Soal UTBK Fisika Beserta Pembahasan

Tulisan ini merupakan pembahasan latihan soal UTBK Fisika. Sebelumnya saya sempat berbagi mengenai pembahasan soal utbk tes potensi skolastik kuantitatif. Namun karena soal yang diujikan dalam utbk 2019 juga terdapat bagian TKA (Tes Kemampuan Akademik) yang salah satunya dalam bidang saintek adalah soal fisika.

Maka, dengan tujuan agar sobat semuanya bisa berlatih soal utbk fisika sebagai persiapan untuk tes masuk perguruan tinggi melalui utbk 2021. Kali ini saya buatkan juga pembahasan soal utbk fisika, yang pada dasarnya tidak terlalu sulit.

Sebagai bahan persiapan juga saya pernah berbagi beberapa e-book yang dulu sempat saya gunakan sebagai bahan belajar menghadapi utbk 2019. Jika hendak memilikinya bisa sobat dapatkan pada series berikut Kumpulan Ebook Materi UTBK.

Baik, mari kita bahas soal utbk fisika yang saya dapatkan dari website Quipper, pada dasarnya dari website tersebut juga terdapat pembahasannya. Namun setelah saya perhatikan, terdapat beberapa yang kurang tepat, sehingga saya mencoba untuk mengerjakan ulang dan membagikannya pada tulisan ini.

Soal No. 1

Air mengalir pada pipa mendatar yang luas penampangnya mengecil. Pada ujung penampang pipa yang besar, air mengalir dengan kelajuan 4 m/s. Sedangkan pada ujung penampang pipa yang kecil, air mengalir lebih deras dengan kelajuan 9 m/s. Berapakah besarnya perbedaan tekanan antara kedua penampang pipa ...

A. 32,5 Pa

B. 48,6 Pa

C. 48,5 kPa

D. 32,5 kPa

E. 2,5 kPa

Pertama-tama kita gambar bentuk kondisi pipa, perhatikan gambar berikut

Dengan menggunakan rumus Bernoulli, lihat materi yang pernah saya tulis tentang Fluida Dinamis,

$P_1+\frac{1}{2}\rho v_1^2+\rho g{h}_1=$ $P_2+\frac{1}{2}\rho v_2^2+\rho g{h}_2$

Kita tahu :

$v_1=4$ $m/s$

$v_2=9$ $m/s$

massa jenis air = $\rho =1000$ $kg/m^3$

Anggap penampang 1 dengan penampang 2 memiliki ketinggian yang sama, sehingga suku $\rho gh$ saling meniadakan

$P_1+\frac{1}{2}\rho v_1^2=$ $P_2+\frac{1}{2}\rho v_2^2$

$P_1-P_2=\frac{1}{2}\rho (v_2^2-v_1^2)$

$P_1-P_2=\frac{1}{2}1000(9^2-4^2)$

$P_1-P_2=500(9-4)(9+4)$

$P_1-P_2=32500$ $Pa$

$P_1-P_2=32,5$ $kPa$

Pilihan yang tepat yaitu D

Soal No. 2

Saat pertandingan final bulu tangkis tunggal putra pada pertandingan Asian Games 2018, Jojo harus melawan Chou. Jojo memukul kok dengan kecepatan 15 m/s dan sudut elevasinya 53°. Agar Chou bisa menerima umpan Jojo, maka jarak antara keduanya adalah ...

A. 1,2 m

B. 10,8 m

C. 4,05 m

D. 7,2 m

E. 0,9 m

Untuk menjawab pertanyaan tersebut, perhatikan bentuk lintasan kok seperti gambar berikut

Kita tahu :

$v_0=15$ $m/s$

$g=10$ $m/s^2$

$cos({53}^o)=0.6$

$sin({53}^o)=0.8$

Tinjau Gerak Vertikal arah sumbu y:

$v_y=v_{0}sin({53}^o)$

$v_y=15\times 0.8$

$v_y=12$ $m/s$

Waktu untuk mencapai titik puncak dapat dicari dengan rumus gerak parabola, dimana ketika mencapai titik puncak kok akan berhenti sejenak, artinya kecepatan arah sumbu y di puncak bernilai nol

