Gaya Sentripetal pada Benda Terhubung Tali (Penjelasan Lengkap)

Gaya sentripetal merupakan gaya yang arahnya menuju pusat lingkaran pada benda yang bergerak melingkar, hubungannya dengan hukum Newton adalah terkait dengan gaya – gaya yang berlaku sama dengan gaya sentripetal dan hal ini bergantung pada kasus atau fenomena dalam soal. Beberapa di antaranya yaitu benda yang terhubung tali, jalan menikung, dan jalan yang melengkung. Mari kita bahas satu persatu. Nah, pada kesempatan kali ini pembahasan lengkap tentang gaya sentripetal pada benda terhubung tali. selamat menikmati

Benda terhubung tali

Benda yang terhubung tali dapat digerakkan secara melingkar baik melingkar vertikal dan melingkar horizontal seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini

Pada kedua gambar di atas misalkan benda bermassa m bergerak melingkar dengan kecepatan linier sebesar v sehingga gaya sentripetal yang dimiliki benda tersebut adalah

Sehingga kita dapat melakukan analisisnya sebagai berikut

Bergerak horizontal

Ketika benda bergerak melingkar secara horizontal seperti pada gambar (1) di atas, maka gaya yang bertindak sebagai gaya sentripetal adalah gaya tegang tali tersebut, secara matematis dapat ditulis
T = Fs

Persamaan di atas menunjukkan gaya tegang tali ketika benda berputar secara horizontal dimana R merupakan jari – jari lingkaran.

Bergerak vertikal

Gambar (2) menunjukkan gerakan benda terikat tali dan diputar secara vertikal, sedikit berbeda dengan sebelumnya ketika benda bergerak secara vertikal maka posisi benda mempengaruhi arah gaya yang bekerja sehingga persamaan gaya sentripetal bisa berubah bergantung pada posisi benda tersebut, perlu diingat bahwa gaya sentripetal merupakan gaya yang arahnya menuju pusat lingkaran hasil resultan gaya – gaya tersebut. Berikut akan terlihat bagaimana posisi benda akan mempengaruhi persamaan gaya sentripetalnya
Posisi A

Berdasarkan gambar di atas yang bertindak sebagai gaya sentripetal adalah gaya tegang tali, maka persamaan gaya sentripetalnya adalah

Posisi B

Berdasarkan gambar di atas, gaya sentripetal merupakan resultan dari gaya tegang tali dan gaya berat benda. Sehingga persamaan gaya sentripetalnya menjadi

Posisi C

Berdasarkan gambar di atas, gaya sentripetal merupakan resultan dari gaya tegang tali dan gaya berat benda dalam komponen sumbu y (w_y). Sehingga persamaan gaya sentripetalnya menjadi

gambar D

Berdasarkan gambar di atas, gaya sentripetal merupakan resultan dari gaya tegang tali dan gaya berat benda dalam komponen sumbu x (w_x). Sehingga persamaan gaya sentripetalnya menjadi

Posisi E

Berdasarkan gambar di atas, gaya sentripetal merupakan resultan dari gaya tegang tali dan gaya berat (arah keduanya sama). Sehingga persamaan gaya sentripetalnya menjadi

agar lebih memahami konsep gaya sentripetal pada benda terhubung tali ini secara lengkap, mari kita simak beberapa contoh soal di bawah ini yang juga disertakan pembahasan dan penjelasan lengkap.

Soal nomor 1
Sebuah bola bermassa 200 g yang diikat di ujung tali diayun dalam suatu lingkaran horizontal beradius 50 cm. Bola tersebut melakukan 150 putaran tiap menit. hitung:

1. Waktu untuk satu putaran
2. Percepatan sentripetal
3. Tegangan tali

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 200 g = 0,2 kg
R = 50 cm = 0,5 m
ω = 150 put/menit
ω =150 . 2π / 60 rad/s
ω = 5π rad/s

a. waktu untuk satu putaran
yang dimaksud dengan waktu satu putaran adalah periodenya, sehingga jika bola tersebut melakukan 150 putaran per menit atau dalam 60 s, maka
150 put = 60 s
1 put = 60/150 s
1 put = 0,4 s
Dengan kata lain periodenya adalah 0,4 s

b. percepatan sentripetal
percepatan sentripetal dapat ditentukan dengan persamaan
a_s = ω²R
a_s = (5π)² . 0,5
a_s = 25π² . 0,5
a_s = 50π² m/s²

c. tegangan tali
seperti yang telah dijelaskan di atas, untuk tali yang diputar secara horizontal gaya tegangan talinya sama dengan gaya sentripetal sehingga
T = Fs
T = m a_s
T = 0,2 . 50π²
T = 10π² N

Soal nomor 2
perhatikan gambar berikut

Sebuah benda bermassa 1 kg digantungkan pada seutas tali. Berapakah kecepatan benda di titik C jika pada titik ini T = 0 dan panjang tali 5 m?

pembahasan soal nomor 2:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 1 kg
R = 5 m
θ = 30⁰
T_C = 0
Untuk menyelesaikan soal ini kita dapat menggunakan analisis benda seperti pembahasan di atas pada posisi D, sehingga persamaan matematisnya adalah

Soal nomor 3
Sebuah keping bermassa 0,500 kg diikatkan pada ujung tali yang panjangnya 1,50 m. Keping bergerak dalam lingkaran horizontal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.1. Jika tali dapat menahan tegangan maksimum 50,0 N, berapakah kecepatan maksimum keping dapat bergerak sebelum tali putus? Asumsikan tali tetap horizontal selama gerakan.
Teks asli
A puck of mass 0.500 kg is attached to the end of a cord 1.50 m long. The puck moves in a horizontal circle as shown in Figure 6.1. If the cord can withstand a maximum tension of 50.0 N, what is the maximum speed at which the puck can move before the cord breaks? Assume the string remains horizontal during the motion.

