Fisika Ga 2016 MEXT Monbukagakusho

 Kecepatan rata-rata untuk percepatan konstan dari diam adalah $v_{avg} = \frac{0+v}{2} = \frac{v}{2}$.Jarak $s = v_{avg} \times t = \frac{1}{2}vt$. Jawaban: (b) $\frac{1}{2}vt$(2)

Gas monoatomik ideal memiliki energi dalam $U = \frac{3}{2}nRT = \frac{3}{2}PV$.Perubahan energi dalam $\Delta U = \frac{3}{2}P\Delta V$.$\Delta V = 200\text{ cm}^3 - 100\text{ cm}^3 = 100\text{ cm}^3 = 10^{-4}\text{ m}^3$.$\Delta U = \frac{3}{2} \times (1,0 \times 10^5\text{ Pa}) \times (10^{-4}\text{ m}^3) = 15\text{ J}$. Jawaban: (c) 15J.(3)Beda potensial $V = \frac{Q}{C}$.Medan listrik $E = \frac{V}{d}$.Substitusi $V$ menghasilkan $E = \frac{Q}{Cd}$. Jawaban: (f) $\frac{Q}{Cd}$(4)Gaya yang menarik benda ke bawah adalah $mg \sin \theta$.Gaya gesek statis maksimum adalah $f_{s,max} = \mu N = \mu mg \cos \theta$.Benda akan meluncur jika $mg \sin \theta > \mu mg \cos \theta$, yang berarti $\mu < \tan \theta$. Jawaban: (a) $\mu < \tan \theta$(5)Dari grafik, periode $T = 2t_0$.Frekuensi sudut $\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{2t_0} = \frac{\pi}{t_0}$.Kecepatan maksimum $v_{max} = \omega A = \frac{\pi A}{t_0}$. Jawaban: (d) $\frac{\pi A}{t_0}$

Berikut adalah solusi untuk pertanyaan-pertanyaan tersebut berdasarkan prinsip fisika magnetisme:(1) Menentukan jenis muatan:

Gunakan aturan tangan kanan. Ibu jari menunjukkan arah kecepatan ($v$, ke kanan), jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet ($B$, keluar halaman). Telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz ($F$). Jika muatan positif, gaya akan ke bawah (sumbu $-y$). Karena lintasan melengkung ke bawah menuju titik P, maka muatan tersebut adalah positif.

Jawaban: (a) Positive(2) Besarnya gaya pada partikel:

Gaya Lorentz untuk partikel bermuatan yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet seragam dirumuskan sebagai $F = qvB \sin(\theta)$. Karena $\theta = 90^\circ$, maka $F = qvB$

Jawaban: (e) qvB(3) Jari-jari orbit lingkaran:

Gaya Lorentz bertindak sebagai gaya sentripetal: $qvB = \frac{mv^2}{r}$. Dengan menyusun ulang persamaan untuk $r$, kita mendapatkan $r = \frac{mv}{qB}$

Jawaban: (a) $\frac{mv}{qB}$(4) Waktu tempuh dari O ke P:

Lintasan dari O ke P adalah setengah lingkaran, sehingga jaraknya adalah $\pi r$. Waktu $t = \frac{\text{jarak}}{\text{kecepatan}} = \frac{\pi r}{v}$. Substitusikan $r = \frac{mv}{qB}$, sehingga $t = \frac{\pi (\frac{mv}{qB})}{v} = \frac{\pi m}{qB}$

Jawaban: (b) $\frac{\pi m}{qB}$(5) Perubahan jari-jari orbit:

Rumus jari-jari adalah $r = \frac{mv}{qB}$. Jika $v' = 3v$ dan $B' = 2B$, maka jari-jari baru $r' = \frac{m(3v)}{q(2B)} = \frac{3}{2} (\frac{mv}{qB}) = \frac{3}{2} r$

