PERTANYAAN NOMOR 41 - 50 DAN PEMBAHASAN KOMPETISI SAINS NASIONAL SELEKSI TINGKAT KABUPATEN/KOTA SURABAYA 2020 BIDANG IPA

Pertanyaan nomor 41

Untuk mengusir burung pemakan padi di sawah digunakan suatu alat penghasil bunyi pada frekuensi tertentu. Suatu penelitian menunjukkan bahwa pada kisaran frekuensi 42 kHz sampai 50 kHz burung pemakan padi menunjukkan perilaku terganggu. Bunyi tidak nyaman yang didengar oleh burung tersebut termasuk pada daerah frekuensi ....

A. infrasonik

B. audiosonik

C. ultrasonik

D. audiosonik dan ultrasonik

Jawaban: C

Pembahasan: 

Bunyi-bunyi yang dapat didengar oleh manusia biasanya berada pada rentang frekuensi audiosonik, yaitu sekitar 20 Hz hingga 20 kHz. Bunyi yang memiliki frekuensi di atas 20 kHz disebut ultrasonik, dan bunyi di bawah 20 Hz disebut infrasonik.

Dari penelitian yang dilakukan, kita tahu bahwa burung pemakan padi terganggu oleh bunyi pada kisaran frekuensi 42 kHz sampai 50 kHz. Karena kisaran frekuensi ini berada di atas 20 kHz (batas atas frekuensi manusia), maka bunyi tersebut masuk dalam kategori ultrasonik.

Pertanyaan nomor 42

Sebuah senar gitar terbuat dari kawat bermassa 10 g dan panjangnya 70 cm. Jika senar ditarik dengan gaya sebesar 70 N, frekuensi nada dasar yang dihasilkan sebesar ... Hz.

A. 100

B. 81

C. 64

D. 50

Jawaban: D

Pembahasan: 

Untuk menghitung frekuensi nada dasar yang dihasilkan oleh senar gitar, kita dapat menggunakan rumus:

$�=\frac{1}{2�}\sqrt{\frac{�}{�}}$

Di mana:

• $�$ adalah frekuensi (Hz)
• $�$ adalah panjang senar (m)
• $�$ adalah gaya tarik (N)
• $�$ adalah massa linier senar (kg/m)

Kita perlu mengonversi beberapa satuan: massa 10 g menjadi 0,01 kg dan panjang 70 cm menjadi 0,7 m.

Selanjutnya, kita menghitung $�$ dengan membagi massa dengan panjang:

$�=\frac{0,01\text{kg}}{0,7\text{m}}=0,0143\text{kg/m}$

Kemudian kita substitusi nilai-nilai tersebut ke dalam rumus:

$�=\frac{1}{2\times 0,7}\sqrt{\frac{70}{0,0143}}$ $�=\frac{1}{1,4}\sqrt{4900}$ $�=\frac{1}{1,4}\times 70$ $�=50\text{Hz}$

Pertanyaan nomor 43

Seutas dawai dengan rapat massa 0,08 kg/m dihubungkan dengan sebuah sumber getaran, sehingga pada tali itu merambat gelombang transversal dengan kecepatan 25 m/s dan panjang gelombang 2 m. Tegangan dawai dan frekuensi gelombang tersebut adalah …

A.   50 N dan 0,08 Hz

B.   50 N dan 12,5 Hz

C.   2 N dan 0,08 Hz

D.   2 N dan 12,5 Hz

Jawaban: B

Pembahasan: 

Kecepatan gelombang $�$ pada dawai dapat dihitung menggunakan rumus:

$�=\sqrt{\frac{�}{�}}$

Di mana:

• $�$ adalah kecepatan gelombang (m/s)
• $�$ adalah tegangan dawai (N)
• $�$ adalah rapat massa dawai (kg/m)

Kita ingin mencari tegangan $�$, jadi kita isolasi $�$ dari rumus di atas:

$�=�\times {�}^2$

Kita diberikan nilai $�=0,08\text{kg/m}$ dan $�=25\text{m/s}$, jadi kita bisa menghitung tegangan $�$:

$�=0,08\text{kg/m}\times (25\text{m/s}{)}^2=50\text{N}$

Selanjutnya, kita dapat menghitung frekuensi $�$ gelombang menggunakan rumus:

$�=�\times �$

Di mana:

• $�$ adalah frekuensi (Hz)
• $�$ adalah panjang gelombang (m)

Kita ingin mencari $�$, jadi kita isolasi $�$ dari rumus di atas:

$�=\frac{�}{�}$

Diberikan $�=25\text{m/s}$ dan $�=2\text{m}$, kita bisa menghitung frekuensi $�$:

$�=\frac{25\text{m/s}}{2\text{m}}=12,5\text{Hz}$

Pertanyaan nomor 44

Sebuah pegas yang panjangnya 20 cm digantungi beban, sehingga muatan panjangnya berubah menjadi 21 cm. Pada keadaan tersebut, secara perlahan beban ditarik ke bawah hingga panjang pegas mencapai 22 cm. Setelah tarikan dilepas, beban bergerak turun naik. Waktu yang diperlukan beban untuk 10 kali kembali ke titik saat dilepaskan adalah 2 detik. Amplitudi dan frekuensi osilasi pegas tersebut adalah … (g = 10 m/s^2)

A. 3 cm dan 10 Hz

B. 1 cm dan 5 Hz

C. 2 cm dan 5 Hz

D. 3 cm dan 5 Hz

Jawaban: B

Pembahasan: 

Amplitudo dan frekuensi osilasi suatu pegas dapat dihitung dari periode osilasi ($�$) yang diberikan dan percepatan gravitasi ($�$).