$v$ '${}_y=v_y-gt$

$0=12-10t$

$t=1.2$ $s$

Tinjau Gerak Horizontal arah sumbu x:

$v_x=v_0\times cos({53}^o)$

$v_x=15\times 0.6$

$v_x=9$ $m/s$

Gerak horizontal arah sumbu x merupakan GLB, sehingga untuk mendapatkan jarak bisa dengan rumus

$s=v_x\times t_h$

Perhatikan bahwa waktu untuk mencapai $X_{max}$ adalah 2 kali waktu untuk mencapai titik puncak, hal ini terjadi karena gerak yang dilakukan kok membentuk parabola dengan sumbu simetri melalui puncaknya. Sehingga dapat kita tuliskan

$t_h=2t=2\times 1.2=2.4$ $s$

$X_{max}=v_x\times t_h$

$X_{max}=9\times 2.4$

$X_{max}=21.6$ $m$

Tidak ada pilihan yang tepat

Soal No. 3

Dua buah benda A dan B berada di atas lantai licin, keduanya dihubungkan satu sama lain oleh seutas tali. Jika massa benda A 13m dan massa benda B 9m, kemudian benda B dikenai gaya F sehingga kedua benda bergerak. Tali penghubung kedua benda pun menegang sebesar T. Besar tegangan tali T tersebut adalah ...

A. $\frac{13}{22}F$

B. $\frac{9}{13}F$

C. $\frac{9}{22}F$

D. $9F$

E. $\frac{13}{9}F$

Untuk menyelesaikan kasus ini mari kita tinjau diagram benda bebasnya

Kita tahu :

$m_A=13m$

$m_B=9m$

Karena lantai dianggap licin, maka tidak ada gaya gesek antara lantai dengan benda. Kemudian dengan menganggap benda A dan benda B sebagai satu sistem, maka hukum Newton kedua dapat langsung digunakan

$\sum F=m_{sistem}\times a$

$m_{sistem}=m_A+m_B$

$m_{sistem}=13m+9m=22m$

$F=22ma$

$a=\frac{F}{22m}$

Untuk mendapatkan nilai tegangan tali T, kita bisa tinjau benda A saja atau benda B saja dengan percepatan yang sama tentunya. Mari kita tinjau keduanya untuk membuktikan bahwa salah satu saja sudah bisa mendapatkan nilai T

Tinjauan benda A:

$\sum F=m_A\times a$

$T=13m\times \frac{F}{22m}$

$T=\frac{13}{22}F$

Tinjauan benda B:

$\sum F=m_B\times a$

$F-T=9m\times \frac{F}{22m}$

$T=F-\frac{9}{22}F=\frac{13}{22}F$

Perhatikan, nilai tegangan tali T baik ditinjau dari benda A maupun benda B memiliki besar yang sama. Sehingga terbukti bahwa meninjau salah satu saja sudah cukup.

Pilihan yang tepat yaitu A

Soal No. 4

Sebuah benda bermassa $m_1$ bergerak dengan kecepatan $v$, kemudian menumbuk benda kedua yang mula-mula diam bermassa $m_2$. Akibatnya, benda pertama bergerak lebih lambat yaitu dengan kecepatan $0.25v$. Sedangkan benda kedua bergerak ke atas dengan ketinggian $h$. Nilai maksimal $h$ adalah ...

A. $h=\frac{9}{32}\frac{m_1}{m_2}\frac{v^2}{g}$

B. $h=\frac{9}{32}(\frac{m_1}{m_2}{)}^2(\frac{v}{g})$

C. $h=\frac{9}{32}\frac{m_2}{m_1}\frac{v^2}{g}$

D. $h=\frac{9}{32}(\frac{m_2}{m_1}{)}^2(\frac{v^2}{g})$

E. $h=\frac{9}{32}(\frac{m_1}{m_2}{)}^2(\frac{v^2}{g})$

Untuk menyelesaikan kasus ini mari kita gambarkan keadaan-keadaan sebelum dan sesudah tumbukan seperti gambar berikut

Pada kasus tersebut merupakan contoh sederhana dari konsep momentum. Sobat bisa mempelajari mengenai materinya pada series Konsep Impuls Momentum dan Tumbukan.

