Fisika Ga 2017 MEXT Monbukagakusho

 

Jawaban: (b) $\frac {v_{1}t_{2}-v_{2}t_{1}+v_{2}t_{2}}{2}$PenjelasanJarak yang ditempuh adalah luas di bawah kurva $v$ terhadap $t$. Grafik terdiri dari dua trapesium siku-siku.Luas bagian pertama (dari $t=0$ ke $t=t_1$) adalah luas segitiga: $L_1 = \frac{1}{2} \times t_1 \times v_1$Luas bagian kedua (dari $t=t_1$ ke $t=t_2$) adalah luas trapesium: $L_2 = \frac{v_1 + v_2}{2} \times (t_2 - t_1)$Total jarak $S = L_1 + L_2 = \frac{v_1 t_1}{2} + \frac{v_1 t_2 - v_1 t_1 + v_2 t_2 - v_2 t_1}{2} = \frac{v_1 t_1 + v_1 t_2 - v_1 t_1 + v_2 t_2 - v_2 t_1}{2} = \frac{v_1 t_2 + v_2 t_2 - v_2 t_1}{2}$Menyusun ulang persamaan menjadi $\frac{v_1 t_2 - v_2 t_1 + v_2 t_2}{2}$, yang sesuai dengan opsi (b).

Untuk gas ideal monoatomik pada tekanan konstan, kapasitas panas molar pada tekanan konstan adalah $C_p = \frac{5}{2}R$Kalor yang diperlukan adalah $Q = n C_p \Delta T = n (\frac{5}{2}R) (T_2 - T_1)$Menggunakan hukum gas ideal $PV = nRT$, maka $n R \Delta T = P \Delta V = P(V_2 - V_1)$Substitusi menghasilkan $Q = \frac{5}{2}P(V_2 - V_1)$Jawaban: (d)(3)Posisi benda adalah $x(t) = d \cos(\omega t)$Kecepatan adalah turunan posisi terhadap waktu, $v(t) = \frac{dx}{dt} = -d\omega \sin(\omega t)$Pada $t=0$, $v(0) = 0$. Grafik harus dimulai dari titik nol dan bergerak ke arah negatif (karena pegas ditarik ke arah positif, gaya pemulih menariknya kembali ke arah negatif).Grafik (c) menunjukkan fungsi sinus negatif yang dimulai dari nol dan turun ke arah negatif.Jawaban: (c)

Pada posisi setimbang baru, gaya pegas $F_s = kd$ harus sama dengan gaya Coulomb $F_c = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{qQ}{r^2}$Jarak antara muatan $q$ (di posisi $-d$) dan muatan $Q$ (di posisi $\ell$) adalah $r = \ell - (-d) = \ell + d$Persamaan menjadi $kd = \frac{qQ}{4\pi\varepsilon_0(\ell+d)^2}$Selesaikan untuk $Q$: $Q = \frac{4\pi\varepsilon_0}{q} kd(\ell+d)^2$Jawaban: (a)(5)Dari gambar (a), $\tan\theta = d/h$Dari gambar (b), cahaya dari koin (jarak $d-x$ dari tepi) dibiaskan, sehingga $\sin\theta_1 / \sin\theta_2 = n$. Sudut datang di dalam fluida adalah $\theta_2$ dengan $\tan\theta_2 = (d-x)/h$, maka $\sin\theta_2 = \frac{d-x}{\sqrt{h^2+(d-x)^2}}$Sudut bias di udara adalah $\theta$ dengan $\sin\theta = \frac{d}{\sqrt{h^2+d^2}}$Menggunakan Hukum Snellius $n = \sin\theta / \sin\theta_2 = \frac{d}{\sqrt{h^2+d^2}} \cdot \frac{\sqrt{h^2+(d-x)^2}}{d-x} = \frac{d}{d-x} \sqrt{\frac{h^2+(d-x)^2}{h^2+d^2}}$Jawaban: (d)

(1) Definisi kapasitansi adalah $C = Q/V$, maka muatan pada setiap pelat adalah $Q = CV$

Jawaban: (d)(2) Untuk kapasitor pelat sejajar, hubungan antara beda potensial dan medan listrik adalah $V = Ed$, sehingga $E = V/d$

Jawaban: (b)(3) Kapasitor $C_1$ adalah bagian dengan dielektrik (ketebalan $d/2$). Kapasitansi tanpa dielektrik untuk setengah jarak adalah $C_0 = \epsilon_0 A / (d/2) = 2C$. Dengan dielektrik $\epsilon$, maka $C_1 = \epsilon (2C) = 2\epsilon C$

Jawaban: (e)(4) Kapasitor $C_2$ adalah bagian ruang kosong (ketebalan $d/2$), sehingga $C_2 = 2C$. Kapasitansi total seri adalah $C_{total} = (C_1 \cdot C_2) / (C_1 + C_2) = (2\epsilon C \cdot 2C) / (2\epsilon C + 2C) = (4\epsilon C^2) / (2C(\epsilon + 1)) = [2\epsilon / (\epsilon + 1)] C$

Jawaban: (a)

Jawaban: (c) $\frac{\varepsilon_1 + \varepsilon_2}{2} C$PenjelasanGambar (d) menunjukkan dua dielektrik yang disusun secara paralel, di mana masing-masing mengisi setengah luas penampang ($A/2$) dengan jarak antar pelat tetap ($d$).Kapasitansi untuk masing-masing bagian adalah $C_1 = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon_1 (A/2)}{d} = \frac{\varepsilon_1}{2} C_0$ dan $C_2 = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon_2 (A/2)}{d} = \frac{\varepsilon_2}{2} C_0$, di mana $C_0 = \frac{\varepsilon_0 A}{d}$Karena disusun secara paralel, kapasitansi totalnya adalah $C_{total} = C_1 + C_2 = \frac{\varepsilon_1}{2} C_0 + \frac{\varepsilon_2}{2} C_0 = \frac{\varepsilon_1 + \varepsilon_2}{2} C_0$

