Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika tentang getara dan gelombang meliputi beberap subtopik dalam bab getaran dan gelombang yaitu hukum Hooke tentang gaya pemulih, periode dan frekuensi, gerak harmoni sederhana, energi pada gerak harmonik sederhana, bentuk gelombang, gelombang berjalan, gelombang stasioner, dan cepat rambat gelombang. Dari beberapa soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal tentang getaran dan gelombang yang sering keluar antara lain menentukan sudut fase getaran, menentukan energi kinetik dan energi potensial getaran selaras, menganalisis pernyataan yang benar berdasarkan persamaan gelombang, menentukan besar tegangan tali, menentukan jarak titik yang dilalui oleh gelombang, melihat hubungan antara tegangan tali dengan simpangan pada bandul sederhana, menentukan frekuensi, amplitudo, dan cepat rambat gelombang.
Soal 1
Suatu benda bergetar harmonik dengan amplitudo 4 cm dan frekuensi 5 Hz. Saat simpangannya mencapai 2 cm, jika sudut fase awal nol, maka sudut fase getarannya adalah ...
A. 30o
B. 45o
C. 60o
D. 90o
E. 120o
Pembahasan :
Dik : y = 2 cm, A = 4 cm
Persamaan dasar gerak harmonik:
⇒ y = A sin (ωt+ θo)
⇒ 2 = 4 sin (ωt + θo)
⇒ sin (ωt + θo) = 2/4
⇒ sin (ωt + θo) = ½
⇒ (ωt + θo) = 30o
Jadi, sudut fase getarannya adalah 30o.
Soal 2
Bila v = kecepatan, a = percepatan, Ek = energi kinetik, dan Ep = energi potensial getaran selaras, maka pada saat melalui kedudukan seimbangnya ....
(1) Ek maksimum
(2) Ep minimum
(3) a = 0
(4) Ep = 0
Pembahasan :
Pada kedudukan seimbang dikertahui y = 0, n = 0, ωt = ±nπ, a = 0
Energi kinetik getaran selaras :
⇒ Ek = ½ m.ω2.A2.cos2 ωt
⇒ Ek = ½ m.ω2.A2.cos2 ±nπ
⇒ Ek = ½ m.ω2.A2.(1)
⇒ Ek = ½ m.ω2.A2
Jadi, pada kedudukan seimbang Ek maksimum.
Energi potensial:
⇒ Ep = ½ k.y2
⇒ Ep = ½ k.(0)2
⇒ Ep = 0
Energi potensial minimum.
Jadi, opsi yang benar adalah 1, 2, 3, dan 4.
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinaika dan Kinetik Gas.
Soal 3
Suatu gelombang dinyatakan dengan persamaan :
y = 0,20 sin 0,40 π (x - 60t)
Jika semua jarak diukur dalam cm dan waktu dalam sekon, maka penyataan berikut yang benar adalah ...
(1) Panjang gelombang bernilai 5 cm
(2) Frekuensi gelombang bernilai 12 Hz
(3) Gelombang menjalar dengan kecepatan 60 cm/s
(4) Simpangan gelombang 0,1 cm pada posisi x = 35/12 cm dan t = 1/24 sekon.
Pembahasan :
Persamaan umum gelombang berjalan
y = A sin (ωt ± 2πx/λ)
y = A sin (2πt/T ± 2πx/λ]
Diketahui persamaan gelombang
⇒ y = 0,20 sin 0,40 π (x - 60t)
⇒ y = 0,20 sin (0,40 πx - 24πt)
⇒ y = A sin (ωt ± 2πx/λ)
Dari persamaan umum kita peroleh
Panjang gelombang :
⇒ 2πx/λ = 0,4 πx
⇒ 2/λ = 0,4
⇒ λ =2/0,4
⇒ λ = 5 cm
Jadi, panjang gelombangnya adalah 5 cm.
