Selamat datang di ujian Mid Termodinamika. Ujian ini dibuat openbook dan boleh menggunakan berbagai sumber dalam menjawab soal namun anda tidak diperbolehkan mencontek.
Soal 1
Rudi menemukan sebuah logam tanpa label bermassa 1 kg di lab fisika. Rudi kemudian memanaskan besi tersebut sampai suhunya naik 70oC, lalu menaruhnya ke dalam air bersuhu 25oC di kalorimeter ideal. Jika suhu campuran keduanya adalah 28oC, berapakah suhu campuran jika Rudi kembali memasukan 1 kg logam yang sama sebanyak 1 kg dengan suhu 70oC!
Soal 2
Tony merupakan seorang insinyur pembangunan yang berangkat bekerja menggunakan mobil. Pada saat dia bekerja di lapangan, dia menaruh sejumlah air mineral dalam botol, paku dan mistar besi di dalam mobil.
Setelah siang hari, Indikator suhu ruangan di dalam mobil menunjukkan suhu 40oC, padahal suhu rata-rata udara di luar mobil 33oC. Tony kemudian datang ke dalam mobil dan mengambil Mistar besi dan air mineral dalam botol. Ternyata Tony merasakan Mistra lebih panas dari air dalam kemasan yang ia pegang.
Asumsikan mistar dari besi dengan kalor jenis 450 J/kgoC dan Air dengan kalor jenis 4200 J/kgoC.
Pertanyaannya adalah :
Berapakah suhu masing-masing barang yang diambil oleh Tony?
Jika Peter tidak datang mengambil air di dalam mobil, apakah air akan mendidih?
Berikan penjelasan anda mengenai jawaban tersebut!
Soal 3 sampai 4
Perhatikan dengan seksama Simulasi Phet tentang Karakteristik Gas di bawah ini! Perhatikan percobaan Gas Ideal dibawah@
Soal Ujian Nomor 3.
Buatlah sebuah percobaan dengan simulasi PheT untuk membuktikan keberlakuan Hukum
Boyle
Gay-Lussac
Charles
Sertakan data dan tabel pengamatan yang anda buat!
gambarlah grafik P-V masih-masing hukum tersebut
Soal Ujian Nomor 4
Buatlah sebuah percobaan yang membuktikan keberlakuan hukum Gas Ideal yakni PV=nRT menggunakan simulasi di atas!
Soal Ujian Nomor 5
Sebuah sistem yang berisi sejumlah gas mengalami perubahan Volume 0,2 L menjadi 0,1 L. Tentukan perbandingan usaha sebelum dan sesudah perubahan volume oleh gas tersebut jika mengalami proses:
AhmadDahlan.NET – Berikut ini adalah translasi soal PISA Tahun 2018 yang di terjemahkan dalam bahasa Indonesia. Soal tersebut di susun oleh Australian Council for Educational Research (ACER), Netherlands National Institute for Educational Measurement (CITO) dan National Institute for Educational Policy Research (NIER, Japan).
Soal Literasi Sain
1. Contoh Soal Inersia
Sebuah bus melaju pada jalan lurus dengan kecepatan konstan. Supir Bus bernama Ray menaruh segelas air di dalam gelas di dasboard bus.
Jika Ray tiba-tiba mengerem dan gelas masih berada dalam keadaan diam di atas dasboard. Maka kondisi air di alam gelas adalah …
A. Tetap dalam keadaan diam B. Tertumpah ke arah 1 C. Tertumpah ke arah 2 D. Tertumpah namun tidak dapat dipastikan di arah 1 atau 2.
2. Polusi Udara
Bus penumpang umum yang dioperasikan di Indonesia masih menggunakan bahan bakar minyak. Bus-bus ini dapat menyebabkan polusi udara. Beberapa kota besar sudah beralih menggunakan Bus tenaga listrik yang sumber energinya dihubungan dengan pembakit listrik tenaga diesel melalui kabel yang ada di bagian atas bus seperti pada gambar di bawah ini!
Beberapa pihak mengklaim bahwa sistem suplay energi listrik dari bis tersebut tidak menyumbang polusi udara.
Apakah Klaim tersebut benar? Berikan pendapat anda tentang masalah tersebut!