Figure 6.1

pembahasan soal nomor 3:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 0,5 kg
R = 1,5 m
T = 50,0 N
v_max... ?
karena benda bergerak melingkar secara horizontal maka besar tegangan talinya sama dengan besar gaya sentripetal. Jadi dapat dikatakan bahwa besar tegangan tali tersebut merupakan batas maksimal agar tali tidak putus. Kita dapat menggunakan persamaan
FS = T
mv²/R = T
v² = TR / m
v² = 50 . 1,5 / 0,5
v² = 150
v = 12,2 m/s
jadi jika kecepatannya melebihi 12,2 m/s maka gaya sentripetalnya akan melebihi 50,0 N sehingga menyebabkan tali tersebut putus.

Soal nomor 4
Sebuah bola bermassa m = 0,275 kg berayun dalam lintasan melingkar vertikal pada tali L = 0,850 m seperti pada Gambar P6.45. (a) Berapakah gaya-gaya yang bekerja pada bola di setiap titik pada lintasan? (b) Gambarlah diagram gaya untuk bola saat berada di dasar lingkaran dan saat berada di atas. (c) Jika kecepatannya 5,20 m/s di puncak lingkaran, berapakah tegangan tali di sana? (d) Jika tali putus ketika tegangannya melebihi 22,5 N, berapakah kecepatan maksimum yang dapat dimiliki bola di dasar sebelum itu terjadi? Teks Asli
A ball of mass m = 0.275 kg swings in a vertical circular path on a string L = 0.850 m long as in Figure P6.45. (a) What are the forces acting on the ball at any point on the path? (b) Draw force diagrams for the ball when it is at the bottom of the circle and when it is at the top. (c) If its speed is 5.20 m/s at the top of the circle, what is the tension in the string there? (d) If the string breaks when its tension exceeds 22.5 N, what is the maximum speed the ball can have at the bottom before that happens?

Figure P6.45

pembahasan soal nomor 4:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 0,275 kg
R = 0,85 m
(a)Pada setiap titik dalam benda yang bergerak melingkar vertikal benda akan mendapatkan dua gaya yakni gaya berat (w = m g) yang arahnya ke bawah dan gaya tegang tali (T) yang arahnya menuju pusat lingkaran
(b)Gambar diagram gaya ketika benda berada di titik bawah (sama dengan posisi B pada penjelasan di atas) adalah sebagai berikut

Jadi antara gaya berat dan gaya tegang tali berlawanan arah, sedangkan diagram gaya ketika benda berada di titik atas (sama dengan posisi E pada penjelasan di atas) adalah sebagai berikut

Jadi antara gaya berat dan gaya tegang tali memiliki arah yang sama
(c) Jika ketika berada di posisi atas kecepatan benda sebesar 5,20 m/s dan dengan melihat diagram gaya pada jawaban sebelumnya, maka kita dapat menuliskan persamaan untuk gaya sentripetalnya adalah sebagai berikut

(d) jika tegangan tali maksimumnya 22,5 N pada posisi bawah, maka kecepatan maksimumnya dapat ditentukan dengan persamaan

Soal nomor 5
Sebuah benda bermassa m₁ = 4,00 kg diikat ke sebuah benda bermassa m₂ = 3,00 kg dengan Tali 1 dengan panjang l = 0,500 m. Kombinasi tersebut diayunkan dalam lintasan melingkar vertikal pada tali kedua, Tali 2, dengan panjang l = 0,500 m. Selama gerakan, kedua senar selalu segaris seperti yang ditunjukkan pada Gambar P6.44. Pada puncak geraknya, m₂ bergerak dengan kecepatan v = 4,00 m/s. (a) Berapakah tegangan tali l saat ini? (b) Berapakah tegangan tali 2 saat ini? (c) Tali mana yang akan putus lebih dulu jika kombinasi diputar lebih cepat dan lebih cepat?
Teks Asli
An object of mass m₁ = 4.00 kg is tied to an object of mass m₂ = 3.00 kg with String 1 of length l = 0.500 m. The combination is swung in a vertical circular path on a second string, String 2, of length l = 0.500 m. During the motion, the two strings are collinear at all times as shown in Figure P6.44. At the top of its motion, m₂ is traveling at v = 4.00 m/s. (a) What is the tension in String 1 at this instant? (b) What is the tension in String 2 at this instant? (c) Which string will break first if the combination is rotated faster and faster?