Frekuensi gelombang :
⇒ 2πt/T = 24πt
⇒ 2/T = 24
⇒ T = 2/24
⇒ T = 1/12
⇒ f = 12 Hz
Jadi, frekuensi gelombangnya adalah 12 Hz.
Cepat rambat gelombang :
⇒ v = f.λ
⇒ v = 12 (5)
⇒ v = 60 cm/s
Jadi, cepat rambat gelombang adalah 60 cm/s
Simpangan gelombang pada posisi x = 35/12 cm dan t = 1/24 sekon.
⇒ y = 0,20 sin 0,40 π (x - 60t)
⇒ y = 0,20 sin 0,40 π (35/12 - 60(1/24))
⇒ y = 0,20 sin 72o (35/12 - 5/2)
⇒ y = 0,20 sin (210o - 180o)
⇒ y = 0,20 sin 30o
⇒ y = 0,1 cm
Jadi, simpangannya pada posisi itu adalah 0,1 cm.
Dengan demikian, opsi yang benar adalah 1, 2, 3, dan 4.
Soal 4
Seutas tali yang panjangnya 8 m memiliki massa 1,04 gram. Tali digetarkan sehingga sebuah gelombang transversal menjalar dengan persamaan y = 0,03 sin (x + 30t), x dan y dalam meter dan t dalam detik. Maka tegangan tali tersebut adalah ...
A. 0,12 N
B. 0,24 N
C. 0,36 N
D. 0,60 N
E. 0,72 N
Pembahasan :
Dik : L = 8 m, m = 1,04 g, ω = 30, k = 1
y = 0,03 sin (x + 30t)
y = 0,03 sin (kx+ ωt)
Besar tegangan tali
⇒ F = ρ.v2
⇒ F = (m/L).(ω/k)2
⇒ F = (1,04 x 10-3/8).(30/1)2
⇒ F = (0,13 x 10-3).(900)
⇒ F = 117 x 10-3
⇒ F = 0,117 N
⇒ F = 0,12 N
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Teori Relativitas Khusus.
Soal 5
Pada gerak harmonik selalu ada perbandingan yang tetap antara ...
(1) massa dan periode
(2) perpindahan dan kecepatan
(3) kecepatan dan percepatan
(4) perpindahan dan percepatan
Pembahasan :
Pada gerak harmonik, selalu ada perbandingan yang tetap antara perpindahan dan percepata. Hubungan antara perpindahan dan percepatan dirumuskan dengan a = -ω2.y
Jadi, opsi yang benar adalah opsi 4.
Soal 6
Sebuah gelombang berjalan dari titik A ke B dengan kelajuan 5 m/s. Periode gelombang tersebut adalah 0,4 s. Jika selisih fase antara A dan B adalah 6/5 π, maka jarak AB adalah ...
A. 0,6 m
B. 0,8 m
C. 1,0 m
D. 1,2 m
E. 1,4 m
Pembahasan :
Dik : v = 5 m/s, T = 0,4 s, Δφ = 6/5 π
Berdasarkan rumus beda fase antara dua titik:
⇒ Δφ = 2π/vT (Δx)
⇒ 6/5 π = 2π/vT (Δx)
⇒ 6/5 = 2/(5.0,4) (Δx)
⇒ 6/5 = 2/2 (Δx)
⇒ 6/5 = Δx
⇒ Δx = 1,2 m
Jadi, jarak AB adalah 1,2 m.
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Gelombang Bunyi - Efek Doppler.
Soal 7
Pada bandul sederhana, tegangan tali maksimum terjadi saat bandul mencapai simpangan terjauhnya.
Pembahasan :
Perhatian gambar bandul sederhana di bawah ini!
Pada titik terjauh, kecepatan sama dengan nol sehingga berlaku:
⇒ T - W cos θ = mv2/R
⇒ T - W cos θ = m(0)2/R
⇒ T - W cos θ = 0
⇒ T = W cos θ
Saat mencapai titik tertinggi atau titik terjauh, kecepatan bandul sama dengan nol sehingga energi kinetiknya juga nol sedangkan energi potensialnya pada titik tertinggi merupakan energi potensial maksimum.