3. Gerak Rotasi Bumi
Pada tanggal 21 Juni, orang-orang belahan bumi bagian utara bumi seperti Eropa dan Rusia mengalami siang hari terpanjang, orang-orang-orang yang ada di benua Australia justru mengalami siang hari paling pendek. Di Melbourne Australia, Matahari terbit pada pukul 7:35 am dan terbenam pada pukul 5:08 pm. dengan demikian siang hari di Australia pada hari ini hanya merasakan 9 jam 32 menit.
Bandingkan dengan daerah di belahan bumi bagian selatan, matahari akan terbit pada pukul 5:55 am dan terbenam pada pukul 8:42 atau mereka akan melihat matari selama 14 jam 47 menit. Hal ini berdampakan pada perbedaan musim antara belahan bumi utara dan selatan. Hal ini disebabkan oleh sudut kemiringan rotasi bumi yang mencapai 23o.
Pernyataan yang membuat terjadinya siang dan malan di permukaan bumi adalah …
Gambarkan sudut jatuhnya matahari yang memberikan ilustrasi penyebab perbedaan lama waktu siang dan malam antara belahan utara dan selatan!
4. Perubahan Iklim
Aktivitas Manusia dan Perubahan Iklim
Pembakaran Batu Bara, Minyak Bumi, Gas Alam begitu pulan dengan penggundulan hutan, kegiatan pertanian dan industri menyebabkan perubahan komposisi dari atmosfer bumi dan pada akhirnya menyebabkan perubahan iklim. Aktifitas tersebut meningkatkan konsenstrasi dari partikel dan gas rumah kaca di Atmosfir.
Hubungan antara jumlah konsentrasi dari partikel dan perubahan iklim ditunjukkan pada Gambar 1. Peningkatan konsentrasi Karbon dioksida dan metana akan menyebabkan naiknya suhu global. Sebaliknya Peningkatan Konsentrasi Karbon dalam bentuk partikel dalam menurunkan suhu. Partikel ini diberi dua label yakni Partikel dan “Dampak Partikel pada Awan”.
Gambar 1
Berdasarkan informasi yang didapatkan dari tesk dan gambar 1 buatlah argument yang dapat digunakan untuk mengurangi emisi karbon dioksida!
5. Perubahan Iklim
Lapisan Ozon
Atsmofer bumi terdiri dari udara dan banyak sumber daya alam yang menopang kehidupan manusia yang ada di bumi. Sayangnya, ada beberapa aktifitas manusia yang dapat menyebakan kerusakan bagi sumber daya tersebut dan akhirnya berbahaya bagi kehidupan manusia, khususnya merusak lapiran ozon yang melindungi kehidupan di bumi.
Ozon merupakan melokul yang terdiri dari 3 atom oksigen dimana molekul oksigen pada umumnya hanya memiliki 2 atom oksigen. Jumlah ozon di atmosfer sangatlah langka dengan perbandingan 10 : 1 000 000 terhadap semua molekul yang ada di udara. Sebagai perbnadingan Oksigen dengan dua atom oksigen memiliki konsentrasi mencapai 19% di udara, Meskipun jumlahnya sedikit, namun sudah lebih sekitar 1 milliar tahun molekul ini berada di atmosfer dan selama itulah molekul ini telah melingdungi kehidupan di bumi.
Berdasarkan posisinya, Ozon juga dapat berbahaya bagi kehidupan di bumi. Ozon yang berada di lapisan Troposper ( kurang daro 10 km di atas permukaan bumi) dapat merusakan jaringan paru-paru manusia. Beberapa jenis tanaman juga dapat mati jika terpapar dengan ozon. Untungnya 90% ozon ditemukan di lapisan startosfer (pada ketinggian 10 km sampai 40 km di atas permukaan bumi). Pada posisi ini laposan ozon bermanfaat bagi manusia karena dapat menyerap radiasi Ultraviolet dari matahari yang berbahaya bagi kehidupan manusia.
Tanpa adanya lapisan Ozon di ketingggian tersebut, manusia di permukaan bumi bisa terpapa Radiasi Ultraviolet dan dapat mengakibatkan peningkatan berbagai macam penyakit seperti kanker kulit dan sejenisnya. Beberapa dekade terakhir ini jumlah lapisan ozon di Atmosfer terus berkurang. Pada tahun 1974, Ilmuwan menduga jika penyebabnya adalah gas chlorofluorocarbons (CFC), namun pada tahun 1987, Saintis ternyata tidak berhasil membuktikan Gas CFC sebagai penyebab penipisan lapisan ozon. Meskipun demikianm pertemuan antara Diplomat dari seluruh dunia di Montreal (Canda) sepakat untuk mengurangi jumlah penggunaan CFC.
