Selamat datang di kumpulan latihan soal fisika materi gravitasi terlengkap! Materi gravitasi adalah salah satu konsep fundamental dalam fisika yang menjelaskan bagaimana benda-benda bermassa saling menarik satu sama lain. Dari jatuhnya apel ke bumi hingga pergerakan planet mengelilingi matahari, semua diatur oleh hukum gravitasi universal Newton. Latihan soal ini dirancang untuk membantu Anda memahami lebih dalam konsep-konsep penting seperti hukum gravitasi Newton, percepatan gravitasi, medan gravitasi, energi potensial gravitasi, kecepatan lepas, hingga gerak satelit dan hukum Kepler. Dengan beragam jenis soal mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan, Anda dapat menguji pemahaman Anda secara komprehensif. Persiapkan diri Anda untuk menghadapi ujian atau sekadar memperkuat dasar-dasar fisika Anda dengan soal-soal berkualitas ini. Mari kita taklukkan misteri gravitasi bersama!
Contoh Soal soal fisika materi gravitasi
A. Pilihan Ganda
1. Dua benda masing-masing bermassa m₁ dan m₂ terpisah sejauh r. Gaya gravitasi antara keduanya berbanding lurus dengan…
- A. m₁ + m₂
- B. r
- C. r²
- D. m₁ × m₂
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Hukum gravitasi Newton menyatakan bahwa gaya gravitasi berbanding lurus dengan hasil kali massa kedua benda (m₁m₂) dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat kedua benda (r²).
2. Konstanta gravitasi universal (G) memiliki nilai sekitar…
- A. 6,67 × 10⁻¹¹ N m²/kg²
- B. 9,8 m/s²
- C. 3 × 10⁸ m/s
- D. 1,6 × 10⁻¹⁹ C
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Nilai konstanta gravitasi universal (G) adalah 6,67 × 10⁻¹¹ N m²/kg².
3. Percepatan gravitasi di permukaan sebuah planet berbanding lurus dengan…
- A. Jari-jari planet
- B. Massa planet
- C. Kuadrat jari-jari planet
- D. Massa benda yang jatuh
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Percepatan gravitasi (g) di permukaan planet dirumuskan sebagai g = G M/R², di mana M adalah massa planet dan R adalah jari-jari planet. Jadi, g berbanding lurus dengan massa planet.
4. Jika jarak antara dua benda diperbesar menjadi dua kali semula, maka gaya gravitasi antara keduanya akan menjadi…
- A. 2 kali semula
- B. 1/2 kali semula
- C. 1/4 kali semula
- D. 4 kali semula
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Gaya gravitasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (F ∝ 1/r²). Jika r menjadi 2r, maka F akan menjadi 1/(2r)² = 1/(4r²) atau 1/4 dari gaya semula.
5. Manakah pernyataan yang benar mengenai Hukum Kepler I?
- A. Garis yang menghubungkan planet ke Matahari menyapu area yang sama dalam interval waktu yang sama.
- B. Kuadrat periode orbit planet berbanding lurus dengan pangkat tiga jarak rata-ratanya dari Matahari.
- C. Semua planet bergerak dalam lintasan elips dengan Matahari berada pada salah satu titik fokusnya.
- D. Gaya gravitasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Hukum Kepler I menyatakan bahwa semua planet bergerak dalam lintasan elips dengan Matahari berada pada salah satu titik fokusnya.
6. Sebuah benda memiliki massa 10 kg. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 9,8 m/s², maka berat benda tersebut adalah…
- A. 98 N
- B. 9,8 N
- C. 10 N
- D. 0,98 N
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Berat benda (W) dihitung dengan rumus W = m × g. Jadi, W = 10 kg × 9,8 m/s² = 98 N.
7. Energi potensial gravitasi dua massa m₁ dan m₂ yang terpisah sejauh r adalah…
- A. G m₁m₂/r²
- B. -G m₁m₂/r
- C. 1/2 m v²
- D. m g h
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Energi potensial gravitasi (Ep) dirumuskan sebagai Ep = -G m₁m₂/r. Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya gravitasi adalah gaya tarik-menarik dan energi potensial berkurang saat benda mendekat.
8. Kecepatan lepas (escape velocity) adalah kecepatan minimum yang dibutuhkan suatu benda untuk…
- A. Mengorbit sebuah planet
- B. Bergerak melingkar
- C. Lepas dari pengaruh gravitasi
- D. Mencapai titik tertinggi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Kecepatan lepas adalah kecepatan minimum yang diperlukan suatu benda untuk lepas dari pengaruh gravitasi suatu planet atau benda angkasa lain dan tidak kembali lagi.