Tegangan tali maksimum berada pada titik terendah karena pada titik terendah kecepatannya juga maksimum sehingga berlaku:
⇒ T - W = mv2/R
⇒ T = W + mv2/R
Jadi, pernyataan salah tapi alasan benar.
Soal 8
Seberkas gelombang tsunami yang terbentuk di laut dalam arah penjalarannya membentuk sudut φ dengan garis pantai. Semakin dekat dengan pantai sudut φ ini akan bertambah besar.
Pembahasan :
Gelombang tsunami adalah gelombang permukaan air laut yang disebabkan oleh gangguan seperti pergeseran lempeng, gempa, longsor, aktivitas vulkanik di dasar samudera, dan sebagainya.
Gelombang tsunami merambat dalam bentuk gelombang konsentris transversal membentuk sudut φ terhadap garis pantai dengan laju yang sangat besar dan arah menjauhi pusat gangguan.
Sudut φ dibentuk oleh arah perambatan gelombang dengan bidang yang melalui garis pantai. Karena daerah pantai lebih dangkal, maka kecepatan gelombang tsunami akan semakin berkurang begitu mendekati pantai.
Penurunan laju gelombang tsunami tersebut berlangsung secara drastis kemudian gelombang ini dibiaskan mendekati garis normal sehingga mengakibatkan gelombang tsunami naik menjadi tingg.
Jadi, pernyataan benar alasan benar dan menunjukkan sebab akibat.
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Bumi Antariksa - Hukum Keppler.
Soal 9
Perahu jangkar tampak naik turun dibawa oleh gelombang air laut. Waktu yang diperlukan untuk satu gelombang adalah 4 detik, sedangkan jarak dari puncak gelombang ke puncak gelombang berikutnya adalah 25 m. Jika amplitudo gelombang 0,5 m, maka ...
(1) Frekuensi gelombang air laut adalah 0,125 Hz
(2) Laju rambat gelombang adalah 3,125 m/s
(3) Jarak yang ditempuh partikel air laut π/2 m
(4) Laju maksimum partikel air laut di permukaan adalah π/4 m/s
Pembahasan :
Dik : T = 4 s, A = 0,5 m, λ = 25 m
Frekuensi gelombang
⇒ f = 1/T
⇒ f = 1/4
⇒ f = 0,25 Hz
Laju rambat gelombang
⇒ v = f .λ
⇒ v = 0,25 (25)
⇒ v = 6,25 m/s
Karena 1 dan 2 salah, maka bisa dipastikan opsi yang benar adalah opsi 4.
Laju maksimum partikel :
⇒ y = A sin ωt
⇒ v = A ω cos ω.t
Untuk laju maksimum, cos ωt = 1, sehingga:
⇒ v = A ω
⇒ v = A 2π/T
⇒ v = 0,5 2π/4
⇒ v = π/4 m/s
Soal 10
Persamaan gelombang transversal yang merambat sepanjang tali yang sangat panjang dapat dinyatakan dengan persamaan y = 6 sin (0,02π x + 4π t) dengan y dan x dalam cm serta t dalam sekon. Ini berarti bahwa ...
(1) Amplitudo gelombangnya 6 cm
(2) Panjang gelombangnya 1 m
(3) Frekuensi gelombang 2 Hz
(4) Penjalaran gelombang ke arah sumbu x-positif
Pembahasan :
Dik : A = 6 cm, ω = 4π, k = 0,02π
Arah rambat gelombang:
y = 6 sin (0,02π x + 4π t)
Karena tanda dalam sinus positif, maka gelombang menjalar ke arah kiri (sumbu x negatif).
Panjang gelombang
⇒ k = 0,02π
⇒ x/λ = 0,02π
⇒ λ = 1/0,02π cm
Frekuensi gelombang
⇒ ω = 4π
⇒ 2π.f = 4π
⇒ f = 2 Hz
Jadi, opsi yang benar adalah 1 dan 3.
