Physics Ga 2018 MEXT Monbukagakusho

Jawaban: (a)PenjelasanKecepatan horizontal objek tetap konstan, yaitu $v_x = v$Kecepatan vertikal saat mencapai tanah ditentukan oleh hukum kekekalan energi atau persamaan kinematika $v_y^2 = v_{0y}^2 + 2gh$. Karena $v_{0y} = 0$, maka $v_y = \sqrt{2gh}$Sudut dampak $\theta$ terhadap tanah didefinisikan oleh perbandingan kecepatan vertikal terhadap kecepatan horizontal, yaitu $\tan \theta = \frac{v_y}{v_x}$Substitusikan nilai yang diperoleh: $\tan \theta = \frac{\sqrt{2gh}}{v}$

Gaya pegas bertindak sebagai gaya sentripetal, $F = k(\Delta l) = m \frac{v^2}{r}$Panjang pegas $r = l_0 + \alpha l_0 = l_0(1+\alpha)$ dan perpanjangan $\Delta l = \alpha l_0$Substitusi ke persamaan: $k(\alpha l_0) = \frac{mv^2}{l_0(1+\alpha)}$Selesaikan untuk $v$: $v^2 = \frac{k \alpha l_0^2 (1+\alpha)}{m} \Rightarrow v = \sqrt{\frac{k}{m} \alpha(1+\alpha)} l_0$Jawaban: (e)(3)Gunakan hukum Newton $F = ma \Rightarrow qE = ma \Rightarrow a = \frac{qE}{m}$Gunakan persamaan kinematika $d = v_0t + \frac{1}{2}at^2$. Karena $v_0 = 0$, maka $d = \frac{1}{2}(\frac{qE}{m})t^2$Selesaikan untuk $t$: $t^2 = \frac{2md}{qE} \Rightarrow t = \sqrt{\frac{2md}{qE}}$Jawaban: (f)
 

Jawaban: (f)PenjelasanKondisi untuk garis gelap (interferensi destruktif) pada eksperimen celah ganda Young adalah $d \sin \theta = (m + \frac{1}{2})\lambda$, dengan $m = 0, 1, 2, \dots$Untuk jarak yang jauh ($L \gg d$), $\sin \theta \approx \tan \theta = \frac{y}{L}$, sehingga persamaannya menjadi $d \frac{y}{L} = (m + \frac{1}{2})\lambda$Garis gelap pertama ($m=0$), kedua ($m=1$), dan ketiga ($m=2$). Substitusikan $m=2$ ke dalam persamaan: $d \frac{y}{L} = (2 + \frac{1}{2})\lambda = \frac{5}{2}\lambda$Selesaikan untuk $y$: $y = \frac{5L\lambda}{2d}$

Jawaban: 654 HzPenjelasanTentukan komponen kecepatan pengamat ($v_o$) yang searah dengan garis hubung sumber (S) ke pengamat (O). Jarak horizontal = 9 m, jarak vertikal = 12 m, maka jarak miring (hipotenusa) = $\sqrt{9^2 + 12^2} = 15$ m.Komponen kecepatan pengamat menjauhi sumber adalah $v_{o,radial} = v_o \times (\frac{\text{jarak horizontal}}{\text{jarak miring}}) = 5 \times (\frac{9}{15}) = 5 \times 0,6 = 3$ m/s.Gunakan rumus efek Doppler untuk pengamat yang menjauhi sumber: $f_o = f_s \times (\frac{v - v_{o,radial}}{v})$, di mana $v = 330$ m/s, $f_s = 660$ Hz, dan $v_{o,radial} = 3$ m/s.Hitung frekuensi yang didengar: $f_o = 660 \times (\frac{330 - 3}{330}) = 660 \times (\frac{327}{330}) = 2 \times 327 = 654$ Hz.

Jawaban: (1) c, (2) b, (3) e, (4) b, (5) d.PenjelasanFluks magnetik $\Phi = B \cdot A$. Luas area yang masuk medan magnet adalah $A = l \cdot (vt)$. Maka $\Phi = B l v t$. (Jawaban: c)GGL induksi $\varepsilon = \frac{d\Phi}{dt} = \frac{d(Blvt)}{dt} = vBl$. (Jawaban: b)Arus induksi $I = \frac{\varepsilon}{R} = \frac{vBl}{R}$. (Jawaban: e)Berdasarkan Hukum Lenz, karena fluks keluar meningkat, arus harus menghasilkan medan magnet masuk. Menggunakan aturan tangan kanan, arus mengalir searah jarum jam: $a \to d \to c \to b$. (Jawaban: b)Gaya eksternal $F = F_{Lorentz} = BIl = B(\frac{vBl}{R})l = \frac{vB^2l^2}{R}$. (Jawaban: d)