Figure P6.44

pembahasan soal nomor 5:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m₁ = 4,00 kg
m₂ = 3,00 kg
R = 0,5 m
v = 4,00 m/s
gambar diagram gaya untuk kedua benda dapat digambarkan sebagai berikut

Berdasarkan gambar di atas, kita dapat menuliskan persamaan gaya sentripetalnya sebagai berikut
Untuk benda 1 :

Dimana v₁ = 2v, R₁ = 2l
Untuk benda 2 :

Dimana v₂ = v, R₂ = l
a. Untuk menentukan besar tegangan pada tali 1, kita dapat menggunakan persamaan (1)

b. Untuk menentukan besar tegangan pada tali 1, kita dapat menggunakan persamaan (2)

c. Karena T2 > T1, maka tali 2 akan putus lebih dahulu ketika keduanya diputarkan semakin cepat

Demikian artikel kali ini tentang gaya sentripetal pada benda terhubung tali penjelasan lengkap dengan soal latihan dan pembahasan lengkap. Semoga dapat bermanfaat bagi para pembaca dan jika ada request dari para pembaca terkait materi atau soal tentang suatu bab fisika silahkan tinggalkan komentar

Terbaru! Definisi 1 Kilogram Standart

Menurut, Kepala Badan Standarisasi Nasional (BSN), Bambang Prasetya menjelasakan definisi kilogram sebagai satuan massa dalam sistem internasional satuan (The International System of Units) secara resmi berubah. Akan tetapi hal ini tidak akan mengubah penggunaan satuan tersebut dalam kehidupan sehari-hari. Jadi pada dasarnya 1 kilogram tetaplah 1.000 gram. "Yang berubah adalah definisi kilogramnya sebagai satuan massa dalam sistem internasional satuan," menurut beliau dalam keterangan tertulis di Jakarta, Selasa, 21 Mei 2019. Perbedaan defisini yang baru ini lebih pada satuan tidak lagi berbasis artefak, tapi berbasis pada sifat atomik dan konstanta alam

Selama 130 tahun, satuan massa kilogram telah didefinisikan sebagai berat dari sebuah silinder platinum-iridium yang disimpan dalam lemari besi terkunci di Paris. Hal ini, merujuk pada logam di Biro Internasional untuk Ukuran dan Timbangan (BIPM) Perancis yang merupakan Prototipe Kilogram Internasional. Istilah populernya disebut dengan Le Grand K. 

Akan tetapi pada tahun 1989, ditemukan fakta mengejutkan para ahli metrology (ilmu ukur) dunia, Yakni Prototipe Kilogram Internasional ternyata menjadi 50 mikrogram lebih ringan daripada replika yang telah disebarkan di seluruh dunia. Meskipun 50 mikrogram mungkin tidak banyak, namun perubahan itu menunjukkan bahwa beratnya tidak lagi akurat untuk digunakan dalam penelitian dan aplikasi teknologi canggih.

Pada 16 November 2018 melalui Konferensi Umum Takaran dan Ukuran ke-26 yang berlangsung di Versailes, Perancis, komunitas metrologi dunia menyetujui perubahan definisi Sistem Internasional Satuan (SI). Perubahan SI ini penting karena mengubah basis definisi sehingga semua satuan dasar terhubung langsung dengan konstanta alam yang jauh lebih pasti, ujarnya. Akhirnya pada 20 Mei 2019, tepat pada Hari Metrologi Dunia ke-144, definisi baru satuan-satuan SI resmi berlaku, tambah dia.

Definisi baru satu kilogram pada masa sekarang didasarkan pada tiga konstanta mendasar, yakni kecepatan cahaya; radiasi gelombang mikro alami atom cesium; dan konstanta Planck, yang menggambarkan ukuran paket energi yang digunakan atom dan partikel lain untuk menyerap dan memancarkan energi. Pembaruan definisi ini, hanya berdampak pada lembaga metrologi (pengukuran) dan organisasi-organisasi yang bekerja dalam merealisasikan unit-unit SI, namun memperkecil ketidakpastian dan meningkatkan stabilitas satuan.

Pembaruan definisi ini, urainya juga hanya memberikan dampak pada industri-industri yang bekerja pada level kepresisian yang tinggi, seperti industri optik untuk komunikasi dan industri pesawat luar angkasa.

Soal Fisika : Besaran dan Pengkuran (Full Pembahasan)

Untuk lebih memahami materi tentang besaran dan pengukuran yang dipelajari di kelas 10 pada kesempatan kali ini kami akan memaparkan beberapa soal. Soal – soal yang ada di bawah ini sudah disertai pembahasannya dan dihimpun dari berbagai sumber. Selamat menikmati

Soal nomor 1
Notasi ilmiah dari bilangan 0,000 000 022 348 adalah ....
A. 22,348 x 10^-9
B. 22,348 x 10^-10
C. 2,23 x 10^-5
D. 2,2348 x 10^-8
E. 2,2348 x 10^-9
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 1:

Bilangan pokok untuk menuliskan notasi ilmiah adalah antara 1 – 9,999. Sehingga angka di atas jika di tulis menggunakan notasi ilmiah memiliki bilangan pokok 2,2348 dengan tanda koma bergeser ke kanan (semakin berkurang pangkatnya) sebanyak 8 langkah. Jadi penulisan notasi ilmiahnya yang benar adalah 2,2348 x 10^-8

