Fisika terapan adalah cabang ilmu fisika yang berfokus pada aplikasi prinsip-prinsip fisika untuk teknologi dan inovasi praktis. Mempelajari fisika terapan tidak hanya memahami teori, tetapi juga bagaimana teori tersebut diimplementasikan dalam berbagai bidang, mulai dari rekayasa, kedokteran, hingga industri. Untuk membantu Anda menguasai materi ini, kami telah menyusun kumpulan latihan soal fisika terapan yang komprehensif. Latihan soal ini mencakup berbagai topik penting seperti mekanika, termodinamika, elektromagnetisme, optika, dan fluida, yang disajikan dalam beragam format: pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan. Dengan berlatih menggunakan soal-soal ini, Anda akan semakin terbiasa menganalisis masalah, menerapkan rumus yang tepat, dan memahami konsep-konsep fisika dalam konteks dunia nyata. Siapkan diri Anda untuk menghadapi tantangan fisika terapan dan tingkatkan pemahaman Anda secara signifikan!
Contoh Soal contoh soal fisika terapan
A. Pilihan Ganda
1. Sebuah mesin pemanas memiliki efisiensi 40%. Jika mesin tersebut menyerap kalor sebesar 500 J dari reservoir panas, berapa kalor yang dibuang ke reservoir dingin?
- A. 100 J
- B. 200 J
- C. 300 J
- D. 400 J
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Efisiensi (η) = 1 – (Q_dingin / Q_panas). Jadi, 0,40 = 1 – (Q_dingin / 500 J). Maka Q_dingin / 500 J = 0,60, sehingga Q_dingin = 0,60 × 500 J = 300 J.
2. Prinsip kerja dongkrak hidrolik didasarkan pada hukum fisika apa?
- A. Hukum Archimedes
- B. Hukum Pascal
- C. Hukum Bernoulli
- D. Hukum Newton III
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Dongkrak hidrolik memanfaatkan prinsip Hukum Pascal, di mana tekanan yang diberikan pada fluida tertutup akan diteruskan secara merata ke segala arah.
3. Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik adalah…
- A. Amperemeter
- B. Voltmeter
- C. Ohmmeter
- D. Wattmeter
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Amperemeter digunakan untuk mengukur kuat arus listrik, Voltmeter untuk tegangan, Ohmmeter untuk hambatan, dan Wattmeter untuk daya.
4. Berapa hambatan total dari tiga resistor yang dihubungkan secara seri, masing-masing 2 Ω, 3 Ω, dan 5 Ω?
- A. 1/10 Ω
- B. 1 Ω
- C. 5 Ω
- D. 10 Ω
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Untuk rangkaian seri, hambatan total (R_total) = R₁ + R₂ + R₃ = 2 Ω + 3 Ω + 5 Ω = 10 Ω.
5. Sebuah benda terapung di air dengan 2/5 bagian volumenya berada di atas permukaan air. Massa jenis benda tersebut adalah…
- A. 200 kg/m³
- B. 400 kg/m³
- C. 600 kg/m³
- D. 800 kg/m³
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Jika 2/5 volume di atas air, maka 3/5 volume di bawah air (tercelup). Menurut Hukum Archimedes, F_apung = W_benda. Jadi, ρ_fluida × V_tercelup × g = ρ_benda × V_benda × g. Maka ρ_benda = (V_tercelup / V_benda) × ρ_fluida = (3/5 V_benda / V_benda) × 1000 kg/m³ = 3/5 × 1000 kg/m³ = 600 kg/m³.
6. Fenomena pemanasan global terutama disebabkan oleh peningkatan konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer, yang bekerja dengan prinsip…
- A. Konduksi
- B. Konveksi
- C. Evaporasi
- D. Radiasi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Gas rumah kaca menyerap radiasi inframerah yang dipancarkan bumi, memerangkap panas dan menyebabkan efek rumah kaca.
7. Material semikonduktor yang paling umum digunakan dalam pembuatan dioda dan transistor adalah…
- A. Tembaga
- B. Silikon
- C. Emas
- D. Aluminium
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Silikon adalah material semikonduktor paling dominan dalam industri elektronik karena sifatnya yang stabil dan melimpah.
8. Sebuah pompa air mengangkat 20 kg air setinggi 10 meter dalam waktu 5 detik. Daya rata-rata pompa tersebut adalah (g = 10 m/s²)…
- A. 200 Watt
- B. 300 Watt
- C. 400 Watt
- D. 500 Watt
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Usaha (W) = mgh = 20 kg × 10 m/s² × 10 m = 2000 J. Daya (P) = W/t = 2000 J / 5 s = 400 Watt.