Jawaban: (1) a, (2) c, (3) b, (4) bPenjelasanUntuk mencari massa Bumi ($M$), kita menggunakan rumus percepatan gravitasi $g = \frac{GM}{R^2}$, di mana $R = 6,4 \times 10^6$ m. Maka $M = \frac{gR^2}{G} = \frac{9,8 \times (6,4 \times 10^6)^2}{6,67 \times 10^{-11}} \approx 6,0 \times 10^{24}$ kg.Kecepatan lepas ($v_e$) dirumuskan sebagai $v_e = \sqrt{\frac{2GM}{R}}$. Substitusikan nilai $M$ dan $R$ yang diketahui: $v_e = \sqrt{\frac{2 \times 6,67 \times 10^{-11} \times 6,0 \times 10^{24}}{6,4 \times 10^6}} \approx 1,1 \times 10^4$ m/s.Rasio kecepatan lepas Jupiter ($v_J$) terhadap Bumi ($v_E$) adalah $\frac{v_J}{v_E} = \sqrt{\frac{M_J/R_J}{M_E/R_E}} = \sqrt{\frac{M_J}{M_E} \times \frac{R_E}{R_J}}$. Diketahui $M_J = 320 M_E$ dan $R_J = 11 R_E$, maka rasio $= \sqrt{320/11} \approx \sqrt{29,09} \approx 5,4$Untuk orbit satelit geostasioner, periode $T = 24$ jam $= 86400$ s. Menggunakan hukum Kepler ketiga, $r^3 = \frac{GMT^2}{4\pi^2}$. Dengan memasukkan nilai $G, M,$ dan $T$, diperoleh $r^3 \approx 7,5 \times 10^{22}$ m$^3$, sehingga $r \approx 4,2 \times 10^7$ m.

Jawaban: (1) e, (2) c, (3) f, (4) d.PenjelasanProses AB (isokhorik, $V=V_0$): $Q_{AB} = nC_V\Delta T = \frac{3}{2} \Delta(PV) = \frac{3}{2}(4P_0V_0 - P_0V_0) = \frac{9}{2}P_0V_0$. Jawaban (1): (e).Proses BC (isobarik, $P=4P_0$): $Q_{BC} = nC_P\Delta T = \frac{5}{2} \Delta(PV) = \frac{5}{2}(16P_0V_0 - 4P_0V_0) = \frac{5}{2}(12P_0V_0) = 30P_0V_0$. Jawaban (2): (c).Kerja neto ($W_{net}$) adalah luas area persegi panjang: $W_{net} = \Delta P \cdot \Delta V = (4P_0 - P_0) \cdot (4V_0 - V_0) = 3P_0 \cdot 3V_0 = 9P_0V_0$. Jawaban (3): (f).Proses CD (isokhorik, $V=4V_0$): $Q_{CD} = \frac{3}{2}(4P_0V_0 - 16P_0V_0) = -18P_0V_0$. Proses DA (isobarik, $P=P_0$): $Q_{DA} = \frac{5}{2}(P_0V_0 - 4P_0V_0) = -\frac{15}{2}P_0V_0$. Total panas masuk $Q_{in} = Q_{AB} + Q_{BC} = 4.5P_0V_0 + 30P_0V_0 = 34.5P_0V_0 = \frac{69}{2}P_0V_0$. Efisiensi $\eta = W_{net} / Q_{in} = 9 / 34.5 = 18 / 69 = 6 / 23$. Jawaban (4): (d).

Jawaban: (1) c, (2) c, (3) a, (4) c.Penjelasan(1) Amplitudo adalah simpangan maksimum dari titik setimbang (0). Berdasarkan Fig. 5-1, nilai maksimum $\Delta P$ adalah A. Jawaban: (c).(2) Periode ($T$) adalah waktu untuk satu siklus penuh. Jarak antara $t_1$ (puncak) dan $t_2$ (lembah) adalah setengah periode ($T/2 = t_2 - t_1$). Maka $T = 2(t_2 - t_1)$. Jawaban: (c).(3) Panjang gelombang ($\lambda$) dirumuskan dengan $\lambda = v \cdot T$. Substitusi $T = 2(t_2 - t_1)$ menghasilkan $\lambda = 2v(t_2 - t_1)$. Jawaban: (a).(4) Kepadatan udara tertinggi terjadi pada tekanan tertinggi ($\Delta P$ maksimum). Pada Fig. 5-2, titik dengan nilai $\Delta P$ tertinggi adalah titik c. Jawaban: (c).