9. Sebuah satelit mengorbit Bumi pada ketinggian tertentu. Pernyataan yang benar mengenai gerak satelit adalah…
- A. Satelit akan jatuh ke Bumi jika tidak ada gaya gravitasi.
- B. Satelit bergerak lurus beraturan.
- C. Kecepatan satelit tidak bergantung pada jari-jari orbitnya.
- D. Gaya gravitasi berfungsi sebagai gaya sentripetal.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Gaya gravitasi antara Bumi dan satelit bertindak sebagai gaya sentripetal yang menjaga satelit tetap pada orbitnya. Satelit tidak jatuh karena memiliki kecepatan tangensial yang cukup.
10. Jika massa Bumi menjadi dua kali semula tanpa perubahan jari-jari, maka percepatan gravitasi di permukaannya akan menjadi…
- A. 2 kali semula
- B. 1/2 kali semula
- C. 4 kali semula
- D. 1/4 kali semula
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Percepatan gravitasi g = G M/R². Jika M menjadi 2M, maka g akan menjadi 2g. Jadi, percepatan gravitasi akan menjadi 2 kali semula.
11. Manakah di antara besaran berikut yang tidak dipengaruhi oleh ketinggian dari permukaan Bumi?
- A. Berat benda
- B. Massa benda
- C. Percepatan gravitasi
- D. Energi potensial gravitasi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Massa adalah ukuran inersia suatu benda dan merupakan besaran intrinsik yang tidak berubah dengan lokasi. Berat dan percepatan gravitasi akan berkurang seiring dengan bertambahnya ketinggian.
12. Hukum Kepler III menyatakan bahwa…
- A. Planet bergerak dalam lintasan elips.
- B. Kuadrat periode revolusi planet sebanding dengan pangkat tiga jarak rata-rata planet ke Matahari.
- C. Garis yang menghubungkan planet ke Matahari menyapu luas yang sama dalam selang waktu yang sama.
- D. Gaya tarik-menarik antara dua benda sebanding dengan massa masing-masing benda.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Hukum Kepler III menyatakan bahwa kuadrat periode orbit planet berbanding lurus dengan pangkat tiga jarak rata-ratanya dari Matahari (T² ∝ r³).
13. Sebuah benda di permukaan Bumi memiliki berat W. Jika benda tersebut dibawa ke suatu tempat di mana percepatan gravitasinya menjadi 1/4 dari semula, maka berat benda di tempat itu adalah…
- A. 4W
- B. 2W
- C. 1/2 W
- D. 1/4 W
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Berat benda W = m × g. Jika g menjadi 1/4 g, maka W’ = m × (1/4 g) = 1/4 (m × g) = 1/4 W.
14. Medan gravitasi didefinisikan sebagai…
- A. Ruang di sekitar massa di mana gaya gravitasi bekerja.
- B. Gaya tarik-menarik antara dua massa.
- C. Percepatan yang dialami benda karena gravitasi.
- D. Energi yang dimiliki benda karena posisinya dalam medan gravitasi.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Medan gravitasi adalah ruang di sekitar suatu massa di mana benda bermassa lain akan mengalami gaya gravitasi.
15. Untuk satelit yang mengorbit Bumi pada ketinggian h dari permukaan Bumi, jari-jari orbitnya adalah…
- A. h
- B. R_Bumi
- C. R_Bumi + h
- D. R_Bumi – h
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Jari-jari orbit satelit (r) dihitung dari pusat Bumi. Jadi, r = R_Bumi + h.
16. Gaya gravitasi yang dirasakan oleh sebuah benda bermassa m di permukaan Bumi dengan massa M dan jari-jari R adalah…
- A. G M m/R²
- B. m g
- C. G M/R²
- D. -G M m/R
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Rumus umum gaya gravitasi adalah F = G M₁M₂/r². Untuk benda di permukaan Bumi, M₁ adalah massa Bumi (M), M₂ adalah massa benda (m), dan r adalah jari-jari Bumi (R). Jadi F = G M m/R².
