Kunci Jawaban Intan Pariwara Kelas 12 Fisika Edisi Lama PDF

Preview

Summary

Setelah mempelajari bab ini, pesera didik mampu: 1. memahami sifat-sifat gelombang bunyi dan memahami fenomena-fenomena bunyi seperti efek Doppler, resonansi, serta frekuensi harmonik pada dawai dan pipa organa; 2. memahami karakteristik cahaya sebagai gelombang serta memahami penerapan sifat polar...

Description

Setelah mempelajari bab ini, pesera didik mampu: 1. memahami sifat-sifat gelombang bunyi dan memahami fenomena-fenomena bunyi seperti efek Doppler, resonansi, serta frekuensi harmonik pada dawai dan pipa organa; 2. memahami karakteristik cahaya sebagai gelombang serta memahami penerapan sifat polarisasi gelombang cahaya dalam teknologi. Berdasarkan pengetahuan dan keterampilan yang dikuasai, peserta didik: 1. mengolah data hasil praktikum kemudian menarik kesimpulan berdasarkan data akhir yang diperoleh; 2. memecahkan penyebab fenomena yang terjadi dalam kehidupan berkaitan dengan gelombang cahaya melalui pengamatan.

Bunyi dan Cahaya

Gelombang Bunyi

• • •

Melakukan diskusi kecepatan bunyi dalam zat padat. Melakukan praktikum menentukan variabel dalam fenomena dawai. Melakukan praktikum menentukan variabel dalam fenomena pipa organa.

Gelombang Cahaya

•

•

• •

• • • • • • •

Melakukan diskusi tentang fenomena alam berkaitan dengan sifat cahaya dapat terdispersi. Melakukan percobaan mandiri membuktikan sifat cahaya dapat terdifraksi menggunakan keping CD bekas dan laser. Melakukan praktikum penyelidikan pola difraksi menggunakan kisi dan laser. Melakukan studi literatur dilanjutkan diskusi menentukan cara kerja LCD.

Mensyukuri nikmat Tuhan telah diciptakannya gelombang bunyi dan cahaya yang memiliki karakteristik unik yang menunjang teknologi ciptaan manusia untuk mempermudah kehidupan. Mampu menjelaskan tentang kelajuan bunyi pada benda padat dengan kegiatan eksplorasi dan diskusi. Mampu mengidentifikasi variabel-variabel dalam fenomena dawai dan pipa organa melalui kegiatan praktikum. Mampu mengidentifikasi dan menganalisis fenomena alam dikaitkan dengan karakteristik cahaya. Mampu menganalisis difraksi cahaya menggunakan keping CD bekas. Mampu mengidentifikasi variabel-variabel difraksi oleh kisi melalui kegiatan praktikum. Mampu menjelaskan cara kerja LCD berdasarkan sifat polarisasi cahaya pada kristal cair.

Fisika Kelas XII

1

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: c Bunyi adalah gelombang mekanik yang membutuhkan medium untuk merambat. Bunyi merupakan gelombang longitudinal karena memiliki arah rambat sejajar dengn arah getarnya. Gelombang bunyi juga dapat dibiaskan jika melewati dua medium yang berbeda indeks biasnya. Selain itu, bunyi juga mengalami difraksi saat melalui celahcelah sempit. 2. Jawaban: c Angkasa merupakan ruang hampa udara sehingga gelombang bunyi tidak dapat merambat melaluinya. Gelombang cahaya, gelombang radio, gelombang inframerah, dan gelombang ultraviolet dapat merambat tanpa ada medium (ruang hampa udara). Dengan demikian, gelombang bunyi bintang yang meledak tidak bisa sampai ke bumi. 3. Jawaban: b Diketahui: T = 0°C ρ = 1.000 kg/m3 B = 2,1 × 109 N/m3 Ditanyakan: v Jawab: v = =

