Pengantar
Selamat datang di kumpulan contoh soal fisika beserta jawaban terlengkap! Artikel ini dirancang khusus untuk membantu siswa-siswi memahami berbagai konsep fisika mulai dari mekanika, termodinamika, gelombang, listrik, hingga fisika modern. Dengan latihan soal yang bervariasi, Anda akan semakin siap menghadapi ujian dan meningkatkan pemahaman materi fisika. Setiap soal dilengkapi dengan kunci jawaban dan pembahasan singkat untuk memudahkan Anda belajar secara mandiri. Mari kita mulai menguji pemahaman Anda!
I. Pilihan Ganda
- Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s dan mengalami percepatan konstan 2 m/s². Berapakah kecepatan mobil setelah 5 detik?
A. 15 m/s
B. 20 m/s
C. 25 m/s
D. 30 m/s
E. 35 m/s - Benda bermassa 5 kg ditarik dengan gaya 20 N. Percepatan benda tersebut adalah…
A. 2 m/s²
B. 3 m/s²
C. 4 m/s²
D. 5 m/s²
E. 6 m/s² - Sebuah balok didorong sejauh 4 meter dengan gaya 10 N yang membentuk sudut 60° terhadap lantai. Usaha yang dilakukan adalah…
A. 10 J
B. 20 J
C. 30 J
D. 40 J
E. 50 J - Jika suatu benda dijatuhkan bebas dari ketinggian 20 meter (g = 10 m/s²), kecepatan benda saat menyentuh tanah adalah…
A. 10 m/s
B. 15 m/s
C. 20 m/s
D. 25 m/s
E. 30 m/s - Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 200 N/m. Jika pegas ditarik sejauh 5 cm, gaya yang diperlukan adalah…
A. 5 N
B. 10 N
C. 15 N
D. 20 N
E. 25 N - Dua buah muatan listrik +2 μC dan -3 μC terpisah sejauh 3 cm. Gaya Coulomb yang terjadi adalah… (k = 9 x 10⁹ Nm²/C²)
A. 60 N
B. 600 N
C. 6000 N
D. 6 x 10⁻³ N
E. 6 x 10³ N - Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik 5 A. Jika titik P berada 2 cm dari kawat, besar induksi magnetik di titik P adalah… (μ₀ = 4π x 10⁻⁷ Tm/A)
A. 5 x 10⁻⁵ T
B. 5 x 10⁻⁴ T
C. 5 x 10⁻³ T
D. 5 x 10⁻² T
E. 5 x 10⁻¹ T - Sebuah gelombang transversal memiliki panjang gelombang 4 meter dan frekuensi 5 Hz. Cepat rambat gelombang tersebut adalah…
A. 1 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 20 m/s
E. 25 m/s - Jika suatu benda memiliki suhu 20°C, berapakah suhunya dalam skala Kelvin?
A. 253 K
B. 273 K
C. 293 K
D. 313 K
E. 333 K - Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 2 kg air dari 20°C menjadi 50°C adalah… (kalor jenis air = 4200 J/kg°C)
A. 8400 J
B. 12600 J
C. 84000 J
D. 126000 J
E. 252000 J - Berapakah hambatan total jika tiga resistor 3 Ω, 6 Ω, dan 9 Ω dihubungkan secara seri?
A. 2 Ω
B. 3 Ω
C. 9 Ω
D. 18 Ω
E. 27 Ω - Sebuah transformator memiliki 1000 lilitan primer dan 200 lilitan sekunder. Jika tegangan primer 220 V, tegangan sekunder adalah…
A. 22 V
B. 44 V
C. 110 V
D. 440 V
E. 1100 V - Pernyataan yang benar mengenai hukum kekekalan energi adalah…
A. Energi dapat diciptakan dari ketiadaan.
B. Energi dapat dimusnahkan.
C. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat berubah bentuk.
D. Energi hanya ada dalam bentuk kinetik.
E. Energi hanya ada dalam bentuk potensial. - Frekuensi alami suatu benda yang bergetar disebut…
A. Amplitudo
B. Periode
C. Resonansi
D. Interferensi
E. Difraksi - Cahaya merambat paling cepat di medium…
A. Air
B. Kaca
C. Udara
D. Vakum
E. Minyak - Jika indeks bias air adalah 4/3 dan indeks bias udara adalah 1, sudut kritis antara air dan udara adalah…
A. arcsin(3/4)
B. arcsin(4/3)
C. arcsin(1/3)
D. arcsin(1/4)
E. arcsin(1) - Fenomena di mana elektron dapat lepas dari permukaan logam ketika disinari cahaya dengan frekuensi tertentu disebut…
A. Efek Doppler
B. Efek Compton
C. Efek Fotolistrik
D. Efek Rumah Kaca
E. Efek Zeeman - Satuan dari intensitas bunyi adalah…
A. Watt (W)
B. Joule (J)
C. Pascal (Pa)
D. Desibel (dB)
E. Hertz (Hz) - Sebuah pemanas listrik memiliki daya 500 W. Berapa energi yang digunakan jika pemanas tersebut menyala selama 2 jam?