Soal nomor 2
Panjang sebatang paku diukur dengan jangka sorong adalah 58,80 mm. Hasil pengukuran tersebut ditulis dengan sistem eksponensial (notasi ilmiah) adalah ....
A. 5,890 x 10¹ mm
B. 5,89 x 10¹ mm
C. 5,9 x 10¹ mm
D. 5,890 x 10² mm
E. 5,89 x 10² mm
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 2:

Bilangan pokok untuk menuliskan notasi ilmiah adalah antara 1 – 9,999. Sehingga angka di atas jika di tulis menggunakan notasi ilmiah memiliki bilangan pokok 5,880 dengan tanda koma bergeser ke kiri (semakin bertambah pangkatnya) sebanyak 1 langkah. Jadi penulisan notasi ilmiah yang benar adalah 5,880 x 10¹ mm = 5,89 x 10¹ mm (memiliki 2 angka di belakang tanda koma)

Soal nomor 3
Dua buah pelat besi diukur dengan menggunakan jangka sorong, hasilnya digambarkan sebagai berikut:

Selisih tebal kedua pelat besi tersebut adalah ....
A. 0,3 mm
B. 0,6 mm
C. 0,7 mm
D. 0,8 mm
E. 1,7 mm
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 3:

Membaca hasil pengukuran jangka sorong, perlu diperhatikan Skala Utama (SU) dan Skala Nonius (SN) seperti gambar berikut :

Gambar 1
Pembacaan Skala Utama = 2,4 cm
Pembacaan Skala Nonius = 1 x 0,01 = 0,01 cm
Hasil pengukuran = 2,4 + 0,01
H₁ = 2,41 cm
Gambar 2
Pembacaan Skala Utama = 2,3 cm
Pembacaan Skala Nonius = 4 x 0,01 = 0,04 cm
Hasil pengukuran = 2,3 + 0,04
H₂ = 2,34 cm
Selisih hasil pengukuran
∆H = 2,41 – 2,34
∆H = 0,07 cm
∆H = 0,7 mm

Soal nomor 4
Pada saat melakukan pengukuran dengan menggunakan jangka sorong, seorang siswa mengukur dimensi balok tinggi, dan lebar dengan hasil pengukuran sebagai berikut:

Volume balok tersebut sesuai kaidah angka penting adalah ....
A. 176 cm³
B. 176,0 cm³
C. 176,2 cm³
D. 176,28 cm³
E. 176,282960 cm³
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 4:

Sama dengan soal sebelumnya, Membaca hasil pengukuran jangka sorong, perlu diperhatikan Skala Utama (warna merah) dan Skala Nonius (warna biru) seperti gambar berikut :

Gambar kiri
Pembacaan Skala Utama = 4,2 cm
Pembacaan Skala Nonius = 9 x 0,01 = 0,09 cm
Hasil pengukuran = 4,2 + 0,09
H₁ = 4,29 cm (3 angka penting)
Gambar tengah
Pembacaan Skala Utama = 5,6 cm
Pembacaan Skala Nonius = 6 x 0,01 = 0,06 cm
Hasil pengukuran = 5,6 + 0,06
H₂ = 5,66 cm (3 angka penting)
Gambar kanan
Pembacaan Skala Utama = 7,2 cm
Pembacaan Skala Nonius = 6 x 0,01 = 0,06 cm
Hasil pengukuran = 7,2 + 0,06
H₃ = 7,26 cm (3 angka penting)
Sehingga volume dari balok tersebut dapat ditentukan sebagai berikut:
V = 4,29 x 5,66 x 7,26
Hasil perkaliannya harus terdiri dari 3 angka penting, sehingga tanpa mengetahui hasil perhitungannya, kita dapat mengetahui bahwa pilihan yang terdiri dari 3 angka penting hanya pilihan A

Soal nomor 5
Gambar sekelompok siswa melakukan percobaan gotri menggunakan mikrometer sekrup seperti gambar berikut ini maka hasil pengukuran yang dilakukan siswa adalah ....

	Besaran	Hasil
A.	Jari-jari	9,40 mm
B.	Diameter	9,40 mm
C.	Lebar	9,54 mm
D.	Jari-jari	9,54 mm
E.	Diameter	9,90 mm

Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 5:

Perhatikan bahwa yang diukur adalah gotri (berbentuk bulat) sehingga jelas mikrometer tersebut mengukur diameter dari gotri (perhatikan pilihan B dan E). untuk menentukan hasil pengukuran mikrometer perhatikan skala utama (warna merah) dan skala putar (warna biru) seperti pada gambar berikut:

Skala utama = 9,5 mm
Skala putar = 40 x 0,01 = 0,4 mm
Hasil pengukuran = 9,5 + 0,4
Hasil = 9,9 mm

Soal nomor 6
Hasil pengukuran ketebalan sebuah pelat kayu tipis dengan menggunakan mikrometer sekrup sebesar 2,92 mm. Gambar di bawah ini yang menunjukkan hasil pengukuran tersebut adalah ....

Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 6:

Hasil pengukuran 2,92 mm, itu merupakan penjumlahan dari 2,5 + 4,2 dimana 2,5 adalah skala utama dan 4,2 merupakan skala putar. Dari skala putarnya maka kita dapat mengetahui bahwa hanya jawaban B dan D , dan dari skala utamanya jawaban yang benar hanya B

Soal nomor 7
Hasil pengukuran diameter pipa kecil dengan menggunakan mikrometer sekrup ditunjukkan gambar di bawah ini. Hasil pengukurannya adalah ....

A. 7,50 mm
B. 7,55 mm
C. 7,75 mm
D. 7,90 mm
E. 8,00 mm
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 7:

Hasil pengukuran : SU + SP Hasil pengukuran : 7,5 + (25 x 0,01) Hasil pengukuran : 7,5 + (0,25 ) Hasil pengukuran : 7,75 mm

Soal nomor 8
Suppose speed of light (c), force (F) and kinetic energi (K) are taken as the fundamental units, then the dimensional formula for mass will be...
A. [Kc^-2]
B. [cK^-2]
C. [KF^-2]
D. [Fc^-2]
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 8:

Berdasarkan soal diketahui
Kecepatan cahaya (c) satuannya m.s^-1 dimensinya [LT^-1]
Gaya (F) satuannya N atau kgm.s^-2 dimensinya [MLT^-2]
Energi kinetik (K) satuannya J atau kgm²s^-2 dimensinya [ML²T^-2]
Persamaan massa?
Dengan menggunakan analisis dimensi kita dapat menuliskan persamaan umumnya yakni
m = kc^xF^yK^z
dimana k adalah konstanta dimensi,
[M] = [LT^-1]^x [MLT^-2]^y [ML²T^-2]^z
[M] = [M]^y+z [L]^x+y+2z [T]^-x-2y-2z
Dari persamaan di atas kita dapat menulis
y + z = 1 ... (1)
x + y + 2z = 0 ... (2)
–x – 2y – 2z = 0 ... (3)
Dengan menambahkan persamaan (2) dan (3) kita dapatkan
y = 0
sehingga
z = 1
x = -2
maka persamaan umumnya menjadi
m = kc^xF^yK^z
m = [Kc^-2]

Soal nomor 9
The dimension of magnetic flux is ....
A. MLT^-1A^-1
B. ML^-1TA^-2
C. ML^-2T^-2A^-2
D. ML^-2T^-2A^-1
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 9:

Persamaan fluks magnetik adalah
ϕ = B x A
ϕ = T x m² → (T = kgA^-1s^-1)
ϕ = kgA^-1s^-2 m²
jadi dimensi dari fluks magnetik adalah
ϕ = [M][L]²[T]^-2[A]^-1

Soal nomor 10
If dimensions of length are expressed as G^x c^y h^z, where G, c, and h are the universal gravitational constant, speed of light and Planck’s constant respectively, then
A. x = 1/2, y = 1/2, z = 1/2
B. x = 1/2, y = -3/2, z = 1/2
C. x = 3/2, y = 1/2, z = ½
D. x = -1/2, y = -1/2, z = -1/2
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 10:

berdasarkan soal dapat diketahui
“G” adalah konstanta umum gravitasi dengan satuan m³ kg^-1 s^-2 dan dimensinya [L³M^-1T^-2]
“c” adalah cepat rambat cahaya dengan satuan ms^-1 dan dimensinya [LT^-1]
“h” adalah konstanta planck dengan satuan kgm²s^-1 dan dimensinya [ML²T^-1]
Dengan menggunakan analisis dimensi kita dapat menuliskan persamaan umum panjang (L) sebagai berikut
L = kG^xc^yh^z
Dimana k adalah konstanta dimensi,
[L] = [L³M^-1T^-2]^x [LT^-1]^y [ML²T^-1]^z
[L] = [L]^3x+y+2z [M]^-x+z [T]^-2x-y-z
Dari persamaan di atas kita dapat menuliskan
3x + y + 2z = 1 ... (1)
-x + z = 0 ... (2)
-2x – y – z = 0 ...(3)
Berdasarkan persamaan (2) kita dapatkan bahwa
x = z ... (4)
jika kita jumlahkan persamaan (1) dan (3) kita dapatkan
x + z = 1 ... (5)
maka
x + x = 1
2x = 1
x = ½
z = ½
y = -3/2

Soal nomor 11
The dimensions of a/b in the equation P = (a – t²)/bx, where P is pressure, x is distance and t is time are ....
A. [M²LT^-3]
B. [ML⁰T^-2]
C. [ML³T^-1]
D. [M⁰LT^-3]
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 11:

Berdasarkan soal maka dapat diketahui
“P” adalah tekanan dengan satuan kg m^-1 s^-2 dan dimensi [M][L]^-1[T]^-2
“x” adalah jarak dengan satuan m dan dimensi [L]
“t” adalah waktu dengan satuan s dan dimensi [T]
Perhatikan persamaan
P = (a – t²) / bx
Karena “a” dikurangi dengan t², maka besaran “a” memiliki satuan yang sama dengan satuan t2 yang memiliki dimensi [T]²
(ingat, agar besaran bisa dikurangi atau dijumlahkan satuannya atau dimensinya harus sama)
Sehingga kita dapat menentukan dimensi dari “b” dengan melakukan analisis dimensi pada persamaan tersebut seperti berikut