17. Jika dua benda bermassa m₁ dan m₂ berjarak r memiliki gaya gravitasi F. Jika massa m₁ digandakan menjadi 2m₁ dan jarak r juga digandakan menjadi 2r, maka gaya gravitasi yang baru adalah…
- A. 2F
- B. 1/2 F
- C. F
- D. 4F
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: F = G m₁m₂/r². F_baru = G (2m₁)m₂/(2r)² = G 2m₁m₂/(4r²) = 1/2 (G m₁m₂/r²) = 1/2 F.
18. Planet A memiliki massa 4 kali massa Bumi dan jari-jari 2 kali jari-jari Bumi. Perbandingan percepatan gravitasi di permukaan Planet A dengan di permukaan Bumi adalah…
- A. 1:1
- B. 1:2
- C. 2:1
- D. 4:1
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: g = G M/R². Untuk Bumi, g_B = G M_B/R_B². Untuk Planet A, M_A = 4M_B dan R_A = 2R_B. Maka, g_A = G (4M_B)/(2R_B)² = G 4M_B/(4R_B²) = G M_B/R_B² = g_B. Jadi, perbandingannya 1:1.
19. Hukum Kepler II dikenal sebagai hukum…
- A. Orbit elips
- B. Periode
- C. Gravitasi universal
- D. Luas
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Hukum Kepler II dikenal sebagai hukum luas, yang menyatakan bahwa garis yang menghubungkan planet ke Matahari menyapu area yang sama dalam interval waktu yang sama.
20. Sebuah benda bermassa m berada pada ketinggian h dari permukaan Bumi. Jika R adalah jari-jari Bumi, maka jarak benda dari pusat Bumi adalah…
- A. h
- B. R + h
- C. R
- D. R – h
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Jarak benda dari pusat Bumi adalah jumlah dari jari-jari Bumi dan ketinggian benda dari permukaan Bumi, yaitu R + h.
B. Isian Singkat
1. Bunyi Hukum Gravitasi Universal Newton menyatakan bahwa setiap partikel di alam semesta menarik setiap partikel lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan hasil kali massa mereka dan berbanding terbalik dengan ______________ jarak antara pusat mereka.
Jawaban: kuadrat
2. Nilai percepatan gravitasi di permukaan Bumi adalah sekitar ______________ m/s².
Jawaban: 9,8
3. Jika sebuah satelit berada pada orbit geostasioner, periode revolusinya adalah ______________ jam.
Jawaban: 24
4. Untuk lepas dari pengaruh gravitasi Bumi, suatu objek harus memiliki kecepatan minimum yang disebut ______________.
Jawaban: kecepatan lepas
5. Formula untuk menghitung gaya gravitasi antara dua benda adalah F = ______________.
Jawaban: G m₁m₂/r²
C. Menjodohkan
1. Jodohkanlah istilah berikut dengan definisi yang tepat!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Hukum Kepler I | Lintasan elips planet |
| Hukum Kepler II | Hukum luas |
| Hukum Kepler III | Hubungan periode dan jarak |
| Konstanta Gravitasi Universal | G |
2. Jodohkanlah besaran fisika berikut dengan rumus atau konsep yang relevan!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Gaya Gravitasi | F = G m₁m₂/r² |
| Percepatan Gravitasi | g = G M/R² |
| Energi Potensial Gravitasi | Ep = -G m₁m₂/r |
| Kecepatan Lepas | v_escape = √(2GM/R) |
D. Uraian
1. Jelaskan bunyi Hukum Gravitasi Universal Newton beserta rumus matematikanya! Apa arti dari setiap simbol dalam rumus tersebut?
Hukum Gravitasi Universal Newton menyatakan bahwa ‘Setiap partikel di alam semesta menarik setiap partikel lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan hasil kali massa mereka dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat mereka.’Rumusnya adalah F = G m₁m₂/r².Keterangan simbol:
– F: Gaya gravitasi antara dua benda (Newton, N)
– G: Konstanta gravitasi universal (6,67 × 10⁻¹¹ N m²/kg²)
– m₁: Massa benda pertama (kilogram, kg)
– m₂: Massa benda kedua (kilogram, kg)
– r: Jarak antara pusat massa kedua benda (meter, m)
2. Bagaimana percepatan gravitasi di permukaan suatu planet dipengaruhi oleh massa dan jari-jari planet tersebut? Jelaskan dengan rumus yang relevan.
Percepatan gravitasi (g) di permukaan suatu planet dirumuskan sebagai g = G M/R², di mana G adalah konstanta gravitasi universal, M adalah massa planet, dan R adalah jari-jari planet.Dari rumus ini, dapat disimpulkan:
1. Percepatan gravitasi (g) berbanding lurus dengan massa planet (M). Artinya, semakin besar massa planet, semakin besar percepatan gravitasinya.