Kita tahu :

$m_1=m_1$

$v_1=v$

$m_2=m_2$

$v_2=0$

$m_1^{\prime }=m_1$

$v_1^{\prime }=0,25v$

$m_2^{\prime }=m_2$

$v_2^{\prime }=ada$

Dengan konsep hukum kelestarian momentum linear dapat dituliskan

$m_1.v_1+m_2.v_2=m_1^{\prime }.v_1^{\prime }+m_2^{\prime }.v_2^{\prime }$

$m_1.v+0=m_1^{\prime }.0,25v+m_2^{\prime }.v_2^{\prime }$

$m_2^{\prime }.v_2^{\prime }=m_1.v-m_1^{\prime }.0,25v$

$v_2^{\prime }=\frac{0,75m_1.v}{m_2}$

$v_2^{\prime }=\frac{3m_1.v}{4m_2}$

Diketahui bahwa benda bergerak ke atas artinya ke arah vertikal dengan kecepatan mula-mula $v_2^{\prime }$. Gerak vertikal berarti mengalami GLBB karena dipengaruhi percepatan gravitasi bumi. Untuk mencari ketinggian maksimum yang dapat dicapai benda bisa dengan rumus berikut

$v_y^{\prime 2}=v_y^2-2gh$

Titik maksimum dapat dicapai apabila $v_y^{\prime }=0$, sehingga

$0=v_y^2-2gh$

$h=\frac{v_y^2}{2g}$

dengan $v_y=v_2^{\prime }$

$h=(\frac{3m_{1}v}{4m_2}{)}^2\frac{1}{2g}$

$h=\frac{9m_1^2{v}^2}{32m_2^{2}g}=\frac{9}{32}(\frac{m_1}{m_2}{)}^2(\frac{v^2}{g})$

Pilihan paling tepat yaitu E

Soal No. 5

Sebuah balok es bermassa 80 kg berada pada suhu 0℃. Balok es tersebut dipanaskan menggunakan pemanas listrik, selama 3 detik didapati 40 gram es mencair. Kalor lebur es 336.000J/kg dan kalor jenis es 2.100J/kg℃. Berapakah daya pemanas listrik yang digunakan ...

A. 4.480.000 W

B. 4.480 W

C. 28.000 W

D. 28 W

E. 4.508 W

Kita tahu :

$m_{es}=80$ $kg$

$T=0℃$

$t=3$ $s$

$m_{esmencair}=40$ $gram=0.04$ $kg$

$L_{es}=336.000$ $J/kg$

$c_{es}=2.100$ $J/kg℃$

Karena yang ditanyakan adalah daya pemanas listrik untuk 40 gram es yang berhasil dicairkan, maka kita cari terlebih dahulu usaha qalor yang diperlukan untuk mencairkan es sebanyak 40 gram.

$Q=m_{escair}\times L_{es}$

$Q=0.04\times 336.000$

$Q=13.440$ $J$

Untuk menghitung dayanya gunakan rumus berikut

$P=\frac{Usaha}{waktu}$

$P=\frac{13.440}{3}=4.480$ $W$

Pilihan yang tepat yaitu B

Soal No. 6

Sebuah partikel bermassa diam $m_0$ bergerak sehingga energi diamnya 4 kali energi kinetiknya. Besar kecepatan gerak partikel adalah ...