A. 1000 J
B. 3600 J
C. 360 kJ
D. 3.6 MJ
E. 1 kWh - Inti atom terdiri dari…
A. Elektron dan proton
B. Elektron dan neutron
C. Proton dan neutron
D. Proton saja
E. Neutron saja
II. Isian Singkat
- Bunyi tidak dapat merambat di ruang __________.
- Hukum Newton I dikenal juga sebagai hukum __________.
- Satuan SI untuk energi adalah __________.
- Perubahan wujud zat dari padat menjadi gas tanpa melalui fase cair disebut __________.
- Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik adalah __________.
III. Uraian
- Jelaskan perbedaan antara kecepatan dan percepatan dalam gerak lurus! Berikan contoh masing-masing.
- Sebuah benda bermassa 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 10 meter. Hitunglah energi kinetik dan energi potensial benda pada ketinggian 5 meter dari tanah! (g = 10 m/s²)
- Jelaskan prinsip kerja mesin kalor (contoh: mesin Carnot) dan sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensinya!
- Bagaimana cara kerja serat optik dalam mentransmisikan data? Jelaskan konsep fisika yang mendasarinya!
- Gambarkan dan jelaskan tentang spektrum gelombang elektromagnetik dari frekuensi terendah hingga tertinggi beserta contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari!
IV. Menjodohkan
Jodohkan konsep di kolom A dengan definisi atau rumus yang tepat di kolom B.
Set 1
| Kolom A (Konsep) | Kolom B (Definisi/Rumus) |
|---|---|
| 1. Gaya | a. Perubahan posisi suatu benda |
| 2. Usaha | b. Energi kinetik + energi potensial |
| 3. Energi Mekanik | c. F x s x cos θ |
| 4. Perpindahan | d. m x a |
Set 2
| Kolom A (Konsep) | Kolom B (Definisi/Rumus) |
|---|---|
| 1. Daya | a. Perpindahan muatan per satuan waktu |
| 2. Kuat Arus Listrik | b. W / t |
| 3. Energi Potensial Gravitasi | c. mgh |
| 4. Hukum Ohm | d. V = I x R |
Kunci Jawaban
I. Pilihan Ganda
- Jawaban: B. Menggunakan rumus v = v₀ + at. v = 10 + (2)(5) = 10 + 10 = 20 m/s.
- Jawaban: C. Menggunakan Hukum Newton II, F = ma. Maka a = F/m = 20 N / 5 kg = 4 m/s².
- Jawaban: B. Usaha (W) = F x s x cos θ. W = 10 N x 4 m x cos 60° = 40 x 0.5 = 20 J.
- Jawaban: C. Menggunakan rumus v² = v₀² + 2gh. Karena jatuh bebas, v₀ = 0. v² = 0 + 2(10)(20) = 400. v = √400 = 20 m/s.
- Jawaban: B. Menggunakan Hukum Hooke, F = kx. x = 5 cm = 0.05 m. F = 200 N/m x 0.05 m = 10 N.
- Jawaban: A. Menggunakan rumus Gaya Coulomb F = k |q₁q₂| / r². r = 3 cm = 0.03 m. F = (9 x 10⁹)(2 x 10⁻⁶)(3 x 10⁻⁶) / (0.03)² = (54 x 10⁻³) / (9 x 10⁻⁴) = 6 x 10¹ = 60 N.
- Jawaban: A. Menggunakan rumus Induksi Magnetik Kawat Lurus B = (μ₀ I) / (2πa). a = 2 cm = 0.02 m. B = (4π x 10⁻⁷ x 5) / (2π x 0.02) = (20π x 10⁻⁷) / (0.04π) = 500 x 10⁻⁷ = 5 x 10⁻⁵ T.
- Jawaban: D. Cepat rambat gelombang (v) = λ x f. v = 4 m x 5 Hz = 20 m/s.
- Jawaban: C. Suhu dalam Kelvin = Suhu dalam Celsius + 273.15. 20°C + 273 = 293 K.
- Jawaban: E. Kalor (Q) = mcΔT. ΔT = 50°C – 20°C = 30°C. Q = 2 kg x 4200 J/kg°C x 30°C = 252000 J.
- Jawaban: D. Hambatan total seri = R₁ + R₂ + R₃ = 3 Ω + 6 Ω + 9 Ω = 18 Ω.
- Jawaban: B. Menggunakan rumus perbandingan lilitan dan tegangan Np/Ns = Vp/Vs. 1000/200 = 220/Vs. 5 = 220/Vs. Vs = 220/5 = 44 V.
- Jawaban: C. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk.
- Jawaban: C. Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena adanya benda lain yang bergetar dengan frekuensi yang sama atau kelipatan bulat dari frekuensi alami benda tersebut.
- Jawaban: D. Cahaya merambat paling cepat di medium vakum karena tidak ada partikel yang menghambat perambatannya.
- Jawaban: A. Sudut kritis (θc) dihitung dengan sin θc = n₂/n₁. sin θc = 1 / (4/3) = 3/4. Maka θc = arcsin(3/4).
- Jawaban: C. Efek fotolistrik adalah pelepasan elektron dari permukaan logam ketika disinari cahaya dengan frekuensi di atas frekuensi ambang.