Periode osilasi ($�$) adalah waktu yang diperlukan oleh benda untuk melakukan satu kali osilasi (berayun naik-turun). Dalam kasus ini, diberikan bahwa waktu yang diperlukan beban untuk 10 kali kembali ke titik awal (saat dilepaskan) adalah 2 detik. Oleh karena itu, periode osilasi ($�$) adalah 2 detik dibagi 10, yaitu $�=0.2$ detik.

Frekuensi ($�$) osilasi adalah kebalikan dari periode, yaitu $�=\frac{1}{�}$. Dalam kasus ini, $�=\frac{1}{0.2}=5$ Hz.

Untuk menghitung amplitudo ($�$) osilasi, kita menggunakan rumus:

$�=\frac{\mathrm{\Delta }�}{2}$

Di mana $\mathrm{\Delta }�$ adalah perubahan panjang pegas dari posisi semula (20 cm) ke amplitudo maksimal (22 cm). Oleh karena itu, $\mathrm{\Delta }�=22-20=2$ cm.

Substitusi nilai $\mathrm{\Delta }�$ ke dalam rumus, kita dapatkan $�=\frac{2}{2}=1$ cm.

Jadi, jawaban yang benar adalah:

B. 1 cm dan 5 Hz

Pertanyaan nomor 45

Seorang anak mengamati pita-pita warna yang terlihat di permukaan gelembung sabun. Pita-pita warna ini terbentuk karena peristiwa ... cahaya di permukaan gelembung sabun.

A. refleksi difus

B. refleksi spekular

C. interferensi

D. difraksi

Jawaban: C

Pembahasan: 

Pita-pita warna yang terlihat di permukaan gelembung sabun terbentuk karena peristiwa interferensi cahaya. Interferensi adalah perpaduan dua gelombang yang koheren, yaitu memiliki amplitudo dan panjang gelombang sama, serta beda fase tetap. Ketika cahaya dari matahari mengenai permukaan gelembung sabun, cahaya tersebut akan dipantulkan oleh kedua lapisan film tipis sabun. Kedua berkas cahaya yang dipantulkan ini akan mengalami interferensi, dan menghasilkan pita-pita warna yang berbeda-beda.

Pertanyaan nomor 46

Pada peristiwa pemantulan baur atau difus, seberkas sinar datang dipantulkan dengan sudut yang .... yang berbeda derajat bujurnya

A. lebih besar dari sudut datang

B. lebih kecil dari sudut datang

C. beragam

D. sama dengan sudut datang

Jawaban:

Pembahasan: 

Pada peristiwa pemantulan difus (atau disebut juga pemantulan baur), seberkas sinar datang akan dipantulkan dengan sudut yang beragam. Ini berbeda dengan pemantulan teratur di mana sudut datang dan sudut pantulnya sama. Dalam pemantulan difus, sinar-sinar cahaya dipantulkan secara acak dari permukaan, sehingga sudut-sudut pantulnya bisa berbeda-beda. Hal ini terjadi karena permukaan benda yang memantulkan sinar tidak rata, sehingga sinar datang dipantulkan ke berbagai arah.

Pertanyaan nomor 47

Sebuah lensa cembung memiliki panjang fokus 15 cm. Di depan lensa tersebut diletakkan benda pada jarak 10 cm. Bayangan benda terbentuk ..

A. 30 cm di depan lensa dan bersifat maya

B. 30 cm di belakang lensa dan bersifat nyata

C. 6 cm di depan lensa dan bersifat maya

D. 6 cm di belakang lensa dan bersifat nyata

Jawaban: D

Pembahasan: 

Untuk memecahkan masalah ini, kita dapat menggunakan rumus lensa yang dikenal sebagai rumus lensa cembung:

$\frac{1}{�}=\frac{1}{{�}_{�}}+\frac{1}{{�}_{�}}$

Di mana:

• $�$ adalah panjang fokus lensa (dalam cm)
• ${�}_{�}$ adalah jarak benda dari lensa (dalam cm)
• ${�}_{�}$ adalah jarak bayangan dari lensa (dalam cm)

Dalam kasus ini, $�=15$ cm dan ${�}_{�}=-10$ cm (karena benda berada di depan lensa), dan kita ingin mencari nilai ${�}_{�}$.