A. $\frac{3c\sqrt{6}}{5}$

B. $\frac{3c}{5}$

C. $\frac{4c}{5}$

D. $\frac{2c}{5}$

E. $\frac{2c\sqrt{6}}{5}$

Soal ini berkaitan dengan materi relativistik

$E_k=E_{total}-E_{diam}$

$E_{total}=\gamma m_0{c}^2$

$E_{diam}=m_0{c}^2$

$\gamma =\frac{1}{\sqrt{1-(\frac{v}{c}{)}^2}}$

Kita tahu :

$E_{diam}=4E_k$

$E_k=\frac{E_{diam}}{4}$

Substitusikan $E_k$ ke persamaan relativistiknya

$\frac{E_{diam}}{4}=E_{total}-E_{diam}$

$E_{total}=\frac{5}{4}{E}_{diam}$

$\gamma m_0{c}^2=\frac{5}{4}{m}_0{c}^2$

$\frac{1}{\sqrt{1-(\frac{v}{c}{)}^2}}=\frac{5}{4}$

$\sqrt{1-(\frac{v}{c}{)}^2}=\frac{4}{5}$

$1-(\frac{v}{c}{)}^2=\frac{16}{25}$

$(\frac{v}{c}{)}^2=1-\frac{16}{25}=\frac{9}{25}$

$\frac{v}{c}=\sqrt{\frac{9}{25}}=\frac{3}{5}$

$v=\frac{3c}{5}$

Pilihan yang tepat yaitu B

Soal No. 7

Kecepatan bola sepanjang sumbu X mengikuti persamaan $v(t)=6t-13$, dengan v dalam m/s dan t dalam detik. Jika pada saat t = 0, posisi bola berada pada x = -1 m. Maka pada selang waktu dari t = 0 sampai t = 4 detik, jarak tempuh bola adalah ...

A. -5 m

B. -1 m

C. 4 m

D. 24 m

E. -4 m

Kita diberikan persamaan kecepatan terhadap fungsi waktu

$v(t)=6t-13$

Kemudian diberikan pula informasi posisi saat $t=0$

$x(0)=-1$

Jarak merupakan perpindahan posisi tiap selang waktu, agar bisa mencari jarak kita perlu mengetahui posisi tiap waktunya. Karena kita tahu persamaan kecepatan terhadap waktu, maka kita bisa mendapatkan persamaan posisi dengan integrasi persamaan kecepatan.

$x(t)=\int v(t)dt$

$x(t)=\int (6t-13)dt$

$x(t)=3t^2-13t+C$

Gunakan informasi $x(t=0)$ untuk mengetahui nilai C

$x(0)=3t^2-13t+C$

$-1=C$

Jadi persamaan posisinya

$x(t)=3t^2-13t-1$

Untuk selang waktu dari t = 0 s sampai t = 4 s, maka kita cari posisi tiap saat

$x(0)=-1$

$x(1)=3-13-1=-11$

$s_1=|x(1)-x(0)|=|-11+1|=10$

$x(2)=3(4)-13(2)-1=-15$

$s_2=|x(2)-x(1)|=|-15+11|=4$

$x(3)=3(9)-13(3)-1=-13$

$s_3=|x(3)-x(2)|=|-13+15|=2$

$x(4)=3(16)-13(4)-1=-5$

$s_4=|x(4)-x(3)|=|-5+13|=8$

Maka jarak yang ditempuh dari t = 0 s sampai t = 4 s adalah

$s_{total}=s_1+s_2+s_3+s_4$

$s_{total}=10+4+2+8=24$

Pilihan yang paling tepat yaitu D

Soal No. 8

Sebuah batang AE bermassa 6 kg dan panjang 2 meter. Batang tersebut dikenai 4 buah gaya, perhatikan gambar

Sumber Gambar : quipper.com

Jika AB = BC = CD = DE, besarnya momen gaya batang apabila diputar terhadap sumbu putar di titik A adalah ...

