan (M) : M = -s’/s = -(-7,5)/5 = 7,5/5 = 1,5 kali Perbesaran bayangan bertanda positif artinya bayangan tegak atau tidak terbalik. Ukuran bayangan 1,5 kali lebih besar daripada ukuran benda. Tinggi bayangan (h’) : M = h’/h h’ = M h = (1,5)5 = 10/3 = 7,5 cm Tinggi bayangan bertanda positif artinya bayangan tegak atau tidak terbalik. Tinggi bayangan 7,5 cm lebih besar daripada tinggi benda 5 cm. Sifat bayangan Berdasarkan perhitungan di atas disimpulkan sifat-sifat bayangan benda yang dibentuk oleh lensa cekung adalah : - maya atau berkas cahaya tidak melewati bayangan - Tegak atau tidak terbalik - Diperbesar atau ukuran bayangan lebih kecil daripada ukuran benda - Jarak bayangan lebih besar daripada jarak benda 2. Suatu benda setinggi 10 cm berjarak 60 cm di depan lensa cekung yang mempunyai panjang fokus 30 cm. Hitung jarak bayangan, perbesaran bayangan, tinggi bayangan dan sifat-sifat bayangan! Pembahasan Diketahui : Panjang fokus (f) = -30 cm Panjang fokus lensa cekung bertanda negatif karena titik fokus lensa cekung tidak dilalui berkas cahaya atau bersifat maya. Tinggi benda (h) = 10 cm Jarak benda (s) = 60 cm Ditanya : Jarak bayangan (s’), perbesaran bayangan (M), tinggi bayangan (h’) dan sifat bayangan Jawab : Gambar pembentukan bayangan benda oleh lensa cekung : Jarak bayangan (s’) : 1/s’ = 1/f – 1/s = -1/30 – 1/60 = -2/60 – 1/60 = -3/60 s’ = -60/3 = -20 cm Jarak bayangan bertanda negatif artinya bayangan bersifat maya atau tidak dilewati berkas cahaya. Jarak bayangan 20 cm lebih kecil daripada jarak benda 60 cm. Perbesaran bayangan (M) : M = -s’/s = -(-20)/60 = 20/60 = 1/3 kali Perbesaran bayangan bertanda positif artinya bayangan tegak atau tidak terbalik. Ukuran bayangan 1/3 kali lebih kecil daripada ukuran benda. Tinggi bayangan (h’) : M = h’/h h’ = M h = (1/3)10 = 10/3 = 3,3 cm Tinggi bayangan bertanda positif artinya bayangan tegak atau tidak terbalik. Tinggi bayangan 3,3 cm lebih kecil daripada tinggi benda 10 cm. Sifat bayangan Berdasarkan perhitungan di atas disimpulkan sifat-sifat bayangan benda yang dibentuk oleh lensa cekung adalah : - maya atau berkas cahaya tidak melewati bayangan - tegak atau tidak terbalik - diperkecil atau ukuran bayangan lebih kecil daripada ukuran benda - jarak bayangan lebih kecil daripada jarak benda 3. Sebuah balok berada tegak di depan cermin datar. Gambarkan pembentukan bayangan oleh cermin datar dan tentukan sifat-sifat bayangan! Pembahasan Sifat-sifat bayangan : Maya (berkas cahaya tidak melewati bayangan) Tidak terbalik Ukuran bayangan = ukuran benda Jarak bayangan = jarak benda 4. Sebuah bandul sederhana terdiri dari tali yang mempunyai panjang 40 cm dan pada ujung bawah tali digantungi beban bermassa 100 gram. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2 maka periode dan frekuensi ayunan bandul sederhana adalah… Pembahasan Diketahui : Panjang tali (l) = 40 cm = 0,4 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Periode (T) dan frekuensi (f) Jawab : Rumus periode bandul sederhana : Keterangan : T = periode, l = panjang tali, g = percepatan gravitasi Periode bandul sederhana : Frekuensi bandul sederhana : Cara 1 : f = 1/T = 1/1,256 = 0,8 Hertz Cara 2 : 5. Hitunglah panjang dawai pada jam bandul yang berdetak satu kali per detik. Pembahasan Diketahui : Periode (T) = 1 sekon Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : Panjang dawai (l) Jawab : Rumus periode dawai : Panjang dawai : 6. Sebuah bandul sederhana mempunyai tali 50 cm dan beban bermassa 50 gram. Titik tertinggi beban adalah 10 cm di atas titik terendah. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan (a) periode dan frekuensi bandul (b) kelajuan beban pada titik terendah. Pembahasan Diketahui : Panjang tali (l) = 90 cm = 0,9 meter Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Perubahan ketinggian (h) = 20 cm = 0,2 meter Ditanya : (a) T dan f (b) v Jawab : (a) Periode (T) dan frekuensi (f) ayunan bandul sederhana Periode Frekuensi : f = 1/T = 1/1,884 = 0,53 Hertz. (b) Kelajuan (v) beban pada titik terendah Soal ini berkaitan dengan hukum kekekalan energi mekanik. Ketika berada pada titik tertinggi, beban mempunyai energi potensial gravitasi maksimum dan beban tidak mempunyai energi kinetik karena beban diam sesaat ketika berbalik arah. Pada saat beban mulai bergerak ke bawah, energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik. Ketika berada pada titik terendah, semua energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik. Jadi pada titik terendah, energi kinetik beban bernilai maksimum dan energi potensial gravitasi beban bernilai nol. Energi mekanik awal = energi potensial gravitasi = m g h Energi mekanik akhir = energi kinetik = ½ m v2 Hukum kekekalan energi mekanik : Energi mekanik awal = energi mekanik akhir Energi potensial gravitasi = energi kinetik m g h = ½ m v2 2 g h = v2 (2)(10)(0,2) = v2 4 = v2 v = 2 m/s 7. Suatu pegas mempunyai konstanta 100 N/m. Ujung atas pegas dikaitkan pada penyanggah dan ujung bawah pegas digantungi beban bermassa 4 kg. Jika pegas digetarkan harmonik sederhana maka periode dan frekuensi getaran pegas adalah… Pembahasan Diketahui : Konstanta pegas (k) = 100 N/m Massa beban (m) = 4 kg Ditanya : Periode (T) dan frekuensi (f) pegas Jawab : Rumus periode gerak harmonik sederhana : Keterangan : T = periode getaran pegas, m = massa beban, k = konstanta pegas Periode getaran pegas : Frekuensi getaran pegas : f = 1/T = 1/1,256 = 0,8 Hertz 8. Data hasil percobaan pertambahan panjang pegas ketika digantungi beban ditunjukan pada tabel di bawah. Jika pegas tersebut digantungi beban bermassa 50 gram lalu pegas digetarkan harmonik sederhana maka frekuensi dan periode getaran sistem pegas-beban adalah… Pembahasan Diketahui : Massa beban (m) = 50 gram = 0,05 kg Konstanta pegas (k) = …. Ditanya : Frekuensi (f) dan periode (T) Jawab : Konstanta pegas : Frekuensi getaran pegas : Periode getaran pegas : T = 1/f = 1/15,9 = 0,06 sekon