9. Serat optik memanfaatkan prinsip fisika apa untuk mentransmisikan data?
- A. Pemantulan internal total
- B. Pembiasan ganda
- C. Difraksi
- D. Interferensi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Serat optik bekerja berdasarkan prinsip pemantulan internal total cahaya, memungkinkan cahaya merambat melalui serat tanpa banyak kehilangan.
10. Jika sebuah cermin cekung memiliki jari-jari kelengkungan 20 cm, berapa jarak fokusnya?
- A. 5 cm
- B. 10 cm
- C. 20 cm
- D. 40 cm
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Jarak fokus (f) cermin cekung adalah setengah dari jari-jari kelengkungannya (R). Jadi, f = R/2 = 20 cm / 2 = 10 cm.
11. Satuan dari daya listrik adalah…
- A. Joule
- B. Volt
- C. Ampere
- D. Watt
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Daya listrik diukur dalam Watt (W). Joule adalah satuan energi, Volt untuk tegangan, dan Ampere untuk arus.
12. Sebuah kawat penghantar memiliki hambatan 10 Ω. Jika dialiri arus 2 A, berapa tegangan pada kawat tersebut?
- A. 5 Volt
- B. 20 Volt
- C. 0,2 Volt
- D. 12 Volt
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Menggunakan Hukum Ohm, V = I × R = 2 A × 10 Ω = 20 Volt.
13. Aplikasi prinsip Hukum Bernoulli dapat ditemukan pada…
- A. Gaya angkat pesawat terbang
- B. Dongkrak hidrolik
- C. Kapal selam
- D. Termometer raksa
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Gaya angkat pesawat terbang disebabkan oleh perbedaan tekanan udara di atas dan di bawah sayap, yang dijelaskan oleh Hukum Bernoulli.
14. Pembangkit listrik tenaga nuklir menghasilkan energi melalui proses…
- A. Fusi nuklir
- B. Pembakaran bahan bakar fosil
- C. Fisi nuklir
- D. Reaksi kimia
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Pembangkit listrik tenaga nuklir bekerja dengan memanfaatkan reaksi fisi nuklir, yaitu pembelahan inti atom berat.
15. Perpindahan panas yang terjadi melalui kontak langsung antar molekul tanpa disertai perpindahan materi adalah…
- A. Konduksi
- B. Konveksi
- C. Radiasi
- D. Evaporasi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Konduksi adalah perpindahan panas melalui medium padat tanpa perpindahan materi. Konveksi melibatkan perpindahan materi, dan radiasi melalui gelombang elektromagnetik.
16. Jika sebuah benda bergetar 120 kali dalam 1 menit, berapa frekuensi getaran benda tersebut?
- A. 0,5 Hz
- B. 1 Hz
- C. 2 Hz
- D. 120 Hz
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Frekuensi (f) = jumlah getaran / waktu = 120 getaran / 60 detik = 2 Hz.
17. Transduser yang mengubah energi suara menjadi sinyal listrik adalah…
- A. Speaker
- B. Mikrofon
- C. Termistor
- D. LED
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Mikrofon mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik. Speaker melakukan kebalikannya, dan termistor adalah sensor suhu.
18. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Jika massa mobil 1000 kg, berapa energi kinetiknya?
- A. 100 kJ
- B. 150 kJ
- C. 200 kJ
- D. 400 kJ
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Energi kinetik (EK) = 1/2 mv² = 1/2 × 1000 kg × (20 m/s)² = 1/2 × 1000 × 400 J = 200.000 J = 200 kJ.
19. Penggunaan ultrasonografi dalam bidang medis memanfaatkan sifat gelombang suara yaitu…
- A. Pemantulan (refleksi)
- B. Pembiasan (refraksi)
- C. Difraksi
- D. Interferensi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Ultrasonografi menggunakan pantulan gelombang suara frekuensi tinggi untuk membentuk citra organ dalam tubuh.
20. Bahan yang memiliki resistivitas sangat rendah dan memungkinkan arus listrik mengalir dengan mudah disebut…
- A. Konduktor
- B. Isolator
- C. Semikonduktor
- D. Superkonduktor
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Konduktor adalah bahan yang mudah menghantarkan listrik. Isolator menghambat listrik, dan semikonduktor memiliki sifat di antaranya.