B

ρ 2,1 × 109 N/m3 1.000 kg/m3

= 1.449 m/s = 1,45 km/s

Jadi, kelajuan bunyi dalam air sebesar 1, 45 km/s. 4. Jawaban: a Diketahui: vs = 0 vp = +vp Ditanyakan: fp Jawab: fp = =

v ± vp v ± vs v + vp v +0

fs fs =

v + vp v

fs

Jadi, persamaan yang benar adalah pilihan a. 5. Jawaban: d Diketahui: v vA vB fA

= 1.533 m/s = 8 m/s = 9 m/s = 1.400 Hz

Ditanyakan: fB Jawab: fB = =

Bunyi dan Cahaya

⎛ 1.533 m/s + 9 m/s ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ 1.533 m/s − 8 m/s ⎠

(1.400 Hz)

= 1.415,6 Hz ≈ 1.416 Hz Jadi, frekuensi yang dideteksi awak kapal selam B sebesar 1.416 Hz. 6. Jawaban: d Benda memiliki frekuensi alami. Begitu juga gelas juga memiliki frekuensi alaminya sendiri. Ketika dentuman memiliki frekuensi yang sama dengan frekuensi alami gelas dan sefase, amplitudo getaran gelas menjadi besar. Mengingat energi getaran sebanding dengan kuadrat amplitudo maka energi getaran gelas juga menjadi sangat besar. Ketidakmampuan gelas menahan energi yang bekerja padanya menyebabkan gelas pecah. 7. Jawaban: e Resonansi adalah peristiwa bergetarnya sebuah benda karena getaran benda lain yang disebabkan oleh kesamaan frekuensi getaran dengan frekuensi alami benda yang ikut bergetar. Contoh peristiwa resonansi dapat dilihat pada opsi a, b, c, dan d. Sementara peristiwa pada opsi e adalah efek Doppler. 8. Jawaban: d Diketahui: A = 0,80 m v = 400 m/s Ditanyakan: f0 Jawab: f0 =

2(0) + 1 v 2A v

400 m/s

= 250 Hz = 2A = 2(0,80 m) Jadi, frekuensi nada dasar 250 Hz. 9. Jawaban: a Diketahui: m = 16 g = 0,016 kg A = 80 cm = 0,8 m F = 800 N Ditanyakan: f0 Jawab: Nada dasar pada dawai: v = =

2

⎛ v + vB ⎞ ⎜ ⎟ fA ⎝v −vA ⎠

FA m

(800 N)(0,8 m) 0,016 kg

=

40.000 m2 /s2 = 200 m/s

v

Jawab:

200 m/s 2(0,8 m)

I2 I1

=

⎛ R1 ⎞ ⎜R ⎟ ⎝ 2⎠

I2 I

=

⎛ R1 ⎞ ⎜ 3R ⎟ ⎝ 1⎠

I2 I

=

1 9

f0 = 2A =

= 125 Hz

Jadi, frekuensi nada yang dihasilkan sebesar 125 Hz. 10. Jawaban: c Diketahui: Abuka f0 buka Adawai v vdawai Ditanyakan: n Jawab: f0 buka = fn dawai v 2A 340 m/s 2(0,25 m)

=

n +1 v 2A

=

n +1 2(1,5 m)

= 25 cm = 0,25 m = fn dawai = 150 cm = 1,5 m = 340 m/s = 510 m/s

(510 m/s)

680/s = (n + 1)(170/s) n+1 =

680/s 170/s

n+1 =4 n =3 Jadi, frekuensi yang dihasilkan adalah nada atas ketiga. 11. Jawaban: d Hubungan antara panjang pipa dan panjang gelombang untuk pipa organa terbuka adalah: L=

1 λ, 2 0

λ,

3 λ, 2 2

2

2

x = 3L Hubungan antara panjang pipa dan panjang gelombang untuk pipa organa tertutup adalah: 3

5

L′ = 4 λ0, 4 λ1, 4 λ2, . . . Untuk nada atas kedua berlaku: 5

4

L′ = 4 λ2 atau λ2 = 5 L′ Oleh karena panjang kedua pipa sama, yaitu L′ = L′ maka perbandingan panjang gelombang adalah: x y

=

2 L 3 4 L′ 5

1 I 9 1

Jadi, besar intensitas akhir menjadi 9 kali intensitas semula atau menurun 9 kali dari intensitas semula. 13. Jawaban: d Diketahui: TI1 = 80 dB n = 10 Ditanyakan: TI2 Jawab: TI2 = TI1 + 10 log n = 80 + 10 log 10 = 80 + 10 = 90 Jadi, taraf intensitasnya 90 dB. 14. Jawaban: e I1 =

P A

→ I2 = 2

TI1 = 10 log

I1 I0

P A

= 2I1

→ TI2 = 10 log

5

= 6

Jadi, x : y = 5 : 6. 12. Jawaban: a Diketahui: R2 = 3R1 I1 = I Ditanyakan: I2

I2 I0

= 10 log

2I1 I0

= 10(log

I1 I0

...

