Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Getaran Dan Gelombang

Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika wacana getara dan gelombang mencakup beberap subtopik dalam serpihan getaran dan gelombang yaitu aturan Hooke wacana 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 wacana getaran dan gelombang yang sering keluar antara lain memilih sudut fase getaran, memilih energi kinetik dan energi potensial getaran selaras, menganalisis pernyataan yang benar menurut persamaan gelombang, memilih besar tegangan tali, memilih jarak titik yang dilalui oleh gelombang, melihat hubungan antara tegangan tali dengan simpangan pada bandul sederhana, memilih 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, kalau sudut fase awal nol, maka sudut fase getarannya ialah ...
A. 30^o
B. 45^o
C. 60^o
D. 90^o
E. 120^o

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) = 30^o

Jadi, sudut fase getarannya ialah 30^o.

Jawaban : A

Soal 2
Bila v = kecepatan, a = percepatan, Ek = energi kinetik, dan Ep = energi potensial getaran selaras, maka pada ketika 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 ialah 1, 2, 3, dan 4.

Jawaban : E

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinaika dan Kinetik Gas.

Soal 3
Suatu gelombang ditetapkan dengan persamaan :
y = 0,20 sin 0,40 π (x - 60t)
Jika tiruana jarak diukur dalam cm dan waktu dalam sekon, maka penyataan diberikut yang benar ialah ...
(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 ialah 5 cm.

Frekuensi gelombang :
⇒ 2πt/T = 24πt
⇒ 2/T = 24
⇒ T = 2/24
⇒ T = 1/12
⇒ f = 12 Hz
Jadi, frekuensi gelombangnya ialah 12 Hz.

Cepat rambat gelombang :
⇒ v = f.λ
⇒ v = 12 (5)
⇒ v = 60 cm/s
Jadi, cepat rambat gelombang ialah 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 72^o (35/12 - 5/2)
⇒ y = 0,20 sin (210^o - 180^o)
⇒ y = 0,20 sin 30^o
⇒ y = 0,1 cm
Jadi, simpangannya pada posisi itu ialah 0,1 cm.

melaluiataubersamaini demikian, opsi yang benar ialah 1, 2, 3, dan 4.

Jawaban : E

Soal 4
Seutas tali yang panjangnya 8 m mempunyai 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 ialah ...
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

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 ialah opsi 4.

Jawaban : D

Soal 6
Sebuah gelombang berjalan dari titik A ke B dengan kelajuan 5 m/s. Periode gelombang tersebut ialah 0,4 s. Jika selisih fase antara A dan B ialah 6/5 π, maka jarak AB ialah ...
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 ialah 1,2 m.

Jawaban : D

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Gelombang Bunyi - Efek Doppler.

Soal 7
Pada bandul sederhana, tegangan tali maksimum terjadi ketika 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 ialah energi potensial maksimum.

Tegangan tali maksimum berada pada titik terendah lantaran 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 bahari dalam arah penjalarannya membentuk sudut φ dengan garis pantai. Semakin akrab dengan pantai sudut φ ini akan bertambah besar.

SEBAB

Gelombang tsunami ialah gelombang permukaan air laut. Semakin dangkal dasar bahari 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 ialah gelombang permukaan air bahari yang disebabkan oleh gangguan menyerupai pergeseran lempeng, gempa, longsor, acara 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 sentra gangguan.

Sudut φ dibuat oleh arah perambatan gelombang dengan bidang yang melalui garis pantai. Karena tempat 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 menjadikan gelombang tsunami naik menjadi tingg.

Jadi, pernyataan benar alasan benar dan menawarkan alasannya 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 diharapkan untuk satu gelombang ialah 4 detik, sedangkan jarak dari puncak gelombang ke puncak gelombang diberikutnya ialah 25 m. Jika amplitudo gelombang 0,5 m, maka ...
(1) Frekuensi gelombang air bahari ialah 0,125 Hz
(2) Laju rambat gelombang ialah 3,125 m/s
(3) Jarak yang ditempuh partikel air bahari π/2 m
(4) Laju maksimum partikel air bahari di permukaan ialah 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 sanggup dipastikan opsi yang benar ialah 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 sanggup ditetapkan 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 ialah 1 dan 3.

Jawaban : B