B. Isian Singkat
1. Alat yang digunakan untuk mengukur perbedaan potensial listrik adalah…
Jawaban: Voltmeter
2. Rumus untuk menghitung daya listrik adalah P = V × I. P adalah daya, V adalah tegangan, dan I adalah…
Jawaban: Arus listrik
3. Perpindahan kalor dari Matahari ke Bumi terjadi melalui mekanisme…
Jawaban: Radiasi
4. Hukum fisika yang menjelaskan bahwa gaya apung yang bekerja pada benda yang tercelup dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut adalah…
Jawaban: Hukum Archimedes
5. Efisiensi maksimum sebuah mesin kalor dapat dicapai jika bekerja berdasarkan siklus…
Jawaban: Carnot
C. Menjodohkan
1. Jodohkanlah alat ukur berikut dengan besaran fisika yang diukurnya!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Termometer | Suhu |
| Barometer | Tekanan Udara |
| Amperemeter | Kuat Arus Listrik |
| Voltmeter | Tegangan Listrik |
| Ohmmeter | Hambatan Listrik |
2. Jodohkanlah prinsip fisika berikut dengan aplikasinya!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Hukum Pascal | Dongkrak Hidrolik |
| Hukum Archimedes | Kapal Selam |
| Hukum Ohm | Rangkaian Listrik |
| Hukum Bernoulli | Karburator |
D. Uraian
1. Jelaskan prinsip kerja panel surya dalam mengubah energi cahaya menjadi energi listrik!
Panel surya bekerja berdasarkan efek fotovoltaik. Ketika foton dari cahaya matahari mengenai sel surya (yang terbuat dari material semikonduktor seperti silikon), energi foton ini diserap oleh elektron di dalam material, menyebabkan elektron tereksitasi dan bergerak. Gerakan elektron ini menciptakan aliran arus listrik. Sel surya didesain dengan lapisan material semikonduktor tipe-p dan tipe-n yang membentuk sambungan p-n. Sambungan ini menciptakan medan listrik internal yang mendorong elektron ke satu arah, menghasilkan beda potensial dan arus listrik.
2. Mengapa material dengan konduktivitas termal rendah sangat baik digunakan sebagai isolator termal? Berikan contoh aplikasinya!
Material dengan konduktivitas termal rendah berarti materi tersebut tidak mudah menghantarkan panas. Ini sangat baik digunakan sebagai isolator termal karena dapat meminimalkan perpindahan panas secara konduksi dari satu tempat ke tempat lain. Dengan demikian, isolator dapat menjaga suhu di dalam suatu ruangan atau wadah agar tidak cepat berubah. Contoh aplikasinya adalah pada dinding termos air panas/dingin (menggunakan vakum atau busa), jaket tebal (menggunakan serat yang memerangkap udara), dinding bangunan (menggunakan styrofoam atau wol mineral), dan pegangan panci (menggunakan plastik atau kayu).
3. Bagaimana prinsip elektromagnetisme diterapkan dalam motor listrik?
Motor listrik bekerja berdasarkan prinsip bahwa kawat penghantar yang dialiri arus listrik dan berada dalam medan magnet akan mengalami gaya (Gaya Lorentz). Dalam motor listrik, terdapat kumparan kawat (rotor) yang dialiri arus listrik dan ditempatkan di antara kutub-kutub magnet permanen atau elektromagnet (stator). Arus yang mengalir pada kumparan berinteraksi dengan medan magnet, menyebabkan kumparan berputar. Arah putaran ditentukan oleh arah arus dan arah medan magnet (kaidah tangan kanan Fleming). Komutator dan sikat berfungsi untuk membalik arah arus pada kumparan secara berkala, sehingga putaran motor berlangsung terus-menerus dalam satu arah.
4. Sebuah transformator step-down memiliki kumparan primer 1000 lilitan dan kumparan sekunder 100 lilitan. Jika tegangan pada kumparan primer adalah 220 V, berapa tegangan pada kumparan sekunder? Asumsikan transformator ideal.
Untuk transformator ideal, berlaku hubungan Vp/Vs = Np/Ns. Di mana Vp adalah tegangan primer, Vs adalah tegangan sekunder, Np adalah jumlah lilitan primer, dan Ns adalah jumlah lilitan sekunder. Diketahui: Np = 1000 lilitan, Ns = 100 lilitan, Vp = 220 V. Maka, 220 V / Vs = 1000 / 100. 220 V / Vs = 10. Vs = 220 V / 10 = 22 V. Jadi, tegangan pada kumparan sekunder adalah 22 Volt.
5. Jelaskan perbedaan antara aliran laminar dan aliran turbulen pada fluida, serta berikan contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari atau industri!
Aliran laminar adalah aliran fluida di mana partikel-partikel fluida bergerak dalam jalur-jalur paralel atau lapisan-lapisan yang teratur tanpa saling bercampur. Aliran ini cenderung terjadi pada kecepatan rendah dan viskositas tinggi. Contoh aplikasi: aliran air di keran yang dibuka sedikit, aliran darah di kapiler kecil, sistem pelumasan mesin. Aliran turbulen adalah aliran fluida di mana partikel-partikel fluida bergerak secara tidak teratur, membentuk pusaran dan pusaran acak. Aliran ini terjadi pada kecepatan tinggi dan viskositas rendah. Contoh aplikasi: aliran air di sungai deras, asap rokok yang mengepul, aliran bahan bakar di mesin jet, pencampuran bahan kimia di reaktor industri.