Kumpulan Contoh Soal Bongkar Rahasia Fisika Mandiri! Kumpulan Soal Terlengkap dengan Kunci Jawaban Eksklusif!
Pilihan Ganda
1. 1. 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
2. 2. Sebuah bola dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika g = 10 m/s², berapakah ketinggian maksimum yang dicapai bola?
A. 10 m
B. 15 m
C. 20 m
D. 25 m
3. 3. Sebuah balok bermassa 2 kg ditarik dengan gaya 10 N sehingga bergerak dengan percepatan. Berapakah percepatan balok tersebut?
A. 2 m/s²
B. 5 m/s²
C. 10 m/s²
D. 20 m/s²
4. 4. Sebuah benda bermassa 4 kg jatuh dari ketinggian 5 m. Jika g = 10 m/s², berapakah energi kinetik benda sesaat sebelum menyentuh tanah?
A. 100 J
B. 150 J
C. 200 J
D. 250 J
5. 5. Sebuah bola bermassa 0,5 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Bola tersebut menumbuk dinding dan memantul dengan kecepatan 2 m/s. Berapakah impuls yang dialami bola?
A. 1 Ns
B. 2 Ns
C. 3 Ns
D. 4 Ns
6. 6. Sebuah piringan hitam berotasi dengan kecepatan sudut 5 rad/s. Jika momen inersia piringan adalah 0,2 kg m², berapakah energi kinetik rotasinya?
A. 1 J
B. 2,5 J
C. 5 J
D. 10 J
7. 7. Sebuah kolam memiliki kedalaman 3 meter. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan g = 10 m/s², berapakah tekanan hidrostatis di dasar kolam?
A. 3000 Pa
B. 30.000 Pa
C. 60.000 Pa
D. 90.000 Pa
8. 8. Air mengalir melalui pipa dengan luas penampang 20 cm² pada kecepatan 3 m/s. Jika pipa menyempit menjadi 10 cm², berapakah kecepatan air pada bagian yang sempit?
A. 1,5 m/s
B. 3 m/s
C. 4,5 m/s
D. 6 m/s
9. 9. Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 2 kg air dari 20 °C menjadi 80 °C? (Kalor jenis air = 4200 J/kg°C)
A. 252.000 J
B. 504.000 J
C. 756.000 J
D. 1.008.000 J
10. 10. Sebuah mesin Carnot bekerja antara suhu 227 °C dan 27 °C. Berapakah efisiensi mesin tersebut?
A. 20%
B. 30%
C. 40%
D. 50%
11. 11. Sebuah gelombang merambat dengan cepat rambat 340 m/s dan frekuensi 50 Hz. Berapakah panjang gelombang tersebut?
A. 3,4 m
B. 6,8 m
C. 17 m
D. 34 m
12. 12. Dua buah muatan listrik masing-masing +2 μC dan -3 μC terpisah sejauh 3 cm. Berapakah besar gaya Coulomb antara kedua muatan tersebut? (k = 9 × 10⁹ Nm²/C²)
A. 60 N
B. 600 N
C. 6000 N
D. 60.000 N
13. 13. Tiga buah resistor masing-masing 2 Ω, 3 Ω, dan 5 Ω dihubungkan secara seri. Jika dihubungkan dengan sumber tegangan 20 V, berapakah kuat arus total yang mengalir?
A. 0,5 A
B. 1 A
C. 2 A
D. 4 A
14. 14. Sebuah kawat penghantar dialiri arus 2 A dan diletakkan dalam medan magnet 0,5 T. Jika panjang kawat yang berada dalam medan magnet adalah 10 cm dan tegak lurus arah medan, berapakah gaya Lorentz yang dialami kawat?
A. 0,1 N
B. 0,2 N
C. 0,5 N
D. 1 N
15. 15. Sebuah transformator memiliki 100 lilitan primer dan 500 lilitan sekunder. Jika tegangan primer 20 V, berapakah tegangan sekundernya (dianggap ideal)?
A. 4 V
B. 20 V
C. 100 V
D. 400 V
16. 16. Sebuah rangkaian RLC seri memiliki R = 60 Ω, L = 0,7 H, dan C = 50 μF. Jika frekuensi sumber AC adalah 50/π Hz, berapakah reaktansi induktif (XL)?
A. 35 Ω
B. 50 Ω
C. 70 Ω
D. 100 Ω
17. 17. Atom hidrogen memiliki sebuah elektron. Jika elektron tersebut berpindah dari kulit n=3 ke n=2, energi yang dipancarkan akan berupa cahaya tampak. Fenomena ini termasuk dalam deret?
