Fisika Se 2018 MEXT Monbukagakusho

 

Diketahui: $m = 4,0$ kg, $\theta = 30^{\circ}$, $\mu_s = 0,20$, $\mu_k = 0,050$, $g = 9,8$ m/s², $\cos 30^{\circ} = \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 0,865$(1) Gaya normal $N = mg \cos 30^{\circ} = 4,0 \times 9,8 \times 0,865 = 33,9$

N. Dibulatkan dua angka penting: 6,8 N.

Jawaban: 6,8 N(2) Komponen gaya berat sejajar bidang $w_x = mg \sin 30^{\circ} = 4,0 \times 9,8 \times 0,5 = 19,6$ N. Gaya minimal untuk menarik ke atas ($F_{min}$) terjadi saat gaya gesek statis maksimal berlawanan arah dengan tarikan: $F_{min} = w_x + f_{s,max} = 19,6 + 6,78 = 26,38$ N. Dibulatkan dua angka penting: 26 N.

Jawaban: 26 N(3) Gaya gesek kinetis $f_k = \mu_k N = 0,050 \times 33,9 = 1,695$ N. Hukum Newton II: $mg \sin 30^{\circ} - f_k = ma \Rightarrow 19,6 - 1,695 = 4,0 \times a \Rightarrow 17,905 = 4,0a \Rightarrow a = 4,476$ m/s². Dibulatkan dua angka penting: 4,5 m/s².

Jawaban: 4,5 m/s²

Jawaban: $v_A = 3,0$ m/s, $v_B = 5,2$ m/s.PenjelasanGunakan hukum kekekalan momentum pada sumbu-x: $m \cdot 6,0 = m \cdot v_A \cos(60^{\circ}) + m \cdot v_B \cos(30^{\circ})$. Maka, $6,0 = 0,5 v_A + 0,865 v_B$Gunakan hukum kekekalan momentum pada sumbu-y: $0 = m \cdot v_A \sin(60^{\circ}) - m \cdot v_B \sin(30^{\circ})$. Maka, $0,865 v_A = 0,5 v_B$, sehingga $v_B = 1,73 v_A$Substitusikan $v_B$ ke persamaan sumbu-x: $6,0 = 0,5 v_A + 0,865(1,73 v_A) = 0,5 v_A + 1,496 v_A = 1,996 v_A$Hitung $v_A = 6,0 / 1,996 \approx 3,006 \rightarrow 3,0$ m/s.Hitung $v_B = 1,73 \cdot 3,006 \approx 5,200 \rightarrow 5,2$ m/s.

Menghitung mol gas di kotak A ($n_A = \frac{P_A V_A}{R T_A}$). $n_A = \frac{1,2 \times 10^5 \times 0,020}{8,31 \times 285} \approx 1,013 \text{ mol}$. Dibulatkan menjadi 1,0 mol. Jawaban: 1,0 mol.Menghitung mol gas di kotak B ($n_B = \frac{P_B V_B}{R T_B}$). $n_B = \frac{1,6 \times 10^5 \times 0,040}{8,31 \times 385} \approx 2,002 \text{ mol}$. Dibulatkan menjadi 2,0 mol. Jawaban: 2,0 mol.Menghitung suhu kesetimbangan ($T = \frac{P_A V_A + P_B V_B}{n_{total} R} = \frac{n_A R T_A + n_B R T_B}{n_A R + n_B R} = \frac{n_A T_A + n_B T_B}{n_A + n_B}$). $T = \frac{(1,013 \times 285) + (2,002 \times 385)}{1,013 + 2,002} \approx 351,6 \text{ K}$. Dibulatkan menjadi 350 K. Jawaban: 350 K.Menghitung tekanan akhir ($P = \frac{(n_A + n_B) R T}{V_A + V_B}$). $P = \frac{(1,013 + 2,002) \times 8,31 \times 351,6}{0,020 + 0,040} \approx 146.500 \text{ Pa}$. Dibulatkan menjadi $1,5 \times 10^5 \text{ Pa}$. Jawaban: $1,5 \times 10^5 \text{ Pa}$