5.1 Pembentukan Ozon
Pada tesk di atas dijelaskan bahwa ozon terbentuk pada lapisan atmosfer. Pada kenyataan sejumlah ozon akan dibentuk setiap harinya namun juga sejumlah ozon tertentu juga akan hilang di hari yang sama. Proses pembentukan lapisan ozon di ilustrasikan pada cuplikan komik berikut!
Mislakan kamu memiliki seorang paman yang mencoba memahami penjelasan yang bisa ditarik dari cuplikan komik di atas. Namun dia tidak mampu menarik kesimpulan karena dia tidak memiliki latar belakang pendidikan sains. Paman kamu sudah paham dengan adanya atsmosfer namun dia tidak paham dengan simbol O2 dan O3 yang ada pada gambar, sehingga dia memintamu untuk menjelaskan komik tersebut!
Tuliskanlah penjelasan yang akan kamu berikan kepada paman-mu terkait gambar tersebut serta hubungkan dengan informasi mengenai Ozon yang ada di bacaan.
5.2. Petir dan Ozon
Ozon juga dapat terbentuk pada saat terjadi petir. Hal ini menyebabkan beberapa bau khas tercium setelah badai terbentuk. Pada artikel berjudul Lapisan Ozon, terdapat informasi mengenai dampak baik dan buruk ozon bagi manusia dalam bentuk molekul.
Apakah Ozon yang terbentuk selama badai petir berbahaya atau bermanfaat bagi kehidupan manusia? Berikan Penjelasan mengenai jawaban yang kamu berikan!
5.3. Trend Konsentrasi Ozon
Pada bagian akhir paragraf di artikel Lapizan Ozon terdapat informasi mengenai Pertemuan Internasional yang diselenggarakan di Montreal, Canada. Pada pertemuan tersebut disebutkan bahwa Delegasi dari berbagai negara memutuskan untuk tidak mengurangi penggunaan jumlah gas CFC.
Pertanyaannya adalah :
Bagaimana konsentrasi dari CFC di atmosfer pada tahun 2040 jika Pertemuan tersebut tidak pernah terjadi?
Apakah konsentrasi Lapisan ozon akan berkurang pada tahun 2040 disebabkan oleh CFC tersebut?
6. Termodinamikan dan Kerja Panas
Peter adalah seorang insinyur pembangunan yang berangkat bekerja menggunakan mobil. Pada saat dia bekerja di lapangan, dia menaruh sejumlah air mineral dalam botol, paku dan martil di dalam mobil. Setelah siang hari mobil terjemur dan suhu di dalam mobil naik menjadi 40oC. Pada saat tersebut, Peter datang ke mobil dan mengambil ketiga barang tersebut dan merasakan ternyata paku dan martil nya yang dari besi terasa lebih panas.
Pertanyaannya adalah :
Berapakah suhu masing-masing barang yang diambil oleh Peter?
Jika Peter tidak datang mengambil air di dalam mobil, apakah air akan mendidih?
Berikan penjelasan anda mengenai jawaban tersebut!
AhmadDahlan.NET – Proses pengukuran kedalaman laut dapat dilakukan dengan memanfaatkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik (suara). Suara adalah gelombang mekanik yang daoat dipantulkan ketika menerpa sebuah bidang kasar. Karena bergerak dengan kecepatan v, maka jika kita bisa mengukur selang waktu t, jarak tempuh dari suara tersebut dapat dihitung dengan
s = vt
Perangkat ini disebut sebagai SONAR atau Sound Navigation and Rangging. Peralatan ini bisa ditemukan di kapal, radar, USG ibu hamil dan alat bantuk parkir mobil.
Soal Fisika C3 Terkait Sonar
Sistem sonar seringkali dijadikan contoh soal fisika untuk materi gelombang suara. Pada umumnya soal dibuat pada level C3, Aplikasi yang menceritakan sebuah kapal yang menaksir kedalaman laut dengan mengukur interval waktu antara sinyal dikirim dan sinyal pantulan diterima.
Contoh soalnya sebagai berikut :
Sebuah kapal sedang mengukur kedalaman laut dengan menggunakan sinyal Ultrasonik. Jika sinyal pantulan diterima setelah 5 detik, berapakah kedalaman laut tersebut? (Asumsikan vs = 1.500 m/s)
Penyelesaian :
Ketika sinyal dikirim dari sebuah kapal dalam keadaan diam, sinyal pantulan didapatkan setelah 5 detik kemudian. Dengan demikian sinyal ini telah bergerak dari permukaan kapal ke dasar dipantulkan ke atas dan ditangkap reciever.