A. Lyman
B. Balmer
C. Paschen
D. Brackett
18. 18. Inti atom terdiri dari …
A. Elektron dan proton
B. Proton dan neutron
C. Elektron dan neutron
D. Proton, neutron, dan elektron
19. 19. Jika sebuah pesawat bergerak dengan kecepatan 0,6c (c = kecepatan cahaya), berapakah faktor Lorentz (γ) untuk pesawat tersebut?
A. 1,25
B. 1,5
C. 2
D. 2,5
20. 20. Sebuah partikel memiliki massa diam m₀. Jika partikel tersebut bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, maka massa relativistiknya akan …
A. Tetap sama dengan massa diam
B. Berkurang
C. Bertambah
D. Menjadi nol
Isian Singkat
1. 1. Sebuah benda bermassa 5 kg diletakkan pada bidang miring licin dengan sudut kemiringan 30° terhadap horizontal. Jika g = 10 m/s², berapakah percepatan benda saat meluncur ke bawah?
2. 2. Sebuah roda berjari-jari 0,5 m dan bermassa 2 kg (dianggap silinder pejal) berotasi dengan kecepatan sudut 4 rad/s. Berapakah energi kinetik rotasi roda tersebut? (Momen inersia silinder pejal I = 1/2 MR²)
3. 3. Tiga buah hambatan, R₁ = 6 Ω, R₂ = 3 Ω, dan R₃ = 2 Ω, dirangkai paralel. Jika rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V, berapakah kuat arus total yang mengalir?
4. 4. Sebuah sumber bunyi bergerak mendekati pengamat yang diam dengan kecepatan 34 m/s. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m/s dan frekuensi sumber bunyi 900 Hz, berapakah frekuensi bunyi yang didengar pengamat?
5. 5. Sebuah partikel bergerak dengan kecepatan yang menyebabkan panjangnya teramati menjadi setengah dari panjang diamnya. Berapakah kecepatan partikel tersebut dalam pecahan c?
Uraian
1. 1. Sebuah peluru ditembakkan dengan kecepatan awal 50 m/s dan sudut elevasi 37° (sin 37° = 0,6; cos 37° = 0,8). Jika g = 10 m/s²:
a. Hitunglah waktu yang dibutuhkan peluru untuk mencapai titik tertinggi.
b. Tentukan ketinggian maksimum yang dicapai peluru.
c. Hitunglah jangkauan horizontal maksimum peluru.
2. 2. Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 200 N/m. Pada ujung pegas digantungkan beban bermassa 2 kg. Kemudian pegas ditarik sejauh 10 cm dari posisi setimbang dan dilepaskan.
a. Berapakah energi potensial pegas saat ditarik?
b. Berapakah kecepatan maksimum beban saat melewati titik setimbang?
3. 3. Jelaskan prinsip kerja mesin Carnot dan mengapa efisiensinya tidak pernah mencapai 100%!
4. 4. Sebuah rangkaian RLC seri dihubungkan dengan sumber tegangan AC dengan V = 200 sin (100t) Volt. Diketahui R = 80 Ω, L = 0,6 H, dan C = 50 μF.
a. Tentukan impedansi rangkaian.
b. Hitunglah kuat arus maksimum yang mengalir dalam rangkaian.
5. 5. Jelaskan fenomena efek fotolistrik dan sebutkan dua fakta eksperimen yang tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang klasik!
Mencocokkan
1. Cocokkan besaran fisika berikut dengan satuannya dalam SI:
a. Gaya
b. Daya
c. Tekanan
d. Energi
Pilihan Satuan:
1. Joule (J)
2. Newton (N)
3. Pascal (Pa)
4. Watt (W)
2. Cocokkan konsep/hukum fisika berikut dengan penemunya atau hukum yang relevan:
a. Hukum Kekekalan Energi Mekanik
b. Efek Doppler
c. Hukum Archimedes
d. Teori Relativitas Khusus
Pilihan Ilmuwan/Hukum:
1. Albert Einstein
2. Archimedes
3. Christian Doppler
4. James Prescott Joule
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. B
Pembahasan: Menggunakan rumus gerak lurus berubah beraturan: v = v₀ + at. Dengan v₀ = 10 m/s, a = 2 m/s², dan t = 5 s, maka v = 10 + (2 × 5) = 10 + 10 = 20 m/s.
2. C
Pembahasan: Pada ketinggian maksimum, kecepatan akhir (v) adalah 0. Menggunakan rumus v² = v₀² – 2gh. Maka 0² = 20² – 2 × 10 × h. 0 = 400 – 20h. 20h = 400. h = 20 m.