L = 2 λ2 atau λ2= 3 L

1

2

→ I2 =

Untuk nada atas kedua berlaku: 3

2

+ log 2)

= TI1 + 10 log 2 Kelajuan bunyi tidak berubah dengan asumsi kerapatan udara tidak berubah. Oleh karena nada yang dimainkan sama, maka panjang gelombang dan frekuensi tidak berubah. Jadi, parameter fisis yang berubah menjadi dua kali semula adalah intensitas. 15. Jawaban: d Peristiwa layangan bunyi adalah timbulnya bunyi keras lemah secara bergantian karena perbedaan frekuensi sedikit antara dua sumber bunyi. Pada perbedaan frekuensi antara 0-4 Hz, pelayangan bunyi belum terjadi karena pada selisih frekuensi itu telinga manusia belum sensitif untuk membedakan. B. Uraian 1. Diketahui:

v = 1.533 m/s x = 110 m Ditanyakan: t

Fisika Kelas XII

3

Jawab: x =

vt 2

4. Diketahui: →t = =

2x v 2(110 m) 1.533 m/s

= 0,14 s

Jadi, waktu yang dibutuhkan lumba-lumba untuk mendeteksi mangsanya adalah 0,14 sekon.

F1 = 100 N f1 = f0 f2 = 2f0 Ditanyakan: F2 Jawab: 1

f0 : 2f0 = 2L

2. Frekuensi gema klakson mobil akan terdengar lebih tinggi karena terjadi efek Doppler. Dinding tebing dianggap sebagai sumber bunyi karena memantulkan bunyi klakson mobil. Mobil bergerak mendekati dinding yang diam, sehingga persamaan efek Doppler sebagai berikut. fp =

v ±vp v ±0

fs

Berdasarkan persamaan tampak bahwa frekuensi yang diterima pendengar lebih besar. I = 2 × 10–7 W/m2 n =2 Ditanyakan: ΔTI Jawab:

3. Diketahui:

TI1 = 10 log

2 × 10 −7 1 × 10 −12

4 × 10 −7 1 × 10 −12

= 10 log 4 × 105 = 10 log 105 + 10 log 4 = 50 + 6 = 56 ΔTI = TI2 – TI1 = 56 dB – 53 dB = 3 dB Jadi, kenaikan taraf intensitas yang dialami karyawan tersebut sebesar 3 dB.

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: d Cahaya mengalami pembiasan ketika melalui dua medium yang berbeda indeks biasnya. Cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika melewati medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat. Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal jika melewati medium lebih rapat menuju medium yang

4

Bunyi dan Cahaya

=

1 2

=

1 2

=

F2

1 μ : 2L

μ

F1 F2

100 F2

10 F2

F2 = 400 N Jadi, tegangan dawai sebesar 400 N. 5. Diketahui:

v = 340 m/s f3 = 240 Hz Ditanyakan: L Jawab: a. Pipa organa terbuka

= 10 log 2 × 105 = 10 log 105 + 10 log 2 = 50 + 3 = 53 TI2 = 10 log

1 2

F1

f3 = 240 Hz =

b.