Mari kita substitusi nilai-nilai tersebut ke dalam rumus:

$\frac{1}{15}=\frac{1}{-10}+\frac{1}{{�}_{�}}$

Kita akan mencari ${�}_{�}$:

$\frac{1}{{�}_{�}}=\frac{1}{15}-\frac{1}{-10}$ $\frac{1}{{�}_{�}}=\frac{2}{30}+\frac{3}{30}$ $\frac{1}{{�}_{�}}=\frac{5}{30}$ ${�}_{�}=\frac{30}{5}=6$ cm

Karena hasilnya positif, bayangan yang terbentuk adalah nyata dan berada di belakang lensa. Jadi, jawaban yang benar adalah:

D. 6 cm di belakang lensa dan bersifat nyata

Pertanyaan nomor 48

Garis gaya listrik di dekat sebuah muatan listrik ... garis gaya listrik di tempat yang jauh dari muatan titik tersebut.

A. lebih rapat daripada 

B. kurang rapat daripada

C. sama rapat daripada

D. lebih teratur daripada

Jawaban: A

Pembahasan: 

Garis gaya listrik adalah garis-garis yang digunakan untuk menggambarkan arah gaya-gaya listrik yang dialami oleh muatan di sekitar muatan lain. Garis-garis ini menggambarkan arah medan listrik yang dihasilkan oleh muatan tersebut.

Garis gaya listrik di dekat sebuah muatan listrik lebih rapat daripada garis gaya listrik di tempat yang jauh dari muatan titik tersebut. Hal ini karena semakin dekat dengan muatan listrik, semakin kuat medan listriknya. Semakin kuat medan listrik, semakin rapat garis gaya listriknya.

Pada tempat yang jauh dari muatan titik, medan listriknya semakin lemah, sehingga garis gaya listriknya pun semakin renggang.

Pertanyaan nomor 49

Sebuah partikel bermuatan 2,0µC bergerak dengan kecepatan 2,0 m/s dalam daerah dengan medan magnetic 0,5 T. Jika partikel bergerak tegak lurus medan magnetik, gaya yang bekerja pada partikel tersebut sebesar … N

A.   0

B.   0,5 x 10^-6

C.   1,0 x 10^-6

D.   2,0 x 10^-6 

Jawaban:

Pembahasan: 

Gaya Lorentz yang bekerja pada sebuah partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnetik dapat dihitung menggunakan rumus:

F=qvBsin(θ)

$�=���sin⁡(�)F=qvBsin(θ)Di mana:$

• $�$ adalah gaya Lorentz (N)
• $�$ adalah muatan partikel (C)
• $�$ adalah kecepatan partikel (m/s)
• $�$ adalah medan magnetik (T)
• $�$ adalah sudut antara arah kecepatan dan arah medan magnetik (dalam hal ini, 90° karena partikel bergerak tegak lurus medan magnetik)

Diberikan bahwa $�=2,0�\text{C}=2,0\times 10^{-6}\text{C}$, $�=2,0\text{m/s}$, dan $�=0,5\text{T}$, dan $�=90^{\circ }$, kita dapat menghitung gaya Lorentz:

$�=(2,0\times 10^{-6}\text{C})\times (2,0\text{m/s})\times (0,5\text{T})\times \sin (90^{\circ })$ $�=1,0\times 10^{-6}\text{N}$

Jadi, jawaban yang benar adalah:

C. 1,0 x 10^-6 N

Pertanyaan nomor 50

Bumi berotasi dan berevolusi secara bersamaan. Revolusi bumi menyebabkan beberapa peristiwa, antara lain ...

A. pergantian musim 

B. gerak semu benda langit

C. terjadinya siang dan malam 

D. perbedaan waktu pada tempat yang berbeda derajat bujurnya

Jawaban: A

Pembahasan: 

Bumi berevolusi mengelilingi Matahari, dan pergerakan ini mempengaruhi beberapa peristiwa di Bumi. Dari pilihan yang diberikan:

A. Pergantian musim: Ya, pergerakan Bumi dalam orbit mengelilingi Matahari menyebabkan perubahan posisi Matahari terhadap Bumi, yang mengakibatkan pergantian musim.

B. Gerak semu benda langit: Ini lebih berkaitan dengan rotasi Bumi. Gerak semu benda langit terjadi karena Bumi berputar pada sumbunya, sehingga tampaknya benda-benda langit bergerak di langit.

C. Terjadinya siang dan malam: Ya, rotasi Bumi menghasilkan terjadinya siang dan malam. Saat Bumi berputar, bagian yang menghadap Matahari mengalami siang hari, sedangkan bagian yang tidak menghadap Matahari mengalami malam.

D. Perbedaan waktu pada tempat yang berbeda derajat bujurnya: Ya, rotasi Bumi juga menyebabkan perbedaan waktu di berbagai tempat di Bumi karena saat Bumi berputar, bagian-bagian yang berbeda akan menghadapi Matahari pada waktu yang berbeda pula.

Jadi, jawaban yang benar adalah:

A. Pergantian musim