Jawaban: (1) d, (2) e, (3) c, (4) c, (5) e.Penjelasan(1) Menggunakan hukum kekekalan energi mekanik, $mgR = mgR\cos\theta + \frac{1}{2}mv^2$, maka $v^2 = 2gR(1-\cos\theta)$. Jawaban: (d).(2) Gaya sentripetal adalah $mg\cos\theta - N = \frac{mv^2}{R}$. Substitusi $v^2$, didapat $N = mg\cos\theta - \frac{m(2gR(1-\cos\theta))}{R} = mg(3\cos\theta - 2)$. Jawaban: (e).(3) Bola lepas saat $N=0$, maka $3\cos\theta_B - 2 = 0$, sehingga $\cos\theta_B = 2/3$. Jawaban: (c).(4) Kecepatan di titik B adalah $v_B = \sqrt{2gR(1 - 2/3)} = \sqrt{\frac{2}{3}gR}$. Setelah lepas, bola jatuh bebas. Energi di C: $\frac{1}{2}mv_C^2 = \frac{1}{2}mv_B^2 + mg(R\cos\theta_B) = \frac{1}{2}m(\frac{2}{3}gR) + mg(\frac{2}{3}R) = mgR$. Maka $v_C = \sqrt{2gR}$. Jawaban: (c).(5) Kecepatan horizontal konstan setelah lepas, $v_x = v_B\cos\theta_B = \sqrt{\frac{2}{3}gR} \cdot \frac{2}{3} = \sqrt{\frac{8}{27}gR}$. Jawaban: (e).

Berdasarkan grafik yang diberikan: Titik A $(P_0, V_0)$, Titik B $(3P_0, V_0)$, Titik C $(P_0, 3V_0)$(1) Pada titik C, $P_0(3V_0) = RT_0 \Rightarrow P_0V_0 = \frac{1}{3}RT_0$. Pada titik A, $P_0V_0 = RT_A$. Maka $RT_A = \frac{1}{3}RT_0 \Rightarrow T_A = \frac{1}{3}T_0$

Jawaban: (b)(2) Proses $A \to B$ adalah isokhorik ($V$ konstan), maka $W_{AB} = 0$. Kalor $Q_{AB} = \Delta U = nC_v\Delta T = \frac{3}{2}R(T_B - T_A)$. $T_B = \frac{P_B V_B}{R} = \frac{3P_0 V_0}{R} = T_0$. Maka $Q_{AB} = \frac{3}{2}R(T_0 - \frac{1}{3}T_0) = \frac{3}{2}R(\frac{2}{3}T_0) = RT_0$

Jawaban: (f)(3) Proses $B \to C$ adalah isotermal pada $T_0$. $W_{BC} = nRT_0 \ln(\frac{V_C}{V_B}) = RT_0 \ln(\frac{3V_0}{V_0}) = RT_0 \ln 3$. Berdasarkan pilihan yang tersedia, jika diasumsikan nilai $Q$ yang diberikan adalah $Q_0 = RT_0 \ln 3$, maka $W_{BC} = Q_0$

Jawaban: (i)(4) Proses $C \to A$ adalah isobarik ($P$ konstan). $W_{CA} = P_0(V_A - V_C) = P_0(V_0 - 3V_0) = -2P_0V_0$. Karena $P_0V_0 = \frac{1}{3}RT_0$, maka $W_{CA} = -2(\frac{1}{3}RT_0) = -\frac{2}{3}RT_0$

Jawaban: (c)(5) Siklus searah jarum jam menghasilkan kerja bersih $W > 0$. Berdasarkan hukum pertama termodinamika untuk satu siklus, $\Delta U = 0$, maka $Q = W$. Karena $W > 0$, maka $Q > 0$

Jawaban: (a)

Jawaban: (1) b, (2) b, (3) e, (4) aPenjelasanAnalisis geometri. Jarak ke sumber A adalah $r_A = \sqrt{8^2 + (3-x)^2}$ dan ke sumber B adalah $r_B = \sqrt{8^2 + (3+x)^2}$. Pada $x=3$ m, $r_A = \sqrt{8^2 + 0^2} = 8$ m dan $r_B = \sqrt{8^2 + 6^2} = 10$ m. Selisih lintasan $\Delta r = r_B - r_A = 10 - 8 = 2$

m. Untuk minimum pertama, $\Delta r = \lambda/2$, sehingga $2 = \lambda/2 \Rightarrow \lambda = 4$ m. (Jawaban 1: b)Menghitung frekuensi $f = v/\lambda = 340 / 4 = 85$ Hz = $8,5 \times 10^1$ Hz. (Jawaban 2: b)Kondisi minimum terjadi saat $\Delta r = (n + 1/2)\lambda = (n + 1/2)(v/f)$. Untuk $n=1$, $\Delta r = 3\lambda/2 \Rightarrow 2 = 3(v/f)/2 \Rightarrow f = 3v/4 = 3(340)/4 = 255$ Hz $\approx 2,6 \times 10^2$ Hz. (Jawaban 3: e)Kondisi minimum adalah $\Delta r = (n + 1/2)(v/f)$. Jika suhu naik, $v$ meningkat. Agar $\Delta r$ tetap (karena posisi $x$ tetap), maka $f$ harus meningkat. Jika $f$ tetap, maka $\Delta r$ harus meningkat, yang berarti $x$ harus meningkat. (Jawaban 4: a)