Soal 1
Suatu benda bergetar harmonik dengan amplitudo 4 cm dan frekuensi 5 Hz. Saat simpangannya mencapai 2 cm, jika sudut fase awal nol, maka sudut fase getarannya adalah ...
A. 30o
B. 45o
C. 60o
D. 90o
E. 120o
Pembahasan :
Dik : y = 2 cm, A = 4 cm
Persamaan dasar gerak harmonik:
⇒ y = A sin (ωt
⇒ 2 = 4 sin (ωt + θo)
⇒ sin (ωt + θo) = 2/4
⇒ sin (ωt + θo) = ½
⇒ (ωt + θo) = 30o
Jadi, sudut fase getarannya adalah 30o.
Jawaban : A
Soal 2
Bila v = kecepatan, a = percepatan, Ek = energi kinetik, dan Ep = energi potensial getaran selaras, maka pada saat melalui kedudukan seimbangnya ....
(1) Ek maksimum
(2) Ep minimum
(3) a = 0
(4) Ep = 0
Pembahasan :
Pada kedudukan seimbang dikertahui y = 0, n = 0, ωt = ±nπ, a = 0
Energi kinetik getaran selaras :
⇒ Ek = ½ m.ω2.A2.cos2 ωt
⇒ Ek = ½ m.ω2.A2.cos2 ±nπ
⇒ Ek = ½ m.ω2.A2.(1)
⇒ Ek = ½ m.ω2.A2
Jadi, pada kedudukan seimbang Ek maksimum.
Energi potensial:
⇒ Ep = ½ k.y2
⇒ Ep = ½ k.(0)2
⇒ Ep = 0
Energi potensial minimum.
Jadi, opsi yang benar adalah 1, 2, 3, dan 4.
Jawaban : E
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinaika dan Kinetik Gas.
Soal 3
Suatu gelombang dinyatakan dengan persamaan :
y = 0,20 sin 0,40 π (x - 60t)
Jika semua jarak diukur dalam cm dan waktu dalam sekon, maka penyataan berikut yang benar adalah ...
(1) Panjang gelombang bernilai 5 cm
(2) Frekuensi gelombang bernilai 12 Hz
(3) Gelombang menjalar dengan kecepatan 60 cm/s
(4) Simpangan gelombang 0,1 cm pada posisi x = 35/12 cm dan t = 1/24 sekon.
Pembahasan :
Persamaan umum gelombang berjalan
y = A sin (ωt ± 2πx/λ)
y = A sin (2πt/T ± 2πx/λ]
Diketahui persamaan gelombang
⇒ y = 0,20 sin 0,40 π (x - 60t)
⇒ y = 0,20 sin (0,40 πx - 24πt)
⇒ y = A sin (ωt ± 2πx/λ)
Dari persamaan umum kita peroleh
Panjang gelombang :
⇒ 2πx/λ = 0,4 πx
⇒ 2/λ = 0,4
⇒ λ =2/0,4
⇒ λ = 5 cm
Jadi, panjang gelombangnya adalah 5 cm.
Frekuensi gelombang :
⇒ 2πt/T = 24πt
⇒ 2/T = 24
⇒ T = 2/24
⇒ T = 1/12
⇒ f = 12 Hz
Jadi, frekuensi gelombangnya adalah 12 Hz.
Cepat rambat gelombang :
⇒ v = f.λ
⇒ v = 12 (5)
⇒ v = 60 cm/s
Jadi, cepat rambat gelombang adalah 60 cm/s
Simpangan gelombang pada posisi x = 35/12 cm dan t = 1/24 sekon.
⇒ y = 0,20 sin 0,40 π (x - 60t)
⇒ y = 0,20 sin 0,40 π (35/12 - 60(1/24))
⇒ y = 0,20 sin 72o (35/12 - 5/2)
⇒ y = 0,20 sin (210o - 180o)
⇒ y = 0,20 sin 30o
⇒ y = 0,1 cm
Jadi, simpangannya pada posisi itu adalah 0,1 cm.
