Simulasi Contoh Soal Olimpiade Fisika OSN SMA : 2025 (5)
Soal 1
Sebuah balok bermassa \(m\) diletakkan pada bidang miring licin dengan sudut kemiringan \(\theta\). Balok dihubungkan ke langit-langit melalui katrol ideal di puncak bidang miring. Terdapat gaya tarik \(T\) pada ujung tali di sisi atas yang menarik balok sehingga balok bergerak naik sepanjang bidang miring dengan percepatan konstan \(a\). Tentukan besarnya tegangan tali yang dibutuhkan \(T\) dalam hal ini.
Lihat Pembahasan Soal 1Soal 2
Sebuah planet bermassa \(M_p\) mengorbit sebuah bintang bermassa \(M_s\) dalam lintasan elips dengan bintang berada di salah satu fokus. Periode orbit planet adalah \(T\). Gunakan hukum gravitasi Newton untuk menentukan hubungan antara jari-jari semi-mayor orbit \(a\) dan periode \(T\). Asumsikan massa bintang jauh lebih besar dibandingkan massa planet.
Lihat Pembahasan Soal 2Soal 3
Dua bola identik masing-masing bermassa \(m\) diletakkan di dalam tabung vertikal berisi fluida dengan viskositas \(\eta\). Bola pertama jatuh bebas tanpa percepatan tambahan, sedangkan bola kedua diberikan muatan listrik positif \(q\) dan berada dalam medan listrik vertikal \(E\) (ke atas). Apabila gaya hambat kental (drag) yang dialami tiap bola dapat dinyatakan sebagai \(\displaystyle F_d = k v\), di mana \(k\) adalah konstanta yang bergantung pada bentuk dan ukuran bola serta viskositas fluida, tentukan kecepatan terminal masing-masing bola.
Lihat Pembahasan Soal 3Soal 4
Kereta luncur menempuh lintasan melingkar beradius \(R\) pada bidang vertikal. Kecepatan kereta saat di titik tertinggi lintasan adalah \(v\). Tentukan kondisi minimum kecepatan \(v_{\text{min}}\) agar kereta tetap menempel di lintasan saat melalui titik tertinggi.
Lihat Pembahasan Soal 4Soal 5
Sebuah gelombang transversal merambat pada tali dengan persamaan: \[ y(x, t) = A \sin(kx - \omega t). \] Tentukan besar kecepatan fasa gelombang dan tuliskan pula apa beda kecepatan fasa dengan kecepatan partikel tali pada titik tertentu.
Lihat Pembahasan Soal 5Soal 6
Sebuah sumber bunyi berada di ujung kiri pipa organ terbuka di kedua ujungnya. Panjang pipa adalah \(L\). Tentukan frekuensi resonansi dasar dan dua frekuensi harmonik berikutnya. Gunakan kecepatan bunyi di udara \(v\).
Lihat Pembahasan Soal 6Soal 7
Sebuah silinder tertutup diisi gas ideal monoatomik dengan jumlah mol \(n\). Tekanan awal gas adalah \(P_0\) dan volume awalnya \(V_0\). Gas kemudian dipanaskan perlahan sehingga terjadi ekspansi isotermal di suhu \(T\). Tentukan usaha yang dilakukan gas serta perubahan entalpi selama proses isotermal ini.
Lihat Pembahasan Soal 7Soal 8
Dua kapasitor identik dengan kapasitas \(C\) dan tegangan tembus (breakdown voltage) \(V_b\). Keduanya ingin digunakan untuk membuat rangkaian yang mampu menahan tegangan lebih tinggi dari \(V_b\). Manakah rangkaian yang dipilih agar rangkaian kapasitor dapat menahan tegangan maksimal lebih besar, seri atau paralel? Jelaskan.
Lihat Pembahasan Soal 8Soal 9
Sebuah kumparan induktor dengan induktansi \(L\) dan resistansi internal \(r\) dihubungkan dengan baterai tegangan \(V\) secara seri. Tentukan arus listrik sebagai fungsi waktu setelah rangkaian ditutup. Tulis pula nilai arus jenuh (steady-state) yang terjadi.
Lihat Pembahasan Soal 9Soal 10
Dua partikel bermuatan \(q_1\) dan \(q_2\) berada pada jarak \(r\). Jika partikel ditarik satu sama lain oleh gaya elektrostatik \(\displaystyle F = k_e \frac{q_1 q_2}{r^2}\), tentukan besar usaha yang diperlukan untuk memisahkan kedua partikel sampai jaraknya tak hingga. Asumsikan hanya terdapat gaya elektrostatik antara keduanya.