- Jawaban: D. Intensitas bunyi sering diukur dalam satuan Desibel (dB). Watt adalah satuan daya, Joule adalah energi, Pascal adalah tekanan, dan Hertz adalah frekuensi.
- Jawaban: C. Energi (E) = Daya (P) x Waktu (t). Waktu = 2 jam = 2 x 3600 detik = 7200 detik. E = 500 W x 7200 s = 3.600.000 J = 3600 kJ. Atau dalam kWh: E = 500 W x 2 jam = 1000 Wh = 1 kWh. Pilihan C adalah 360 kJ, yang salah. Harusnya 3600 kJ atau 3.6 MJ. Pilihan E adalah 1 kWh, yang benar. Terdapat kesalahan dalam pilihan C. Pilihan E adalah yang paling tepat.
- Jawaban: C. Inti atom terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan (netral). Elektron bergerak mengelilingi inti.
II. Isian Singkat
- vakum
- inersia
- Joule
- menyublim
- amperemeter
III. Uraian
- Kecepatan adalah besaran vektor yang menunjukkan seberapa cepat suatu benda bergerak beserta arah geraknya (perpindahan per satuan waktu). Contoh: Mobil bergerak dengan kecepatan 60 km/jam ke arah timur. Percepatan adalah besaran vektor yang menunjukkan laju perubahan kecepatan suatu benda per satuan waktu. Contoh: Mobil mengalami percepatan 2 m/s² saat mulai bergerak dari diam.
- Diketahui: m = 1 kg, h₀ = 10 m, h = 5 m, g = 10 m/s². Pada ketinggian 5 meter:
Energi Potensial (Ep) = mgh = 1 kg x 10 m/s² x 5 m = 50 J.
Untuk Energi Kinetik (Ek), kita perlu mencari kecepatan (v) pada ketinggian 5 m. Gunakan hukum kekekalan energi mekanik: Em₀ = Em.
Ep₀ + Ek₀ = Ep + Ek
mgh₀ + ½mv₀² = mgh + ½mv²
Karena jatuh bebas, v₀ = 0.
(1)(10)(10) + 0 = (1)(10)(5) + ½(1)v²
100 = 50 + ½v²
50 = ½v²
v² = 100
v = 10 m/s.
Maka, Energi Kinetik (Ek) = ½mv² = ½(1 kg)(10 m/s)² = ½(1)(100) = 50 J. - Prinsip kerja mesin kalor adalah mengubah energi panas menjadi energi mekanik (usaha). Mesin kalor bekerja dengan mengambil kalor dari reservoir panas, melakukan usaha, dan membuang sisa kalor ke reservoir dingin. Pada siklus Carnot, efisiensi maksimal dicapai dengan proses reversibel. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah perbedaan suhu antara reservoir panas (T_panas) dan reservoir dingin (T_dingin). Semakin besar perbedaan suhunya, semakin tinggi efisiensinya. Rumus efisiensi Carnot: η = 1 – (T_dingin / T_panas).
- Serat optik mentransmisikan data dalam bentuk pulsa cahaya melalui serat kaca atau plastik yang sangat tipis. Konsep fisika yang mendasarinya adalah pemantulan internal total (Total Internal Reflection/TIR). Cahaya yang masuk ke dalam serat optik akan dipantulkan berulang kali di dinding bagian dalam serat karena sudut datang cahaya lebih besar dari sudut kritis. Hal ini terjadi karena indeks bias inti (core) serat optik lebih besar daripada indeks bias selubung (cladding) yang mengelilinginya, sehingga cahaya tidak keluar dari serat dan dapat merambat jarak jauh dengan kehilangan energi yang minimal.
- Spektrum gelombang elektromagnetik adalah rentang semua jenis radiasi elektromagnetik berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Dari frekuensi terendah (panjang gelombang terpanjang) hingga tertinggi (panjang gelombang terpendek) adalah:
- Gelombang Radio: Frekuensi rendah, panjang gelombang panjang. Aplikasi: Radio, TV, komunikasi nirkabel.
- Gelombang Mikro: Frekuensi lebih tinggi dari radio. Aplikasi: Oven microwave, radar, komunikasi satelit.
- Inframerah: Dihasilkan oleh benda panas. Aplikasi: Remote control, termometer inframerah, kamera night vision.
- Cahaya Tampak: Bagian spektrum yang dapat dilihat mata manusia (merah-ungu). Aplikasi: Penerangan, fotografi, penglihatan.
- Ultraviolet: Frekuensi lebih tinggi dari cahaya tampak. Aplikasi: Sterilisasi, tanning bed, deteksi uang palsu.
- Sinar-X: Frekuensi sangat tinggi. Aplikasi: Pencitraan medis (rontgen), keamanan bandara.
- Sinar Gamma: Frekuensi tertinggi, dihasilkan dari inti atom radioaktif. Aplikasi: Radioterapi kanker, sterilisasi alat medis.
IV. Menjodohkan
- Set 1: 1-d, 2-c, 3-b, 4-a
- Set 2: 1-b, 2-a, 3-c, 4-d