Ilutrasi kejadiannya sebagai berikut :
h adalah kedalaman laut dan jarak tempuh sinya adalah
s =v_st
karena s = 2h, maka
2h = v_st
sehingga
h=\frac{v_2t}{2}
h =\frac{(1500\ ms^{-1})(5s)}{2}=3750 \ m
Berdasarkan kondisi ini maka kedalaman laut yang ditaksir adalah 3.750 m.
Menyusun Soal HOT Materi Gelombang Suara
Soal tersebut bisa dikembangkan menjadi soal berlevel (Higher Order Thinking) HOT dengan sedikit modifikasi namun tetap mempertimbangkan aspek kontekstual. Seperti kondisi kapa sangat jarang mengukur kedalaman laut dalam keadaan diam, sehingga kapal mengukur kedalaman laut sambil begerak.
Contoh Soal HOT
Sebuah kapal bergerak dengan kecepatan 30 m/s menembakan sinyal ultrasonik ke dalam laut. Jika sinyal pantual ditangkap kembali setelah 5 detik, maka kedalaman laut tersebut adalah … (asumsikan kecepatan suara di dalam laut adalah 1.500 m/s)
Solusi Soal
Dalam kasus ini berbeda dengan kondisi pertama dimana posisi kapal berubah setelah 5 detik karena kapal bergerak dengan kecepatan 32 m/s. Oleh karena itu sinyal yang diterima tidak lurus dengan laut melainkan membentuk kemiringan seperti pada ilustrasi di bawah ini!
Karena kapal dan suara dianggap bergerak dengan kecepatan konstan (GLB) maka kedalaman akan terbentuk segitiga sama kaki dimana tinggi segitiga tersebut adalah kedalaman laut (h). Kedalaman laut ini dapat diselesaikan dengan soal Phytagoras
Sisi miring (R)
R = \frac{(V_{sinyal})(t)}{2}
R=\frac{(1.500)(5)}{2}=3750 \ m
Perhatikan s adalah setengah jarak jarak yang ditempuh kapal setelah bergerak 5 detik.
s =\frac{(v_{kapal})(t)}{2}
s=\frac{(32)(5)}{2}=80 \ m
Dengan kedalaman laut sama h adalah :
h=\sqrt{R^2-s^2}
h=\sqrt{3750^2-80^2}= 3749.17 \ m
Jadi kedalaman laut tersebut adalah 3749.17 m.
Soal Latihan
Sebuah kereta api membunyikan terompet pada sebuah jalur lurus dan berhadapan dengan sebuah gunung. Jika gema dari terompet tersebut terdengar setelah 4 detik kemudian dan kereta api bergerak dengan kecepatan 72 km/j. Berapakah jarak gunung tersebut dengan pada saat pertama kali terompet di bunyikan! (asumsikan kecepatan suara di udara 340 m/s)
Dua Buah mobil bergerak melingkar beraturan di lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari R. Jika Mobil A dan B bergerak dengan di posisi yang sama dan kecepatan mobil A dengan kecepatan 2R m/s dan Mobil B adalah R m/s, kapan dan dimanakan Mobil A menyalip Mobil B?
Soal Nomor 2.
Sebuah balok dengan massa m tergelincir dari sebuah bidang miring yang licin dengan kemiringan θ dan ketinggian h. Jika pada bidang datar terdapat permukaan kasar dengan koefisien gesek kinetis (μk) balok-bidang adalah 0,2. Seberapa jauhkah balok akan berhenti bergerak?
Soal Nomor 3
Sebuah bola pejal dengan jari-jari r berada pada lintasan berbentuk melinkar ke atas dengan jari-jari R+r. Tentukan kecepatan bola minimum di titik terendah agar bola tidak terjatuh ketika berada di puncak lingkaran!
Soal Nomor 4
Sebuah kereta api melaju di atas lintasan lurus dengan kecepatan konstan 72 km/h. Jika ia membunyikan terompet di depan sebuah gunung dan mendengar suara gema pertama dari terompetnya 5 detik kemudian. Berapakah jarak gunung tersebut dari kereta saat mendengar gema? (vu = 340 m/s)