Lihat Pembahasan Soal 10Soal 11
Dua kawat sejajar panjang \(l\) diletakkan berdekatan dengan jarak \(d\). Masing-masing dilalui arus listrik \(I\) searah. Tentukan gaya per satuan panjang yang bekerja antara kedua kawat tersebut.
Lihat Pembahasan Soal 11Soal 12
Sebuah rangkaian listrik terdiri dari resistor \(R\), induktor \(L\), dan kapasitor \(C\) yang disusun seri. Rangkaian dihubungkan dengan sumber AC berfrekuensi \(\omega\) dan amplitudo tegangan \(V_0\). Tuliskan impedansi total rangkaian ini dan tentukan frekuensi resonansi rangkaian.
Lihat Pembahasan Soal 12Soal 13
Sebuah lensa tipis cembung memiliki jarak fokus \(f\). Diletakkan benda setinggi \(h\) pada jarak \(s\) dari lensa. Jika \(s < f\), jelaskan sifat bayangan yang dihasilkan (nyata/khayal, terbalik/tegak, dan perbesaran bayangan).
Lihat Pembahasan Soal 13Soal 14
Dua celah sempit dengan jarak antar celah \(d\) digunakan dalam percobaan interferensi cahaya monokromatik dengan panjang gelombang \(\lambda\). Layar diletakkan pada jarak \(L\) dari celah. Tuliskan posisi maksimum terang ke-\(m\) (dalam koordinat vertikal \(y\) pada layar) dan tentukan pula jarak antar pita terang.
Lihat Pembahasan Soal 14Soal 15
Dalam teori relativitas khusus, sebuah benda diam bermassa \(m_0\) bergerak dengan kecepatan \(v\) mendekati kecepatan cahaya \(c\). Tulis ekspresi energi total benda dan jelaskan mengapa massa relativistik bukanlah konsep yang lagi dipakai secara luas dalam fisika modern.
Lihat Pembahasan Soal 15Soal 16
Efek fotolistrik menunjukkan bahwa ketika permukaan logam disinari cahaya dengan panjang gelombang tertentu, elektron dapat terlepas. Jika fungsi kerja logam tersebut adalah \(\phi\) dan panjang gelombang sinar yang digunakan adalah \(\lambda\), tentukan energi kinetik maksimum elektron yang terlepas. Asumsikan tidak ada rugi-rugi lain.
Lihat Pembahasan Soal 16Soal 17
Sebuah inti atom Uranium-238 (\(^{238}_{92}\mathrm{U}\)) meluruh menjadi inti Thorium-234 (\(^{234}_{90}\mathrm{Th}\)) dengan memancarkan partikel alpha (\(^4_2\mathrm{He}\)). Tulis reaksi peluruhan tersebut dan sebutkan jenis radiasi yang dihasilkan dalam proses ini.
Lihat Pembahasan Soal 17Soal 18
Sebuah foton dengan energi \(\displaystyle E = h \nu \) menumbuk sebuah elektron diam dan terhambur. Berdasarkan efek Compton, tentukan panjang gelombang foton setelah tumbukan jika sudut hamburan foton adalah \(\theta\). Tuliskan pula besaran perubahan panjang gelombang foton tersebut.
Lihat Pembahasan Soal 18Soal 19
Pertimbangkan sebuah bintang yang massanya lima kali massa Matahari (\(M = 5 M_\odot\)) mengalami keruntuhan gravitasi setelah kehabisan bahan bakar nuklir. Jelaskan kondisi yang memungkinkan bintang tersebut menjadi lubang hitam. Sebutkan pula peran radius Schwarzschild dalam menentukan pembentukan lubang hitam.
Lihat Pembahasan Soal 19Soal 20
Sebuah percobaan fisika modern menggunakan detektor partikel untuk mengukur posisi elektron dengan ketidakpastian \(\Delta x\). Menurut prinsip ketidakpastian Heisenberg, tentukan ketidakpastian minimal dalam momentum elektron \(\Delta p\). Sebutkan pula bagaimana hubungan \(\Delta x\) dan \(\Delta p\) memengaruhi percobaan presisi tinggi.