(n + 1)v 2L

=

(3 + 1)v 2L

2v

= L

2(340 m/s) L

L ≈ 2,83 m Panjang minimum pipa berkisar 2,83 m. Pipa organa tertutup f3 =

(2(3) + 1)v 4L 7

f3 = 4L v 7

240 Hz = 4L (340 m/s) L=

2.380 m/s 960 Hz

≈ 2,48 m

Jadi, panjang minimum pipa berkisar 2,48 m.

kurang rapat. Pada peristiwa pembiasan juga dapat terjadi pemantulan ketika sudut datang lebih besar dari sudut kritis. Keadaan ini hanya terjadi jika cahaya merambat dari medium rapat ke medium kurang rapat. Oleh karena itu, pernyataan yang tepat adalah (1), (3), dan (4). 2. Jawaban: c Meskipun tidak terkena cahaya matahari langsung, sesungguhnya benda-benda di sekitar kita

memantulkan cahaya matahari dan masuk ke mata. Peristiwa ini yang menyebabkan efek terang pada ruangan. Pemantulan yang terjadi adalah pemantulan baur karena sinar tidak selalu jatuh pada permukaan yang licin dan mengilap. 3. Jawaban: e Sinar matahari tergolong cahaya polikromatis. Ketika dilewatkan pada sebuah prisma akan terjadi dispersi cahaya. Dispersi ini adalah efek pembiasa cahaya oleh masing-masing frekuensi penyusun cahaya putih. Urutan pembiasan cahaya dimulai dengan cahaya yang memiliki panjang gelombang terbesar dan frekuensi terkecil yaitu merah-jinggakuning-hijau-biru-nila-ungu. Oleh karena itu, pernyataan yang paling tepat adalah pernyataan pada opsi e. 4. Jawaban: a Jika sinar datang membentuk sudut 60° terhadap cermin, sudut datangnya sebesar 30°. Sudut datang adalah sudut yang dibentuk antara sinar datang dengan garis normal. Berdasarkan hukum pemantulan, besar sudut pantul sama dengan besar sudut datang. Oleh karena itu, sudut pantulnya sebesar 30°. 5. Jawaban: b Sesuai hukum pembiasan, cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika melewati medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat. Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal jika melewati medium lebih rapat menuju medium yang kurang rapat. Pada opsi a, kaca lebih rapat dibandingkan udara sehingga pembiasan seharusnya mendekati garis normal. Pada opsi c, udara lebih renggang dibandingkan kaca sehingga pembiasan seharusnya menjauhi garis normal. Pada opsi d, air lebih rapat dibandingkan udara sehingga pembiasan seharusnya mendekati garis normal. Pada opsi e, kaca lebih rapat dibandingkan udara sehingga pembiasan seharusnya mendekati garis normal, lalu menjauhi garis normal. Oleh karena itu, jawaban yang paling tepat adalah opsi b. 6. Jawaban: d Interferensi maksimum orde ke-n adalah: 1 2

d sin θ = nλ atau d sin θ = (2n) λ d sin θ sebesar 2n dari setengah panjang gelombang. 7. Jawaban: c Diketahui: y d L n

= 3 × 10–2 m = 0,2 × 10–3 m =2m =2

Ditanyakan: λ Jawab: yd L (3 × 10

−2

m) (0,2 × 10 2m

−3

m)

= nλ = 2λ

2 λ = 3 × 10–6 m

λ=

3 × 10−6 2

m

λ = 1,5 × 10–6 m = 1.500 nm Jadi, panjang gelombangnya 1.500 nm. 8. Jawaban: e Diketahui: N = 20.000 garis/cm Ditanyakan: d Jawab: d = =

1 N 1 20.000 garis/cm

= 5 × 10–5 cm = 5 × 10–7 m

Jadi, nilai konstanta kisi difraksi tersebut sebesar 5 × 10–7 m. 9. Jawaban: c Diketahui: λ d L n Ditanyakan: y Jawab: yd L

= 9 × 10–7 m = 0,01 mm = 1 × 10–5 m = 20 cm = 0,2 m =2

= nλ

y= =

nλL d (2)(9 × 10 −7 )(0,2 m) 1 × 10 −5 m

= 3,6 × 10–2 m = 3,6 cm

Jadi, jarak terang orde dua dengan terang pusat sejauh 3,6 cm. 10. Jawaban: d Cara memperoleh cahaya terpolarisasi sebagai berikut. 1) Penyerapan selektif (absorpsi) 2) Pembiasan ganda 3) Pemantulan 4) Hamburan 11. Jawaban: c Cahaya dilewatkan larutan gula akan mengalami polarisasi karena pemutaran arah getar. Langit berwarna biru karena peristiwa hamburan cahaya. Hamburan adalah salah satu cara membuat cahaya terpolarisasi. Cahaya dari udara menuju air akan mengalami pembiasan dan pemantulan yang menyebabkan cahaya terpolarisasi. Pola spektrum oleh kisi adalah peristiwa difraksi. Oleh karena itu, peristiwa polarisasi ditunjukkan oleh pernyataan (1), (2), dan (3).

