Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering merasakan panas dari matahari, radiator, atau api unggun. Tapi, pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana kalor sebenarnya berpindah? Dalam fisika, perpindahan kalor terjadi melalui tiga cara yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. Setiap proses ini memiliki mekanisme uniknya sendiri dan penting untuk banyak aplikasi kehidupan sehari-hari, mulai dari teknologi rumah tangga hingga iklim global. 1. Konduksi: Perpindahan Kalor Melalui Kontak Langsung Konduksi adalah proses di mana kalor berpindah melalui kontak langsung antara partikel-partikel dalam suatu bahan, terutama dalam zat padat. Saat satu bagian dari benda dipanaskan, partikel-partikel di area tersebut mulai bergetar lebih cepat dan mentransfer energi kinetik mereka ke partikel-partikel tetangga. Dengan cara ini, kalor menyebar dari satu ujung benda padat ke ujung lainnya. Pada logam, proses ini terjadi dengan sangat cepat karena adanya elektron bebas yang membantu membawa kalor dari area y
Soal 1.
Andi, Budi, dan Cahyo melakukan lomba lari 200 m saat pengambilan nilai pada mata pelajaran Olah Raga. Andi berlari dengan kecepatan tetap sebesar 10 m/s hingga garis finish. Budi berlari dengan kecepatan tetap 8 m/s selama 5 detik pertama, kemudian mempercepat larinya dengan percepatan \(1 m/s^2\) selama 4 detik, dan akhirnya berlari dengan kecepatan tetap hingga garis finish. Cahyo berlari dengan kecepatan 8 m/s untuk 100 meter pertama dan kemudian berlari dengan kecepatan 12 m/s. Pernyataan manakah berikut ini yang benar?
A. Andi memenangkan perlombaan
B. Budi memenangkan perlombaan
C. Cahyo memenangkan perlombaan
D. Andi dan Budi akan mencapai garis finish bersamaan
Jawaban:
Jarak tempuh s=200 m
Pada pertandingan balap lari maka waktu yang tercepat adalah pemenangnya.
Andi:
Andi bergerak konstan, maka waktu tempuh Andi adalah \(t=s/v= 200/10= 20s\), atau 20 detik.
Budi:
Budi berlari dengan kecepatan konstan 8 m/s selama 5 detik, jarak yang ditempuh andi pada waktu ini adalah 40 m.
Setelah itu andi mempercepat larinya sebesar 1 m/\(s^2\) selama 4 detik, selang waktu ini jarak yang ditempuh adalah \(s=v_0t+\frac{1}{2}at^2 = 8.4+\frac{1}{2}1.4^2= 32+8=40 m\), dengan kecepatan akhir sebelum bergerak konstan kembali \(v_t=v_0+at=8+1.4= 12 m/s\)
Sisa jarak tempuh akhir saat bergerak konstan adalah 200-40-40=120 m. Karena bergerak konstan Waktu tempuhnya adalah 120/12=10s.
Total waktu tempuh Budi adalah \(5s +4s+10s=19s\), atau 19 detik
Cahyo
Cahyo berlari dengan kecepatan 8 m/s pada 100m pertama maka waktu tempuh pada jarak ini adalah 100/8=12.5 s.
Sisa jarak yang belum ditempuh pada kecepatan 8 m/s adalah 100 m/s, dan kemudian berlari dengan kecepatan 12 m/s, maka waktu tempuhnya adalah 100/12=8.33 s
Total waktu tempuh cahyo adalah 12.5 s + 8.33 s = 20.83 s, atau 20.83 detik.
Berdasarkan hasil analis diatas maka disimpulkan Budi adalah pemenangnya.
Jawaban (B)
Soal 2.
Perhatikan gambar berikut!
Bola menggelinding pada permukaan bidang miring licin. Bola A dilepaskan dari keadaan diam pada ketinggian ℎ dari dasar bidang miring jatuh pada permukaan tanah sejauh 𝑑 dari kaki bidang miring. Berapa jauh bola B jatuh pada permukaan tanah, jika dilepaskan dari keadaan diam pada ketinggian 2ℎ?
