SOAL LITERASI

Soal 1 (Kontekstual: Mobil Tersambar Petir saat Hujan Deras)

Teks Bacaan:

Saat hujan deras disertai petir, Rian (17 tahun) dan keluarganya berada di dalam mobil yang sedang melaju di jalan tol. Tiba-tiba, kilatan petir menyambar bagian luar bodi mobil mereka yang terbuat dari bahan logam (konduktor). Meskipun bodi luar mobil dialiri muatan listrik bertegangan puluhan ribu volt dari petir, Rian dan keluarganya di dalam kabin mobil tidak tersengat listrik sama sekali dan dalam kondisi aman. Guru fisika menjelaskan fenomena ini menggunakan prinsip Sangkar Faraday (Faraday Cage), yang berkaitan dengan karakteristik distribusi muatan listrik pada bahan konduktor berongga.

Berdasarkan prinsip distribusi muatan listrik pada konduktor berongga, mengapa penumpang di dalam kabin mobil aman dari sambaran petir?

A. Muatan listrik dari petir langsung diserap dan dinetralkan oleh ban karet mobil tanpa mengalir di bodi logam.

B. Muatan listrik pada bahan konduktor selalu mendistribusikan diri secara merata di permukaan luar, sehingga medan listrik di dalam rongga kabin mobil bernilai nol (E = 0).

C. Logam bodi mobil memantulkan seluruh muatan listrik kembali ke udara tanpa menyimpannya.

D. Kabin mobil memiliki udara yang mengubah muatan listrik menjadi gelombang radio yang tidak berbahaya.

E. Hambatan listrik udara di dalam kabin mobil jauh lebih besar daripada hambatan bodi luar.

Soal 2 (Kontekstual: Bentuk Ujung Penangkal Petir pada Gedung)

Teks Bacaan:

Di atas atap gedung sekolah Rian terdapat batang penangkal petir berbahan tembaga. Rian memperhatikan bahwa ujung penangkal petir tersebut tidak berbentuk bola tumpul melainkan dibuat sangat runcing. Karakteristik distribusi muatan pada benda konduktor menunjukkan bahwa kerapatan muatan listrik (sigma) tidak tersebar merata jika bentuk benda tidak simetris. Muatan listrik akan paling rapat dan menumpuk pada bagian konduktor yang memiliki kelengkungan paling tajam (ujung runcing).

Mengapa penangkal petir dirancang dengan ujung yang runcing?

A. Ujung runcing memperkecil nilai arus listrik yang mengalir dari awan menuju ke kawat bumi (ground).

B. Ujung runcing menyebabkan muatan menumpuk dengan kerapatan sangat tinggi, sehingga mudah mengionisasi udara di sekitarnya dan mengarahkan aliran muatan petir secara aman ke bumi.

C. Ujung runcing berfungsi memantulkan muatan listrik awan kembali ke atas agar tidak mendekati gedung.

D. Ujung runcing menahan muatan listrik petir agar tidak mengalir turun ke kabel tembaga gedung.

E. Ujung runcing mengurangi nilai kapasitas kapasitansi gedung terhadap tanah.

Soal 3 (Kontekstual: Debu yang Menempel pada Layar TV / Monitor)

Teks Bacaan:

Siti mengamati bahwa layar televisi atau monitor komputer tua di rumahnya sangat cepat berdebu meskipun baru saja dibersihkan. Ketika televisi dinyalakan, aliran elektron membombardir bagian dalam layar kaca, menyebabkan muatan listrik negatif terdistribusi dan mengumpul di permukaan kaca. Meskipun partikel debu di udara awalnya bersifat netral, debu tersebut tetap ditarik dengan kuat oleh permukaan kaca televisi dan menempel erat.

Mengapa partikel debu yang bersifat netral dapat ditarik oleh permukaan layar TV yang bermuatan listrik?

A. Muatan listrik pada layar TV menginduksi partikel debu netral, sehingga terjadi pemisahan muatan pada debu dan timbul gaya tarik-menarik elektrostatis.

B. Layar TV yang bermuatan listrik menghasilkan magnet permanen yang menarik partikel besi di dalam debu.

C. Muatan listrik pada layar TV menurunkan hambatan udara sehingga angin membawa debu menempel ke layar.

D. Debu netral mengalami pembetulan arah gaya gravitasi saat mendekati permukaan kaca TV.

E. Permukaan layar TV memancarkan energi kalor yang melehlehkan partikel debu sehingga lengket.


SOAL NUMERASI

Soal 4 (Kontekstual: Potensial Listrik Bola Konduktor Bermuatan)

Sebuah bola konduktor berongga yang digunakan untuk peragaan laboratorium fisika memiliki jari-jari R = 10 cm (0,1 meter). Bola tersebut diberi muatan listrik positif sebesar Q = 2 x 10^-8 Coulomb sehingga muatannya tersebar merata di permukaan luar bola. Diketahui konstanta Coulomb k = 9 x 10^9 N.m^2 / C^2.

(Rumus potensial listrik di dalam dan di permukaan bola konduktor: V = k . Q / R)

Berapakah besar potensial listrik (V) pada sebuah titik yang berada di dalam rongga bola, berjarak r = 5 cm dari pusat bola?

A. 0 Volt

B. 900 Volt

C. 1.800 Volt

D. 3.600 Volt

E. 18.000 Volt

Soal 5 (Kontekstual: Fluks Listrik pada Permanyaan Gauss)

Sebuah generator Van de Graaff memiliki kubah bola konduktor yang memuat total muatan bersih Q = 8,85 x 10^-9 Coulomb. Menurut Hukum Gauss, total fluks listrik (Phi) yang menembus suatu permukaan tertutup yang melingkupi muatan tersebut berbanding lurus dengan jumlah muatan di dalamnya.

(Rumus Hukum Gauss: Phi = Q / epsilon 0, dengan permeabilitas ruang hampa epsilon 0 = 8,85 x 10^-12 C^2.N.m^2)

Berapakah besar fluks listrik (Phi) yang keluar menembus permukaan tertutup kubah generator tersebut?

A. 1 x 10^3 N.m^2.C

B. 8,85 x 10^3 N.m^2.C

C. 1 x 10^6 N.m^2.C

D. 8,85 x 10^6 N.m^2.C

E. 1 x 10^9 N.m^2.C

Soal 6 (Kontekstual: Kerapatan Muatan Permukaan Plat Mesin Fotokopi)

Pada drum mesin fotokopi, muatan listrik positif disebarkan secara merata di atas permukaan plat selenium berbentuk persegi panjang dengan ukuran panjang p = 0,3 meter dan lebar l = 0,2 meter (luas penampang A = p x l). Jika total muatan yang didistribusikan pada plat tersebut adalah Q = 1,2 x 10^-7 Coulomb.

(Rumus kerapatan muatan permukaan: sigma = Q / A )

Berapakah besar kerapatan muatan permukaan (sigma) pada plat mesin fotokopi tersebut?

A. 2 x 10^-6 C/m^2

B. 4 x 10^-6 C/m^2

C. 6 x 10^-6 C/m^2

D. 2 x 10^-7 C/m^2

E. 4 x 10^-7 C/m^2


Tuliskan jawabanmu di kolom komentar website ini ya?