3. B
Pembahasan: Menggunakan Hukum II Newton: F = ma. Dengan F = 10 N dan m = 2 kg, maka 10 = 2 × a. a = 10 ÷ 2 = 5 m/s².
4. C
Pembahasan: Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik, energi potensial awal akan seluruhnya berubah menjadi energi kinetik akhir (jika tidak ada gesekan udara). Ep = mgh = 4 × 10 × 5 = 200 J. Jadi, Ek = 200 J.
5. C
Pembahasan: Impuls (I) adalah perubahan momentum (Δp). I = Δp = m(v’ – v). Jika arah kecepatan awal positif, maka kecepatan pantul negatif. I = 0,5 kg × (-2 m/s – 4 m/s) = 0,5 × (-6) = -3 Ns. Besar impuls adalah 3 Ns.
6. B
Pembahasan: Energi kinetik rotasi (Ek_rot) = 1/2 Iω². Dengan I = 0,2 kg m² dan ω = 5 rad/s, maka Ek_rot = 1/2 × 0,2 × (5)² = 0,1 × 25 = 2,5 J.
7. B
Pembahasan: Tekanan hidrostatis (Ph) = ρgh. Dengan ρ = 1000 kg/m³, g = 10 m/s², dan h = 3 m, maka Ph = 1000 × 10 × 3 = 30.000 Pa.
8. D
Pembahasan: Menggunakan persamaan kontinuitas: A₁v₁ = A₂v₂. Dengan A₁ = 20 cm², v₁ = 3 m/s, A₂ = 10 cm², maka 20 × 3 = 10 × v₂. 60 = 10v₂. v₂ = 6 m/s.
9. B
Pembahasan: Kalor (Q) = mcΔT. Dengan m = 2 kg, c = 4200 J/kg°C, dan ΔT = 80 – 20 = 60 °C, maka Q = 2 × 4200 × 60 = 504.000 J.
10. C
Pembahasan: Ubah suhu ke Kelvin: T_tinggi = 227 + 273 = 500 K, T_rendah = 27 + 273 = 300 K. Efisiensi (η) = 1 – (T_rendah / T_tinggi) = 1 – (300 / 500) = 1 – 0,6 = 0,4 = 40%.
11. B
Pembahasan: Menggunakan rumus cepat rambat gelombang: v = λf. Maka λ = v / f = 340 m/s ÷ 50 Hz = 6,8 m.
12. A
Pembahasan: Gaya Coulomb (F) = k |q₁q₂| / r². Ubah satuan: q₁ = 2 × 10⁻⁶ C, q₂ = 3 × 10⁻⁶ C, r = 3 × 10⁻² m. F = (9 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁶ × 3 × 10⁻⁶) / (3 × 10⁻²)² = (54 × 10⁻³) / (9 × 10⁻⁴) = 6 × 10¹ = 60 N.
13. C
Pembahasan: Resistansi total rangkaian seri (R_total) = R₁ + R₂ + R₃ = 2 + 3 + 5 = 10 Ω. Menggunakan Hukum Ohm: I = V / R_total = 20 V ÷ 10 Ω = 2 A.
14. A
Pembahasan: Gaya Lorentz (F) = BIL sin θ. Karena tegak lurus, sin θ = sin 90° = 1. F = BIL = 0,5 T × 2 A × 0,1 m = 0,1 N.
15. C
Pembahasan: Untuk transformator ideal, Np/Ns = Vp/Vs. Maka 100/500 = 20/Vs. 1/5 = 20/Vs. Vs = 5 × 20 = 100 V.
16. C
Pembahasan: Reaktansi induktif (XL) = ωL = 2πfL. Dengan f = 50/π Hz, L = 0,7 H. XL = 2π × (50/π) × 0,7 = 100 × 0,7 = 70 Ω.
17. B
Pembahasan: Deret Balmer adalah deret spektrum emisi atom hidrogen yang dihasilkan dari transisi elektron dari tingkat energi n ≥ 3 ke tingkat energi n = 2, menghasilkan cahaya tampak.
18. B
Pembahasan: Inti atom (nukleus) tersusun dari proton (partikel bermuatan positif) dan neutron (partikel tidak bermuatan).
19. A
Pembahasan: Faktor Lorentz (γ) = 1 / √(1 – (v/c)²). Dengan v = 0,6c, maka v/c = 0,6. γ = 1 / √(1 – 0,6²) = 1 / √(1 – 0,36) = 1 / √(0,64) = 1 / 0,8 = 1,25.
20. C
Pembahasan: Menurut teori relativitas khusus Einstein, massa relativistik (m) suatu benda yang bergerak dengan kecepatan v akan bertambah dibandingkan massa diamnya (m₀) sesuai rumus m = γm₀. Karena γ selalu ≥ 1, maka massa relativistik akan bertambah.