Lihat Pembahasan Soal 20Pembahasan
Pembahasan Soal 1
Pada balok di bidang miring dengan sudut \(\theta\), gaya gravitasi yang bekerja adalah \(mg\). Komponen gaya berat searah bidang miring adalah \(mg \sin \theta\). Karena ada percepatan \(a\) ke atas sepanjang bidang miring, gunakan Hukum II Newton pada sumbu bidang miring:
\[ T - mg \sin \theta = m a. \]
Sehingga tegangan tali: \[ T = m(a + g \sin \theta). \]
Kembali ke Soal 1Pembahasan Soal 2
Menurut Hukum Kepler III (yang dapat diturunkan dari hukum gravitasi Newton), kita memiliki: \[ \frac{T^2}{a^3} = \frac{4 \pi^2}{G (M_s + M_p)} \approx \frac{4\pi^2}{G M_s} \] (karena \(M_s \gg M_p\)). Atau dapat kita tulis: \[ T^2 = \frac{4\pi^2}{G M_s} \, a^3. \]
Dengan demikian: \[ T = 2\pi \sqrt{\frac{a^3}{G M_s}}. \]
Kembali ke Soal 2Pembahasan Soal 3
Untuk bola pertama yang tidak bermuatan, pada kecepatan terminal berlaku: \[ mg = k v_{\text{t1}}. \] Sehingga \[ v_{\text{t1}} = \frac{mg}{k}. \]
Untuk bola kedua, selain gaya gravitasi ke bawah \(mg\), ada gaya listrik ke atas \(q E\). Pada kecepatan terminal, resultan gaya = 0, sehingga: \[ mg - q E = k v_{\text{t2}}. \] Maka \[ v_{\text{t2}} = \frac{mg - q E}{k}. \]
Kembali ke Soal 3Pembahasan Soal 4
Pada titik tertinggi lintasan, gaya sentripetal minimum yang dibutuhkan agar kereta tetap pada lintasan adalah \[ \frac{mv^2}{R}. \] Gaya normal dapat hilang pada kondisi kritis (minimum), sehingga hanya berat yang menyediakan gaya sentripetal: \[ mg = \frac{mv_{\text{min}}^2}{R}. \] Sehingga \[ v_{\text{min}} = \sqrt{gR}. \]
Kembali ke Soal 4Pembahasan Soal 5
Persamaan gelombang: \[ y(x, t) = A \sin(kx - \omega t). \] Kecepatan fasa didefinisikan sebagai \(\displaystyle v_{\text{fase}} = \frac{\omega}{k}\).
Kecepatan fasa ini merupakan kecepatan perambatan fase gelombang (pola gangguan). Adapun kecepatan partikel tali adalah turunan \(\partial y / \partial t\). Pada titik tertentu, partikel tali tidak bergerak dengan kecepatan \(\omega/k\), melainkan berosilasi naik-turun. Jadi kecepatan fasa tidak sama dengan kecepatan fisik partikel di tali.
Kembali ke Soal 5Pembahasan Soal 6
Untuk pipa terbuka di kedua ujung, panjang gelombang mode dasar adalah \(\lambda_1 = 2L\). Frekuensi dasar: \[ f_1 = \frac{v}{\lambda_1} = \frac{v}{2L}. \] Dua harmonik berikutnya adalah \[ f_2 = 2 \cdot \frac{v}{2L} = \frac{2v}{2L} = \frac{v}{L}, \quad f_3 = 3 \cdot \frac{v}{2L} = \frac{3v}{2L}. \]
Kembali ke Soal 6Pembahasan Soal 7
Proses isotermal berarti suhu \(T\) konstan. Usaha yang dilakukan gas dalam ekspansi isotermal dari \(V_0\) ke \(V\): \[ W = nRT \ln\frac{V}{V_0}. \] Karena \(\Delta U = 0\) untuk proses isotermal gas ideal, perubahan entalpi \(\Delta H\) juga nol (untuk gas ideal monoatomik, \(\Delta H = nC_p \Delta T\), di mana \(\Delta T=0\)). Jadi \(\Delta H = 0\).
Kembali ke Soal 7Pembahasan Soal 8
Dua kapasitor identik jika disusun seri, kapasitas total lebih kecil (\(C_{\text{seri}} = C/2\)) tetapi tegangan maksimum yang dapat ditahan menjadi \(2V_b\). Sedangkan dalam paralel, kapasitas total bertambah (\(C_{\text{paralel}} = 2C\)) namun tegangan maksimum tetap \(V_b\). Untuk menahan tegangan lebih besar dari \(V_b\), pilihlah susunan seri.