Soal nomor 12
The mass of a block is 87,2 g and its volume is 25 cm³. Its denstity upto correct significant figure is ...
A. 3,488 g.cm^-3
B. 3,48 g.cm^-3
C. 3,5 g.cm^-3
D. 3,4 g.cm^-3
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 12:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 87,2 g (3 angka penting)
V = 25 cm³ (2 angka penting)
Massa jenis (ρ) ... ?
ρ = m : V
ρ = 87,2 : 25
ρ = 3,488 g/cm³
untuk perkalian dan pembagian sesuai dengan aturan angka penting, maka hasilnya mengikuti jumlah angka penting yang paling sedikit (2 angka penting), sehingga hasil perhitungan massa jenis di atas ditulis dalam 2 angka penting manjadi
ρ = 3,5 g/cm³

Latihan Soal Interferensi Cahaya Pada Celah Ganda| Fisika Kelas 11

Untuk lebih memahami interferensi celah ganda gelombang cahaya yang dipelajari di kelas 11 pada kesempatan kali ini kami akan memaparkan beberapa soal. Soal – soal yang ada di bawah ini sudah disertai pembahasannya dan dihimpun dari berbagai sumber. Selamat menikmati

Soal nomor 1
Pada percobaan Young digunakan 2 celah sempit yang berjarak 2 mm satu sama lain dan layar dipasang 1 m dari celah tersebut. Jika dihasilkan terang ke dua pada jarak 0,5 mm dari terang pusat, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah ....
A. 2,5 x 10^-7 m
B. 3,3 x 10^-7 m
C. 5,0 x 10^-7 m
D. 1,0 x 10^-6 m
E. 5,0 x 10^-6 m
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 2 mm = 2 . 10^-3 m
R = 1 m
m = 2
y = 0,5 mm = 5 . 10^-4 m
λ .... ?
dy/R = mλ
dy = mλR
2 . 10^-3 x 5 . 10^-4 = 2 λ 1
λ = 5 . 10^-7 m

Soal nomor 2
Seberkas cahaya monokromatis dijatuhkan pada dua celah sempit vertical berdekatan dengan jarak d = 0,01 mm. Pola interferensi yang terjadi ditangkap pada jarak 20 cm dari celah. Diketahui bahwa jarak antar garis gelap pertama di sebelah kiri dan kanan adalah 7,2 mm. Panjang gelombang berkas cahaya ....
A. 180 mm
B. 270 mm
C. 360 mm
D. 720 mm
E. 1800 mm
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 2:

Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 0,01 mm = 10^-5 m
R = 20 cm = 2 . 10^-1 m
Jarak gelap pertama di sebelah kiri dan kanan = 7,2 mm = 7,2 . 10^-3 m
λ ... ?
jarak antara gelap di sebelah kiri dan gelap di sebelah kanan sama dengan jarak antar gelap yang berdekatan (1 frinji), sehingga kita dapat menggunakan persamaan, Untuk lebih memahami materi tentang frinji, silahkan dibaca “Mengenal frinji pada interferensi celah ganda (Gelombang Cahaya)”.

Soal nomor 3

Gambar di samping menunjukkan percobaan Young dengan d adalah jarak antar celah dan P₃ adalah garis terang orde 3. Jika panjang gelombang yang digunakan adalah 600 nm (1 nm = 10^-9 m), jarak antar celah adalah ....
A. 1,6 x 10^-1 mm
B. 1,6 x 10^-2 mm
C. 3,0 x 10^-3 mm
D. 1,6 x 10^-3 mm
E. 2,0 x 10^-3 mm
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 3:

Berdasarkan soal dapat diketahui
λ = 600 nm = 6 . 10^-7 m
m = 3
θ = 37^o
d ... ?
untuk menyelesaikan soal ini kita dapat menggunakan persamaan
d sin θ = m λ
d sin 37^o = 3 . 6 10^-7
d . 0,6 = 3 . 6 . 10^-7
d = 3 . 10^-6 m
d = 3 . 10^-3 mm

Soal nomor 4
Sebuah sumber cahaya memancarkan cahaya tampak dalam dua macam panjang gelombang, yaitu λ = 420 nm dan λ’ = 560 nm. Sumber cahaya ini digunakan dalam interferensi celah rangkap dengan jarak antar celah 0,025 mm dan jarak celah ke layar 2 m. Jarak antara kedua cahaya tersebut pada pita terang keempat adalah ....
A. 2,4 cm
B. 4,48 cm
C. 7,7 cm
D. 9,2 cm
E. 17 cm
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 4:

Berdasarkan soal dapat diketahui
λ = 420 nm = 4,2 . 10^-7 m
λ’ = 560 nm = 5,6 . 10^-7 m
d = 0,025 mm = 2,5 . 10^-5 m
R = 2 m
m = 4
∆y ... ?
Dari persamaan
dy/R = mλ
y = mλR/d
kita dapat menuliskan