Isian Singkat
1. 5 m/s²
2. 4 J
3. 11 A
4. 1000 Hz
5. √(3)/2 c atau sekitar 0,866 c
Uraian
1. a. Waktu ke titik tertinggi (t_max) = (v₀ sin θ) / g = (50 × 0,6) / 10 = 30 / 10 = 3 s.
b. Ketinggian maksimum (h_max) = (v₀² sin² θ) / (2g) = (50² × 0,6²) / (2 × 10) = (2500 × 0,36) / 20 = 900 / 20 = 45 m.
c. Jangkauan horizontal maksimum (R) = (v₀² sin 2θ) / g = (v₀² × 2 sin θ cos θ) / g = (50² × 2 × 0,6 × 0,8) / 10 = (2500 × 0,96) / 10 = 2400 / 10 = 240 m.
2. a. Energi potensial pegas (Ep) = 1/2 kx². Ubah x = 10 cm = 0,1 m. Ep = 1/2 × 200 × (0,1)² = 100 × 0,01 = 1 J.
b. Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik, energi potensial pegas akan berubah menjadi energi kinetik maksimum saat melewati titik setimbang. Ek = 1 J. Ek = 1/2 mv². 1 = 1/2 × 2 × v². 1 = v². v = 1 m/s. Jadi kecepatan maksimum beban adalah 1 m/s.
3. Prinsip kerja mesin Carnot didasarkan pada siklus termodinamika reversibel yang bekerja antara dua reservoir suhu, tinggi (T_H) dan rendah (T_L). Mesin ini menyerap kalor dari reservoir panas, melakukan usaha, dan membuang sisa kalor ke reservoir dingin. Siklusnya terdiri dari dua proses isotermal dan dua proses adiabatik.
Efisiensi mesin Carnot tidak pernah mencapai 100% karena menurut Hukum II Termodinamika, tidak mungkin ada mesin kalor yang mengubah seluruh kalor yang diserap menjadi usaha. Selalu ada sebagian kalor yang harus dibuang ke reservoir dingin (T_L > 0 K), sehingga efisiensi (η = 1 – T_L/T_H) akan selalu kurang dari 1. Untuk mencapai 100% efisiensi, T_L harus 0 K (nol mutlak), yang secara fisika tidak mungkin dicapai.
4. Dari persamaan tegangan V = 200 sin (100t), didapat V_maks = 200 V dan ω = 100 rad/s.
a. Reaktansi induktif (XL) = ωL = 100 × 0,6 = 60 Ω.
Reaktansi kapasitif (XC) = 1 / (ωC) = 1 / (100 × 50 × 10⁻⁶) = 1 / (5 × 10⁻³) = 200 Ω.
Impedansi (Z) = √(R² + (XL – XC)²) = √(80² + (60 – 200)²) = √(6400 + (-140)²) = √(6400 + 19600) = √(26000) ≈ 161,24 Ω.
b. Kuat arus maksimum (I_maks) = V_maks / Z = 200 V / 161,24 Ω ≈ 1,24 A.
5. Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika disinari oleh cahaya dengan frekuensi tertentu. Elektron yang terlepas disebut fotoelektron.
Dua fakta eksperimen yang tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang klasik:
1. **Adanya Frekuensi Ambang**: Efek fotolistrik hanya terjadi jika frekuensi cahaya yang datang lebih besar dari suatu frekuensi ambang (f₀) tertentu, tidak peduli seberapa intens cahaya tersebut. Teori gelombang klasik memprediksi bahwa efek fotolistrik harus terjadi pada frekuensi berapapun asalkan intensitasnya cukup tinggi.
2. **Pelepasan Elektron Seketika**: Elektron terlepas dari permukaan logam secara seketika (tanpa penundaan waktu), bahkan pada intensitas cahaya yang sangat rendah, asalkan frekuensinya di atas frekuensi ambang. Teori gelombang klasik memprediksi bahwa akan ada penundaan waktu bagi elektron untuk mengumpulkan energi yang cukup dari gelombang cahaya berintensitas rendah.
Mencocokkan
1. a. Gaya – 2. Newton (N)
b. Daya – 4. Watt (W)
c. Tekanan – 3. Pascal (Pa)
d. Energi – 1. Joule (J)
2. a. Hukum Kekekalan Energi Mekanik – 4. James Prescott Joule (terkait dengan konsep energi)
b. Efek Doppler – 3. Christian Doppler
c. Hukum Archimedes – 2. Archimedes
d. Teori Relativitas Khusus – 1. Albert Einstein