Dengan demikian, opsi yang benar adalah 1, 2, 3, dan 4.
Jawaban : E
Soal 4
Seutas tali yang panjangnya 8 m memiliki massa 1,04 gram. Tali digetarkan sehingga sebuah gelombang transversal menjalar dengan persamaan y = 0,03 sin (x + 30t), x dan y dalam meter dan t dalam detik. Maka tegangan tali tersebut adalah ...
A. 0,12 N
B. 0,24 N
C. 0,36 N
D. 0,60 N
E. 0,72 N
Pembahasan :
Dik : L = 8 m, m = 1,04 g, ω = 30, k = 1
y = 0,03 sin (x + 30t)
y = 0,03 sin (kx
Besar tegangan tali
⇒ F = ρ.v2
⇒ F = (m/L).(ω/k)2
⇒ F = (1,04 x 10-3/8).(30/1)2
⇒ F = (0,13 x 10-3).(900)
⇒ F = 117 x 10-3
⇒ F = 0,117 N
⇒ F = 0,12 N
Jawaban : A
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Teori Relativitas Khusus.
Soal 5
Pada gerak harmonik selalu ada perbandingan yang tetap antara ...
(1) massa dan periode
(2) perpindahan dan kecepatan
(3) kecepatan dan percepatan
(4) perpindahan dan percepatan
Pembahasan :
Pada gerak harmonik, selalu ada perbandingan yang tetap antara perpindahan dan percepata. Hubungan antara perpindahan dan percepatan dirumuskan dengan a = -ω2.y
Jadi, opsi yang benar adalah opsi 4.
Jawaban : D
Soal 6
Sebuah gelombang berjalan dari titik A ke B dengan kelajuan 5 m/s. Periode gelombang tersebut adalah 0,4 s. Jika selisih fase antara A dan B adalah 6/5 π, maka jarak AB adalah ...
A. 0,6 m
B. 0,8 m
C. 1,0 m
D. 1,2 m
E. 1,4 m
Pembahasan :
Dik : v = 5 m/s, T = 0,4 s, Δφ = 6/5 π
Berdasarkan rumus beda fase antara dua titik:
⇒ Δφ = 2π/vT (Δx)
⇒ 6/5 π = 2π/vT (Δx)
⇒ 6/5 = 2/(5.0,4) (Δx)
⇒ 6/5 = 2/2 (Δx)
⇒ 6/5 = Δx
⇒ Δx = 1,2 m
Jadi, jarak AB adalah 1,2 m.
Jawaban : D
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Gelombang Bunyi - Efek Doppler.
Soal 7
Pada bandul sederhana, tegangan tali maksimum terjadi saat bandul mencapai simpangan terjauhnya.
SEBAB
Pada simpangan terjauh energi potensial bandul maksimum.Pembahasan :
Perhatian gambar bandul sederhana di bawah ini!
Pada titik terjauh, kecepatan sama dengan nol sehingga berlaku:
⇒ T - W cos θ = mv2/R
⇒ T - W cos θ = m(0)2/R
⇒ T - W cos θ = 0
⇒ T = W cos θ
Saat mencapai titik tertinggi atau titik terjauh, kecepatan bandul sama dengan nol sehingga energi kinetiknya juga nol sedangkan energi potensialnya pada titik tertinggi merupakan energi potensial maksimum.
Tegangan tali maksimum berada pada titik terendah karena pada titik terendah kecepatannya juga maksimum sehingga berlaku:
⇒ T - W = mv2/R
⇒ T = W + mv2/R
Jadi, pernyataan salah tapi alasan benar.
Jawaban : D
Soal 8
Seberkas gelombang tsunami yang terbentuk di laut dalam arah penjalarannya membentuk sudut φ dengan garis pantai. Semakin dekat dengan pantai sudut φ ini akan bertambah besar.