A. d/2
B. d
C. √3𝑑
D. 2d
Jawaban:
Saat benda dilepaskan pada ketinggian h di bidang miring, benda akan mencapai ujung bidang dan mengalami gerak parabola seperti pada tampak pada gambar:
Pada ketinggian kondisi ini jarak yang ditempuh d adalah:
\(d=v\sqrt{\frac{2h}{2g}}=v\sqrt{\frac{h}{g}}\) ... (1)
Apabila kita cermati, faktor waktu tidak akan berubah karena ketinggian benda saat lepas dari bidang tetap yaitu h/2. Sehingga faktor yang mempengaruhi jarak yang ditempuh saat jatuh dipermukaan tanah adalah v.
Marilah kita mencari kecepataan, v saat dilepaskan pada bidang miring dengan ketinggian h maka dengan hubungan hukum kekekalan energi:
\(EM_1=EM_2\)
\(mgh=mgh/2+\frac{1}{2}mv^2\)
\(v^2=gh\)
Kemudian dengan cara yang sama kita mencari kecepatan lepas, v' apabila benda dilepaskan pada ketinggian 2h
\(EM_1=EM_2\)
\(mg2h=mgh/2+\frac{1}{2}mv'^2\)
\(v'^2=3gh\)
artinya hubungan antara v' dan v adalah:
\(v'=\sqrt{3}v\)
dengan menganalisis hal ini maka jarak yang ditempuh saat jatuh dipermukaan tanah saat dilepaskan diketinggian 2h adalah:
\(d'=\sqrt{3}d\)
Jawaban (C)
Soal 3
Dua buah benda padat A dan B yang bermassa sama dipanaskan dengan pemanas identik. Perubahan suhu benda A dan B setiap waktu diukur dan ditampilkan dalam Tabel. Perbandingan kalor jenis benda A terhadap benda B dan perbandingan Kalor laten lebur benda A dan B secara berurutan adalah…
A. 1 : 2 dan 4 : 5
B. 2 : 1 dan 5 : 4
C. 5 : 4 dan 1 : 2
D. 4 : 5 dan 2 : 1
Jawaban:
Perbandingan Kalor Jenis
Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan benda adalah:
\(Q=mc\Delta T\)
kalor jenis benda
\(c=\frac{Q}{m\Delta T}\)
Mari kita menganggap kalor tersebut berasal dari pemanas yang sama dengan daya P, maka kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan benda pada selang waktu \(\Delta t\) adalah:
\(Q=P\Delta t\)
dari sini kita dapat melihat bahwa selang waktu \(\Delta t\) berhubungan dengan kalor jenis, dimana makin besar selang waktunya kalor jenisnya makin besar.
Kita ambil pada selang waktu sebelum suhu tetap tidak berubah pada masing-masing benda.
Benda A:
\(c_A=\frac{P (20-0)}{m(75-25)}\)
\(c_A=\frac{P (20)}{m50}\)
Benda B
\(c_B=\frac{P (10-0)}{m(75-25)}\)
\(c_A=\frac{P (10)}{m50}\)
Kita bandingkan keduanya, maka kita dapatkan perbandingan kalor jenis benda A dan B adalah:
\(c_A:c_B =2 :1\)
Perbandingan Kalor Lebur
Kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan benda adalah:
\(Q=mL\)
Kalor lebur
\(L=\frac{Q}{m}\)
Dengan asumsi yang sama, yaitu daya pemanas adalah identik, maka didapatkan:
\(L=\frac{P\Delta t}{m}\)
Pada kasus ini kita mengambil selang waktu suhu benda tetap,
Benda A
\(L_A=\frac{P(30-20)}{m}\)
\(L_A=\frac{P(10)}{m}\)
Benda B
\(L_B=\frac{P(18-10)}{m}\)
\(L_B=\frac{P(8)}{m}\)
Kita bandingkan keduanya, maka kita dapatkan perbandingan kalor lebur benda adalah:
\(L_A:L_B = 5:4\)
Jawaban (B)