Jawaban: (a) $\frac{3}{2}$

Jawaban: (1)a, (2)b, (3)d, (4)g, (5)f.Penjelasan(1) Gaya gesek kinetik yang bekerja pada Q ke arah kanan (searah gerak P) adalah $f = \mu mg$. Jawaban: (a).(2) Berdasarkan hukum Newton III, gaya yang bekerja pada P adalah reaksi dari gaya gesek pada Q, yaitu $-f = -\mu mg$. Jawaban: (b).(3) Percepatan P adalah $a_P = F_P/M = -\mu mg/M$. Kecepatan P adalah $v_P(t) = v_0 + a_P t = v_0 - \frac{m}{M}\mu gt$. Jawaban: (d).(4) Percepatan Q adalah $a_Q = f/m = \mu g$. Kecepatan Q adalah $v_Q(t) = \mu gt$. Pada $t=T$, $v_P(T) = v_Q(T) \Rightarrow v_0 - \frac{m}{M}\mu gT = \mu gT \Rightarrow v_0 = \mu gT(1 + \frac{m}{M}) = \mu gT(\frac{M+m}{M})$. Maka $T = \frac{M}{M+m} \frac{v_0}{\mu g}$. Jawaban: (g).(5) Jarak relatif $s = \int_0^T (v_P - v_Q) dt = \int_0^T (v_0 - \mu gT(1 + \frac{m}{M})) dt$. Menggunakan $v_P - v_Q = v_0 - \mu g t (1 + \frac{m}{M})$, jaraknya adalah $\frac{1}{2} v_0 T = \frac{1}{2} v_0 (\frac{M}{M+m} \frac{v_0}{\mu g}) = \frac{M v_0^2}{2(M+m)\mu g}$. Jawaban: (f).

Jawaban: (1) b, (2) e, (3) d, (4) b, (5) a.Penjelasan(1) Menggunakan aturan tangan kanan, gaya magnet $F = q(\vec{v} \times \vec{B})$. Karena partikel membelok ke bawah (searah sumbu y negatif) saat bergerak ke kanan, muatan harus negatif (b).(2) Gaya Lorentz pada partikel bermuatan dalam medan magnet adalah $F = qvB$ (e).(3) Gaya sentripetal $mv^2/R = qvB$, maka $R = mv/qB$ (d).(4) Waktu tempuh setengah lingkaran adalah $t = \frac{\text{keliling setengah lingkaran}}{v} = \frac{\pi R}{v} = \frac{\pi (mv/qB)}{v} = \frac{\pi m}{qB}$ (b).(5) Radius baru $R' = \frac{m(3v)}{q(2B)} = \frac{3}{2} \frac{mv}{qB} = \frac{3}{2} R$. Maka kelipatannya adalah 3/2 (a).

1)Gunakan Hukum Snellius pada titik masuk: $n_{vakum} \sin \theta = n_1 \sin \phi$. Karena $n_{vakum} = 1$, maka $1 \cdot \sin \theta = n_1 \sin \phi$.$\sin \phi = \frac{\sin \theta}{n_1}$. Jawaban: (c)(2)Syarat pemantulan internal total adalah cahaya harus merambat dari medium dengan indeks bias lebih tinggi ke lebih rendah ($n_1 > n_2$).Maka, $\frac{n_1}{n_2} > 1$. Jawaban: (c)(3)Sudut datang pada bidang batas atas/bawah adalah $(90^\circ - \phi)$. Syarat pemantulan internal total adalah $\sin(90^\circ - \phi) > \frac{n_2}{n_1}$.Karena $\sin(90^\circ - \phi) = \cos \phi$, maka $\cos \phi > \frac{n_2}{n_1}$. Jawaban: (e)(4)Kecepatan cahaya dalam medium $n_1$ adalah $v = \frac{c}{n_1}$.Jarak tempuh cahaya $s$ di dalam blok adalah $s = \frac{L}{\cos \phi}$.Waktu $t = \frac{s}{v} = \frac{L/\cos \phi}{c/n_1} = \frac{L n_1}{c \cos \phi}$. Jawaban: (a)