Soal nomor 5
Seberkas cahaya yang terdiri dari dua panjang gelombang 5200 Å dan 6500 Å digunakan untuk menghasilkan pita-pita interferensi dalam percobaan Young. Berapakah jarak terpendek dari terang pusat di mana pita terang yang dihasilkan kedua gelombang berhimpit? Jarak antara celah adalah 2,00 mm dan jarak antara bidang celah dan layar adalah 120 cm
A. 2,16 mm
B. 1,56 mm
C. 1,30 mm
D. 0,65 mm
E. 0,52 mm
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 5:

Berdasarkan soal dapat diketahui
λ₁ = 5200 Å = 5,2 . 10^-4 mm
λ₂ = 6500 Å = 6,5 . 10^-4 mm
d = 2,00 mm
R = 120 cm = 1,2 . 10³ mm
Pita terang kedua cahaya berhimpit artinya y₁ = y₂
y ... ?

hasil di atas menunjukkan bahwa pita terang kedua panjang gelombang berhimpit saat pita terang cahaya pertama memiliki orde 4 dan pita terang cahaya kedua memiliki orde 5, sehingga jarak terpendeknya dapat ditentukan dengan cara

Soal nomor 6
Dalam sebuah percobaan celah ganda, kita dapat meningkatkan jarak antarfrinji terang pada pola interferensi yang tampak pada layar dengan ....
A. Menggunakan cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek
B. Menggeser layar mendekati celah ganda
C. Menggeser celah saling mendekati
D. Menggunakan cahaya dengan cepat rambat yang lebih rendah
E. Menggunakan cahaya dengan intensitas lebih kuat
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 6:

Berdasarkan persamaan

Berdasarkan persamaan di atas, maka kita dapat mengetahui bahwa lebar frinji

1. Sebanding dengan jarak celah ke layar (R)
2. Sebanding dengan Orde pita yang terbentuk (m)
3. Sebanding dengan panjang gelombang (λ)
4. Berbanding terbalik dengan jarak dua celah (d)

Jadi untuk meningkatkan jarak antar frinji (y) dapat dilakukan dengan cara

1. Memperpanjang jarak celah ke layar (R)
2. Semakin besar orde pita (m)
3. Semakin besar panjang gelombang yang digunakan
4. Semakin kecil jarak kedua celah

Jadi jawaban yang tepat untuk soal ini adalah “C”
Menggeser celah saling mendekati

Soal nomor 7(UTBK 2017 kode 150)
Pada suatu percobaan Young digunakan dua celah yang jarak antara keduanya 0,06 mm. Jika layar diletakkan sejauh 3 m dari celah dan panjang gelombang cahaya yang digunakan 600 nm, maka pernyataan-pernyataan di bawah ini yang benar adalah ....
(1) Percobaan di atas memperlihatkan diferensi cahaya
(2) Jarak pita terang ke 4 adalah 12,0 cm dari pusat
(3) Gelombang di atas merupakan gelombang elektromagnetik
(4) Jarak antara dua pita terang yang berurutan adalah 3,0cm
A. Jika jawaban (1), (2), dan (3) benar
B. Jika jawaban (1) dan (3) benar
C. Jika jawaban (2) dan (4) benar
D. Jika jawaban (4) saja yang benar
E. Jika semua jawaban benar
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 7:

Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 0,06 mm = 6 . 10^-3 cm
R = 3 m = 3 . 10² cm
λ = 600 nm = 6 . 10^-5 cm
karena disebutkan digunakan dua celah maka, percobaan tersebut merupakan percobaan interferensi cahaya (pernyataan (1) salah)
untuk m = 4,
y = mRλ/d
y = 4 . 3 . 10² . 6 . 10^-5 / 6 . 10^-3
y = 12 cm (pernyataan (2) benar)
karena pernyataan (1) salah dan pernyataan (2) benar maka pilihan yang paling mungkin adalah “C”

Soal nomor 8
Dua puluh pola gelap terang interferensi menyebar 4 cm pada layar yang jaraknya 50 cm dari dua celah yang jaraknya 0,01 cm, besar panjang gelombang yang melewati celah adalah ....
A. 50 nm
B. 100 nm
C. 300 nm
D. 400 nm
E. 500 nm
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 8:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 20
y_tot = 4 cm = 4 . 10₇ nm
R = 50 cm = 5 . 10⁸ nm
d = 0,01 cm = 10⁵ nm
λ ... ?
untuk 20 pola gelap terang lebarnya 4 cm, maka untuk satu pola gelap terang yang berdekatan adalah 0,2 cm (½ ∆y = 0,2 cm = 2 . 10⁶ nm)

Soal nomor 9
Pada percobaan celah ganda dengan jarak antar celah 1 mm dan layar yang berjarak 1 meter dari celah. Jika panjang gelombang yang digunakan adalah 6000 Å, maka jarak terdekat antara garis gelap kedua dengan garis terang keempat adalah ....
A. 0,9 mm
B. 1,5 mm
C. 1,8 mm
D. 9 mm
E. 15 mm
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 9:

Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 1 mm
R = 1 m = 10³ mm
λ = 6000 Å = 6 . 10^-4 mm
jika jarak antara gelap dan terang yang berdekatan kita sebut ½ ∆y, maka dari gelap kedua ke garis terang keempat ada 5 . ½ ∆y, seperti terlihat pada gambar berikut

Sehingga persamaannya menjadi

Soal nomor 10
Dalam percobaan celah ganda Young, jarak pisah antara kedua celah dijadikan setengah kali dan jarak antara celah dan layar dijadikan dua kali semula. jarak antara dua pita terang yang berdekatan adalah ....
A. Seperempat kali
B. Setengah kali
C. Tidak berubah
D. Dua kali
E. Empat kali
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 10:

Berdasarkan soal dapat diketahui
d₂ = ½ d₁
R₂ = 2 R₁
∆y₂ = ... ∆y₁
Berdasarkan persamaan

Maka kita dapat mengetahui bahwa
Jarak dua pita terang berdekatan sebanding dengan jarak celah ke layar dan berbanding terbalik dengan jarak dua celah, sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya

Soal nomor 11
Cahaya laser dikenakan pada pasangan celah sangat sempit yang terpisah 0,5 µm. Pola terang hasil interferensi, terbentuk di layar terpisah sejauh 1,0 mm. Bila frekuensi laser dijadikan dua kali, jarak pisah antar pola terang yang terbentuk pada layar menjadi …
A. 0,25 mm
B. 0,5 mm
C. 1,0 mm
D. 2,0 mm
E. 2,5 mm
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 11:

Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 0,5 μm = 5 . 10^-4 mm
∆y₁ = 1 mm
f₂ = 2f₁
persamaan untuk pola terang interferensi adalah

Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa melihat bahwa ,Jarak antar terang berbanding terbalik dengan frekuensi, sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya

Soal nomor 12
Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan pada percobaan Young digandakan, maka jarak antarpola terang yang berurutan menjadi setengah kalinya
SEBAB
Interferensi maksimum pada percobaan Young terjadi jika beda panjang lintasan gelombang cahaya merupakan kelipatan bulat panjang gelombangnya
A. Jika pernyataan benar, alasan benar, kedua menunjukkan hubungan sebab akibat
B. Jika pernyataan benar, alasan benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat
C. Jika pernyataan benar, alasan salah
D. Jika pernyataan salah, alasan benar
E. Jika pernyataan dan alasan, keduanya salah
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 12:

Berdasarkan persamaan

Maka, panjang gelombang sebanding dengan jarak antarpola terang yang berdekatan, sehingga jika panjang gelombang digandakan maka jarak antar pola terangnya juga digandakan (pernyataan salah)
Pola terang pada interferensi akan terbentuk jika yang terjadi adalah interferensi konstruktif atau kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombangnya (alasan benar)

Soal nomor 13
The maximum number of possible interference maxima for slit separation equal to twice the wavelength in Young's double slit experiment is....
A. Infinite
B. Three
C. Five
D. Zero
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 13:

Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 2λ
Interferensi maksimum dapat ditentukan dengan persamaan
d sin θ = mλ
2λ sin θ = mλ
2 sin θ = m
(nilai maksimum dari sin θ = 1)
m = 2
artinya orde maksimum dari pola terang adalah terang kedua, sehingga jumlah maksimal pola terang yang terbentuk adalah 0, ±1, ±2
Ada lima buah (tanda ± berarti ada dua pola terang yakni sebelah kiri terang pusat dan sebelah kanan terang pusat)

Soal nomor 14

A Young’s double slit interference arrangement with slits S1 and S2 is immersed in water (refractive index = 4/3) as shown in the figure. The positions of maxima on the surface of water are given by x² = p²m²λ² – d², where l is the wavelength of light in air (refractive index = 1), 2d is the separation between the slits and m is an integer. The value of p is ....

pembahasan soal nomor 14:

Gambar di atas, dapat kita lukis ulang sebagai berikut

Berdasarkan gambar di atas kita dapat menuliskan

Interferensi maksimum pada titik P akan terjadi jika ∆x = mλ
Dari kedua persamaan tersebut kita dapat menggabungkannya seperti berikut

Soal nomor 15
If the ratio of maximum and minimum intensities of an interference pattern is 36 : 1, then the ratio of amplitudes of the two interfering waves will be
A. 3 : 7
B. 4 : 7
C. 7 : 4
D. 7 : 5
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 15:

Berdasarkan soal dapat diketahui
I_max : I_min = 36 : 1
Hubungan antara intensitas gelombang dan amplitudo dapat ditentukan sebagai berikut

Pada persamaan di atas, terlihat bahwa Intensitas sebanding dengan kuadrat amplitudonya. Perlu diperhatikan bahwa

• intensitas maksimum (terang) akan terjadi jika amplitudonya saling menguatkan (interferensi konstruktif)
• intensitas minimum (gelap) akan terjadi jika amplitudonya saling melemahkan (interferensi destruktif)

Sehingga kita bisa menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut

Demikian beberapa soal dan pembahasan tentang interferensi cahaya pada celah ganda (materi fisika kelas 11) semoga dapat memberikan manfaat bagi para pembaca sekalian.