Fisika Kelas XII

5

12. Jawaban: c Diketahui: λ L d n Ditanyakan: y2 Jawab: y2 = =

B. Uraian = 4.500 Å = 4,5 × 10–7 m = 1,5 m = 0,3 mm = 3 × 10–4 m =2

Lnλ d (1,5 m)(2)(4,5 × 10 −7m) 3 × 10 −4

= 4,5 × 10–3 m = 4,5 mm

Jadi, jarak pita terang kedua dari terang pusat sebesar 4,5 mm. 13. Jawaban: b Diketahui: λ = 520 nm = 520 × 10–9 m = 5,20 × 10–7 m d = 0,0440 mm = 4,4 × 10–5 m Ditanyakan: θ Jawab: d sin θ = nλ 4,4 × 10–5 sin θ = 1(5,20 × 10–7) sin θ =

5,20 × 10−7 4,4 × 10 −5

θ = arc sin (0,0118) θ = 0,68° Jadi, besar sudut difraksi dari terang pusat ke terang orde pertama sebesar 0,68°. 14. Jawaban: e LED menggunakan sumber cahaya berupa light emitting diode sehingga konsumsi listriknya lebih hemat. Keunggulan LED yang lain adalah memiliki kontras gambar yang lebih tajam. LED dan LCD sama-sama menggunakan kristal cair untuk mempolarisasi cahaya. Ukuran keduanya juga relatif sama tipis. LED memiliki risiko terjadinya deadpixel (piksel mati), sedangkan LCD tidak memiliki risiko tersebut. 15. Jawaban: e Cahaya memiliki dua arah getar. Ketika cahaya memasuki polarisator horizontal, arah getar vertikal cahaya akan terpolarisasi (terserap) sehingga hanya tersisa arah getar horizontal. Jika cahaya yang hanya memiliki arah getar horizontal melewati polarisator vertikal, arah getar tersebut akan terpolarisasi sehingga seluruh arah getar cahaya terserap. Akibatnya, tidak ada berkas cahaya yang diloloskan.

6

Bunyi dan Cahaya

1. Minyak yang tumpah akan menghasilkan lapisan tipis. Jika terkena sinar matahari, akan terjadi interferensi. Warna-warna indah pada permukaan minyak ditimbulkan oleh adanya perbedaan fase gelombang yang mengenainya. 2. Diketahui: d = 0,5 mm = 5 × 10–4 m L = 100 cm = 1 m y = 0,4 mm = 4 × 10–4 m n =1 Ditanyakan: λ Jawab: yd L

λ

= nλ =

yd nL

=

(4 × 10−4 )(5 × 10−4 ) (1)(1m)

= 2 × 10–7 m Jadi, panjang gelombang yang digunakan 2 × 10–7 m.

λ = 500 nm = 5 × 10–7 m L=1m n=2 y = 4 cm = 4 × 10–2 m Ditanyakan: d Jawab:

3. Diketahui:

y

sin θ = L sin θ =

4 × 10−2 m 1m

= 4 × 10–2

sin θ = 4 × 10–2 d sin θ = nλ nλ

d = sin θ =

2(5 × 10−7 m) 4 × 10−2

= 2,5 × 10–5 m

Jadi, lebar celah 2,5 × 10–5 m. 4. Tinjau hukum pembiasan sin θ i sin θ r

=

n2 n1

sin θ i sin θ r

=

1,333 1

→ sin θr =

sin θi 1,333

= 0,75 sin θ1

Hasil dari penurunan persamaan ini membuktikan bahwa besar sudut bias lebih kecil dari sudut datang. Oleh karena itu cahaya tampak mendekati garis normal. 5. Ketika kisi dikenai sinar polikromatik, akan terbentuk pola gelap terang. Pola terang terdiri atas spektrum warna pelangi. Sementara jika kisi dilewati sinar monokromatik, akan terbentuk pola gelap terang pula. Pola terang bukan berupa spektrum, tetapi warna sesuai frekuensi.