A. 17,5 Nm

B. 187,5 Nm

C. -17,5 Nm

D. 22,5 Nm

E. -187,5 Nm

Pada kasus ini kita diminta untuk mencari torsi atau momen gaya di titik A. Namun pada gambar soal ternyata terdapat satu gaya yang tidak ditampilkan, yaitu gaya berat batang yang terpusat di titik C dan searah dengan $F_2$. Torsi sendiri dirumuskan sebagai berikut

$\tau =r\times F$

dengan r merupakan lengan gaya, kemudian kita tetapkan bahwa searah jarum jam negatif, berlawanan arah jarum jam positif

Panjang batang = 2 meter

$AB=\frac{2meter}{4}=0.5meter$

$massa=m=6$ $kg$

${\tau }_{porosA}={\tau }_A+{\tau }_B+{\tau }_C+{\tau }_D+{\tau }_E$

${\tau }_{porosA}=r_A\times F_A+r_B\times F_B+r_C\times W$ $+r_D\times F_D+r_E\times F_E$

${\tau }_{porosA}=(0\times 20)+(0.5\times -50)+$ $(1\times -60)+(1.5\times 30\times sin({30}^o))+(2\times 40)$

${\tau }_{porosA}=0-25-60+22.5+80=17.5$ $Nm$

Pada kasus ini tampaknya memiliki 2 pilihan yang sama-sama tepat, yakni pilihan A dan C. Hal ini terjadi akibat dari penentuan tanda arah, dalam kasus ini torsi bernilai positif apabila ditetapkan arah berlawanan jarum jam sebagai positif, sebaliknya apabila arah berlawanan jarum jam ditetapkan negatif maka torsi bernilai negatif.

Pilihan yang tepat yaitu A dan C

Soal No. 9

Doni memiliki teropong bintang yang perbesarannya 90 kali. Teropong tersebut memiliki panjang 1.093 mm, jarak fokus okulernya adalah ...

A. 1.080 mm

B. 1.182 mm

C. 1.002 mm

D. 12 mm

E. 12,133 mm

Teropong bintang

$M=90$

$L=1.093$ $mm$

$M=\frac{f_{ob}}{f_{ok}}$

$L=f_{ob}+f_{ok}$

Mari kita gunakan informasi M dan L

$90=\frac{f_{ob}}{f_{ok}}$

$f_{ob}=90f_{ok}$

$L=f_{ob}+f_{ok}$

$1.093=90f_{ok}+f_{ok}$

$1.093=91f_{ok}$

$f_{ok}=\frac{1.093}{91}$

$f_{ok}=12,01$ $mm$

Pilihan yang paling tepat yaitu D

Soal No. 10

Pada suatu gas ideal dengan volume mula-mula V mengalami ekspansi isotermal sehingga volume akhirnya 7,39V. Besar entropinya adalah ... ln(7,39) = 2

A. $2nR$

B. $\frac{nR}{2}$

C. $nR$

D. $7,39nR$

E. $3,695nR$

Persamaan gas ideal adalah sebagai berikut

$PV=nRT$

$P=\frac{nRT}{V}$

Kita tahu :

$V_0=V$

$V_1=7,39V$

$ln(7,39)=2$

Keadaan isotermal merupakan kondisi dimana suhu dibuat konstan. Maka Usaha yang dilakukan mengikuti persamaan berikut

$W=\int PdV$

Ubah P dengan persamaan gas ideal di atas, sehingga menjadi

$W=\underset{V_0}{\overset{V_1}{\int }}\frac{nRT}{V}dV=nRT[ln(V_1)-ln(V_0)]$

$W=nRT[ln(\frac{V_1}{V_0})]$

$W=nRT[ln(\frac{7,39V}{V})]$

$W=nRT[ln(7,39)]$

$W=2nRT$

Entropi dapat dicari dengan rumus berikut

$Q=W=TS$

$S=\frac{2nRT}{T}=2nR$

Pilihan yang paling tepat yaitu A

Penutup

Itulah beberapa soal utbk fisika lengkap dengan pembahasan yang bisa saya tuliskan pada kesempatan ini. Mudah-mudahan dapat membantu sobat semuanya yang sedang mempersiapkan utbk sebagai syarat mengikuti SBMPTN.

Apabila sobat menemukan pembahasan yang keliru, silahkan sampaikan melalui komentar atau melalui email yang terdapat pada halaman kontak. Mohon maaf apabila dalam tulisan ini terdapat banyak kekurangannya. Semoga bermanfaat.

Terimakasih atas kunjungannya.