2. Percepatan gravitasi (g) berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari planet (R²). Artinya, semakin besar jari-jari planet, semakin kecil percepatan gravitasinya, asumsi massanya tetap. Jika jari-jari planet lebih kecil, percepatan gravitasinya akan lebih besar.
3. Jelaskan tiga Hukum Kepler tentang gerak planet!
Tiga Hukum Kepler adalah:
1. Hukum Kepler I (Hukum Orbit): ‘Semua planet bergerak dalam lintasan elips dengan Matahari berada pada salah satu titik fokusnya.’ Ini berarti orbit planet bukan lingkaran sempurna.
2. Hukum Kepler II (Hukum Luas): ‘Garis yang menghubungkan planet ke Matahari menyapu area yang sama dalam interval waktu yang sama.’ Ini menunjukkan bahwa planet bergerak lebih cepat saat dekat Matahari dan lebih lambat saat jauh dari Matahari.
3. Hukum Kepler III (Hukum Periode): ‘Kuadrat periode orbit planet berbanding lurus dengan pangkat tiga jarak rata-ratanya dari Matahari.’ Secara matematis, T² ∝ r³, di mana T adalah periode orbit dan r adalah jarak rata-rata dari Matahari.
4. Sebuah satelit bermassa 500 kg mengorbit Bumi pada ketinggian 600 km di atas permukaan Bumi. Jika massa Bumi 5,97 × 10²⁴ kg, jari-jari Bumi 6,37 × 10⁶ m, dan G = 6,67 × 10⁻¹¹ N m²/kg², hitunglah gaya gravitasi yang bekerja pada satelit tersebut!
Diketahui:
– m_satelit = 500 kg
– h = 600 km = 600.000 m = 6 × 10⁵ m
– M_Bumi = 5,97 × 10²⁴ kg
– R_Bumi = 6,37 × 10⁶ m
– G = 6,67 × 10⁻¹¹ N m²/kg²
Ditanya: F_gravitasi?
Jawab:
1. Hitung jarak total satelit dari pusat Bumi (r):
r = R_Bumi + h = 6,37 × 10⁶ m + 0,6 × 10⁶ m = 6,97 × 10⁶ m
2. Gunakan rumus gaya gravitasi:
F = G M_Bumi m_satelit / r²
F = (6,67 × 10⁻¹¹ N m²/kg²) × (5,97 × 10²⁴ kg) × (500 kg) / (6,97 × 10⁶ m)²
F = (198,999 × 10¹³) / (48,5809 × 10¹²)
F ≈ 4,096 × 10³ N
Jadi, gaya gravitasi yang bekerja pada satelit tersebut adalah sekitar 4096 N.
5. Jelaskan perbedaan antara massa dan berat suatu benda dalam konteks gravitasi!
Massa dan berat adalah dua konsep yang seringkali disalahartikan, namun memiliki perbedaan mendasar:
1. Massa:
– Definisi: Massa adalah ukuran jumlah materi yang terkandung dalam suatu benda. Ini juga merupakan ukuran inersia suatu benda, yaitu ketahanannya terhadap perubahan gerak.
– Satuan: Satuan SI untuk massa adalah kilogram (kg).
– Ketergantungan: Massa adalah besaran skalar dan nilainya bersifat intrinsik, artinya tidak berubah tergantung pada lokasi atau pengaruh gravitasi. Massa sebuah benda akan sama di Bumi, di Bulan, maupun di ruang angkasa.
2. Berat:
– Definisi: Berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Berat adalah hasil dari interaksi massa benda dengan medan gravitasi di sekitarnya.
– Satuan: Satuan SI untuk berat adalah Newton (N), karena berat adalah gaya.
– Ketergantungan: Berat adalah besaran vektor (memiliki arah) dan nilainya bergantung pada kekuatan medan gravitasi di lokasi benda berada. Berat sebuah benda di Bumi akan berbeda dengan beratnya di Bulan (karena gravitasi Bulan lebih kecil) atau di ruang angkasa (di mana beratnya bisa mendekati nol atau ‘tanpa berat’).
Secara ringkas, massa adalah ‘berapa banyak materi’ dan berat adalah ‘seberapa kuat gravitasi menarik materi itu’.