A. Pilihan Ganda 1. Jawaban: a Bunyi dapat mengalami pemantulan, pembiasan, dan interferensi (pemaduan). Namun, bunyi tidak dapat mengalami dispersi karena peristiwa dispersi hanya dapat dialami oleh cahaya. Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromatik menjadi monokromatik melalui karena melewati prisma. Bunyi juga tidak mengalami polarisasi. Polarisasi adalah penyerapan arah getar. Bunyi tidak dapat terpolarisasi karena mempunyai arah getar yang sejajar dengan arah rambat. 2. Jawaban: c Diketahui: I = 10–9 W/m2 I0 = 10–12 W/m2 n = 100 Ditanyakan: TIn Jawab: TIn = TI + 10 log n = 10 log = 10 log

I I0

+ 10 log 100

= 10 log 1.000 + 10 log 100 = 30 + 20 = 50 Jadi, taraf intensitas bunyi 100 mesin ini sama dengan bunyi mobil (3). 3. Jawaban: a Diketahui: v = 325 m/s v s = 25 m/s Ditanyakan: fp : fp 1 2 Jawab: Saat sumber bunyi mendekati pendengar: fp = 1

v v − vs

fs =

325 325 − 25

fs =

325 300

fs

Saat sumber bunyi menjauhi pendengar: fp = 2

v v + vs

fp : fp = 1

2

fp1 fp2 fp1 fp2

=

fs =

325 300

325 325 + 25

fs :

325 350

fn = f2 = 1.700 Hz = A=

n +1 v 2A 3v 2A 3(340 m/s) 2A 3(340 m/s) (1.700 Hz)(2)

= 0,3 m = 30 cm

Jadi, panjang suling adalah 30 cm.

+ 10 log 100

10−9 10−12

4. Jawaban: e Diketahui: f2 = 1.700 Hz v = 340 m/s n =2 Ditanyakan: A Jawab

fs = 325 fs 350

fs

350 300

= 7 6

Jadi, perbandingan antara frekuensi yang diterima pada saat sumber bunyi mendekati dan menjauhi adalah 7 : 6.

5. Jawaban: e Kesimpulan efek Doppler 1) Apabila pergerakan sumber bunyi dan pendengar mengakibatkan jarak keduanya berkurang maka frekuensi pendengar menjadi lebih besar (fp > fs). 2) Apabila pergerakan sumber bunyi dan pendengar mengakibatkan jarak keduanya bertambah maka frekuensi terdengar menjadi lebih kecil (fp < fs). 3) Meskipun sumber bunyi dan pendengar bergerak tetapi jarak keduanya konstan maka frekuensi terdengar tetap (f p = f s ) dan pergerakan medium tidak akan berpengaruh. Dengan demikian: 1) Sumber dapat mengejar pendengar sehingga jarak keduanya semakin kecil, akibatnya frekuensi terdengar bertambah (fp > fs). Pernyataan 1) benar 2) Pendengar mendekati sumber yang diam sehingga jarak keduanya semakin kecil, akibatnya frekuensi terdengar bertambah. (fp > fs) Pernyataan 2) benar 3) Sumber menjauhi pendengar yang diam sehingga jarak keduanya semakin besar, akibatnya frekuensi terdengar berkurang. (f p < fs) Pernyataan 3) benar 4) Jarak sumber dengan pendengar konstan sehingga frekuensi terdengar tetap (fp = fs) meskipun medium bergerak. Pernyataan 4) benar

Fisika Kelas XII

7

6. Jawaban: b Diketahui: TI = 60 dB n = 100 Ditanyakan: TIn Jawab: TIn = TI + 10 log n = 60 + 10 log 100 = 60 + 20 = 80 Jadi, taraf intensitas bunyi yang dihasilkan 100 buah sumber bunyi adalah 80 dB. 7. Jawaban: e Diketahui: vp vs f...