Kembali ke Soal 8Pembahasan Soal 9
Arus dalam rangkaian RL ketika dihubungkan dengan baterai \(V\) mulai dari 0 lalu naik menuju nilai jenuh. Persamaan: \[ I(t) = \frac{V}{r}\Bigl(1 - e^{-\frac{r}{L}t}\Bigr). \] Nilai arus steady-state (ketika \(t \to \infty\)) adalah \[ I_{\infty} = \frac{V}{r}. \]
Kembali ke Soal 9Pembahasan Soal 10
Usaha untuk memisahkan muatan \(q_1\) dan \(q_2\) dari jarak \(r\) hingga tak berhingga (melawan gaya tarik Coulomb): \[ W = \int_r^\infty k_e \frac{q_1 q_2}{r'^2} \,dr' = k_e \frac{q_1 q_2}{r}. \]
Kembali ke Soal 10Pembahasan Soal 11
Gaya per satuan panjang antara dua kawat sejajar yang dialiri arus searah: \[ \frac{F}{l} = \mu_0 \frac{I^2}{2\pi d}. \] Gaya tarik-menarik jika arusnya searah.
Kembali ke Soal 11Pembahasan Soal 12
Impedansi total rangkaian RLC seri: \[ Z = \sqrt{R^2 + \Bigl(\omega L - \frac{1}{\omega C}\Bigr)^2}. \] Frekuensi resonansi ketika reaktansi induktif sama dengan reaktansi kapasitif: \[ \omega_0 L = \frac{1}{\omega_0 C} \implies \omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}}. \]
Kembali ke Soal 12Pembahasan Soal 13
Jika benda berada di dalam titik fokus (\(s < f\)), bayangan yang terbentuk adalah khayal (virtual), tegak (upright), dan diperbesar (magnified). Lensa cembung akan memunculkan bayangan di sisi benda ketika benda dalam jarak tersebut.
Kembali ke Soal 13Pembahasan Soal 14
Posisi maksimum terang ke-\(m\) diberikan oleh: \[ d \sin \theta_m = m \lambda. \] Untuk sudut kecil, \(y_m \approx L \tan\theta_m \approx L \sin\theta_m\). Sehingga: \[ y_m \approx \frac{m \lambda L}{d}. \] Jarak antar pita terang berturutan: \[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d}. \]
Kembali ke Soal 14Pembahasan Soal 15
Energi total benda relativistik: \[ E = \gamma m_0 c^2, \quad \text{dengan} \quad \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}. \] Dalam fisika modern, konsep massa relativistik sering dihindari; massa (invarian) tetap \(m_0\), sedangkan energi bertambah karena faktor \(\gamma\). Hal ini mencegah kebingungan antara massa diam dengan massa yang bergantung kecepatan.
Kembali ke Soal 15Pembahasan Soal 16
Energi foton \(\displaystyle E_\text{foton} = \frac{hc}{\lambda}\). Fungsi kerja logam \(\phi\). Energi kinetik maksimum elektron yang lepas: \[ K_{\text{max}} = E_\text{foton} - \phi = \frac{hc}{\lambda} - \phi. \]
Kembali ke Soal 16Pembahasan Soal 17
Reaksi peluruhan alpha Uranium-238: \[ ^{238}_{92}\mathrm{U} \rightarrow \, ^{234}_{90}\mathrm{Th} + \, ^{4}_{2}\mathrm{He}. \] Radiasi yang dihasilkan adalah radiasi alpha (partikel alpha).
Kembali ke Soal 17Pembahasan Soal 18
Efek Compton menyatakan perubahan panjang gelombang: \[ \Delta \lambda = \lambda' - \lambda = \frac{h}{m_e c} (1 - \cos \theta). \] Jika \(\lambda\) panjang gelombang awal, maka panjang gelombang foton terhambur \[ \lambda' = \lambda + \frac{h}{m_e c} (1 - \cos \theta). \]
Kembali ke Soal 18Pembahasan Soal 19
Suatu bintang akan menjadi lubang hitam jika radius bintang menyusut hingga di bawah radius Schwarzschild-nya: \[ R_s = \frac{2GM}{c^2}. \] Untuk bintang bermassa 5 kali massa Matahari, jika kolaps gravitasinya tidak terhentikan oleh tekanan degenerasi (misal, tidak membentuk neutron star), maka bila radiusnya < \(R_s\), ia menjadi lubang hitam. Radius Schwarzschild menjadi batas di mana cahaya pun tak bisa lolos.
Kembali ke Soal 19Pembahasan Soal 20
Prinsip ketidakpastian Heisenberg: \[ \Delta x \,\Delta p \ge \frac{\hbar}{2}. \] Jika ketidakpastian \(\Delta x\) diperkecil, maka \(\Delta p\) akan meningkat. Hal ini membatasi kemampuan pengukuran presisi tinggi karena menekan ketidakpastian posisi akan membesar ketidakpastian momentumnya.
Kembali ke Soal 20Baca Juga :