SEBAB
Gelombang tsunami merupakan gelombang permukaan air laut. Semakin dangkal dasar laut maka semakin kecil kecepatan gelombangnya, sehingga dalam penjalarannya menuju pantai gelombang ini dibiaskan mendekati garis normal, yaitu garis yang tegak lurus garis pantai.Pembahasan :
Gelombang tsunami adalah gelombang permukaan air laut yang disebabkan oleh gangguan seperti pergeseran lempeng, gempa, longsor, aktivitas vulkanik di dasar samudera, dan sebagainya.
Gelombang tsunami merambat dalam bentuk gelombang konsentris transversal membentuk sudut φ terhadap garis pantai dengan laju yang sangat besar dan arah menjauhi pusat gangguan.
Sudut φ dibentuk oleh arah perambatan gelombang dengan bidang yang melalui garis pantai. Karena daerah pantai lebih dangkal, maka kecepatan gelombang tsunami akan semakin berkurang begitu mendekati pantai.
Penurunan laju gelombang tsunami tersebut berlangsung secara drastis kemudian gelombang ini dibiaskan mendekati garis normal sehingga mengakibatkan gelombang tsunami naik menjadi tingg.
Jadi, pernyataan benar alasan benar dan menunjukkan sebab akibat.
Jawaban : A
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Bumi Antariksa - Hukum Keppler.
Soal 9
Perahu jangkar tampak naik turun dibawa oleh gelombang air laut. Waktu yang diperlukan untuk satu gelombang adalah 4 detik, sedangkan jarak dari puncak gelombang ke puncak gelombang berikutnya adalah 25 m. Jika amplitudo gelombang 0,5 m, maka ...
(1) Frekuensi gelombang air laut adalah 0,125 Hz
(2) Laju rambat gelombang adalah 3,125 m/s
(3) Jarak yang ditempuh partikel air laut π/2 m
(4) Laju maksimum partikel air laut di permukaan adalah π/4 m/s
Pembahasan :
Dik : T = 4 s, A = 0,5 m, λ = 25 m
Frekuensi gelombang
⇒ f = 1/T
⇒ f = 1/4
⇒ f = 0,25 Hz
Laju rambat gelombang
⇒ v = f .λ
⇒ v = 0,25 (25)
⇒ v = 6,25 m/s
Karena 1 dan 2 salah, maka bisa dipastikan opsi yang benar adalah opsi 4.
Laju maksimum partikel :
⇒ y = A sin ωt
⇒ v = A ω cos ω.t
Untuk laju maksimum, cos ωt = 1, sehingga:
⇒ v = A ω
⇒ v = A 2π/T
⇒ v = 0,5 2π/4
⇒ v = π/4 m/s
Jawaban : D
Soal 10
Persamaan gelombang transversal yang merambat sepanjang tali yang sangat panjang dapat dinyatakan dengan persamaan y = 6 sin (0,02π x + 4π t) dengan y dan x dalam cm serta t dalam sekon. Ini berarti bahwa ...
(1) Amplitudo gelombangnya 6 cm
(2) Panjang gelombangnya 1 m
(3) Frekuensi gelombang 2 Hz
(4) Penjalaran gelombang ke arah sumbu x-positif
Pembahasan :
Dik : A = 6 cm, ω = 4π, k = 0,02π
Arah rambat gelombang:
y = 6 sin (0,02π x + 4π t)
Karena tanda dalam sinus positif, maka gelombang menjalar ke arah kiri (sumbu x negatif).
Panjang gelombang
⇒ k = 0,02π
⇒ x/λ = 0,02π
⇒ λ = 1/0,02π cm
Frekuensi gelombang
⇒ ω = 4π
⇒ 2π.f = 4π
⇒ f = 2 Hz
Jadi, opsi yang benar adalah 1 dan 3.
Jawaban : B
Edutafsi.com adalah blog tentang bahan belajar. Gunakan menu atau penelusuran untuk menemukan bahan belajar yang ingin dipelajari.
0 comments :
Post a Comment