Hitung hambatan paralel ($R_p$): $1/R_p = 1/4,0 + 1/5,0 + 1/6,0 = 0,25 + 0,20 + 0,167 = 0,617$ S. Maka $R_p = 1/0,617 \approx 1,62$$\Omega$.Tambahkan hambatan seri: $R_{total} = 1,0 + 1,62 = 2,62$$\Omega$. Pembulatan dua angka penting: 2,6 $\Omega$. Jawaban: 2,6 $\Omega$(2)Hitung kapasitansi paralel ($C_p$): $C_p = 4,0 + 5,0 + 6,0 = 15,0$ F.Hitung kapasitansi total seri ($C_{total}$): $1/C_{total} = 1/1,0 + 1/15,0 = 1,0 + 0,0667 = 1,07$

F⁻¹. Maka $C_{total} = 1/1,07 \approx 0,935$ F. Pembulatan dua angka penting: 0,94 F. Jawaban: 0,94 F.(3)Kondisi jembatan Wheatstone seimbang saat $G = 0$ A adalah $R_1/R_2 = R_3/R_4$.$(4,0 / 5,0) = (6,0 / R)$.$R = (5,0 \times 6,0) / 4,0 = 30 / 4,0 = 7,50$$\Omega$. Pembulatan dua angka penting: 7,5 $\Omega$. Jawaban: 7,5 $\Omega$

Medan magnet dari satu kawat pada jarak $r=4,0$ m adalah $B = \frac{I}{2\pi r} = \frac{4,5}{2 \times 3,14 \times 4,0} = 0,179$ A/m.Sudut antara vektor medan magnet dan garis horizontal adalah $30^\circ$ (segitiga sama sisi). Komponen vertikal saling meniadakan, komponen horizontal adalah $2 \times B \cos(30^\circ) = 2 \times 0,179 \times \frac{1,73}{2} = 0,310$ A/m.Pembulatan ke dua angka penting menjadi 0,31.Jawaban: 0,31 A/m.(2)Medan magnet dari kawat lurus di titik Q adalah $B_1 = \frac{I}{2\pi r} = \frac{5,0}{2 \times 3,14 \times 3,0} = 0,265$ A/m.Medan magnet dari loop lingkaran di titik pusatnya adalah $B_2 = \frac{I}{2R} = \frac{5,0}{2 \times 1,0} = 2,50$

A/m.Karena arah arus berlawanan (berdasarkan aturan tangan kanan, $B_1$ masuk bidang, $B_2$ keluar bidang), maka $B_{total} = |B_2 - B_1| = |2,50 - 0,265| = 2,235$ A/m.Pembulatan ke dua angka penting menjadi 2,2.Jawaban: 2,2 A/m.

Gunakan persamaan gerak lurus berubah beraturan $y(t) = h + v_0t - \frac{1}{2}gt^2$. Karena arah lemparan ke bawah (searah gravitasi), maka $y(t) = h - v_0t - \frac{1}{2}gt^2$. Jawaban: $h - v_0t - \frac{1}{2}gt^2$(2)Medan listrik dari dua muatan di sudut yang berdekatan adalah $E_1 = E_2 = \frac{kq}{a^2}$. Resultan keduanya adalah $E_{12} = \sqrt{E_1^2 + E_2^2} = \frac{\sqrt{2}kq}{a^2}$.Medan listrik dari muatan di sudut diagonal adalah $E_3 = \frac{kq}{(\sqrt{2}a)^2} = \frac{kq}{2a^2}$.Total medan listrik $E = E_{12} + E_3 = \frac{\sqrt{2}kq}{a^2} + \frac{kq}{2a^2} = \frac{kq}{a^2}(\sqrt{2} + \frac{1}{2})$. Jawaban: $\frac{kq}{a^2}(\sqrt{2} + \frac{1}{2})$(3)Hukum pertama termodinamika $\Delta U = Q + W$. Kerja yang dilakukan pada gas adalah $W = Fx$.Untuk gas monoatomik, $\Delta U = \frac{3}{2}nR\Delta T$. Dengan $n=1$, maka $\Delta T = \frac{2}{3R}(Q + Fx)$. Jawaban: $\frac{2(Q + Fx)}{3R}$