Kumpulan Soal Fisika Waktu Lengkap: Dari Konsep Dasar hingga Relativitas

A. Pilihan Ganda

1. Satuan pokok waktu dalam Sistem Internasional (SI) adalah…
   • Menit
   • Jam
   • Hari
   • Sekon
   Jawaban: Sekon
   Penjelasan: Dalam Sistem Internasional (SI), satuan standar untuk waktu adalah sekon (detik).
2. Jika sebuah benda melakukan satu getaran penuh dalam waktu 1 sekon, maka frekuensi getaran benda tersebut adalah…
   • 0,5 Hz
   • 1 Hz
   • 2 Hz
   • 4 Hz
   Jawaban: 1 Hz
   Penjelasan: Frekuensi (f) adalah kebalikan dari periode (T). Jadi, f = 1/T = 1/1 s = 1 Hz.
3. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan konstan 25 m/s. Berapakah jarak yang ditempuh mobil tersebut dalam waktu 4 sekon?
   • 25 meter
   • 50 meter
   • 75 meter
   • 100 meter
   Jawaban: 100 meter
   Penjelasan: Jarak = Kecepatan × Waktu. Jarak = 25 m/s × 4 s = 100 meter.
4. Berapa waktu yang dibutuhkan sebuah sepeda motor untuk menempuh jarak 300 meter jika bergerak dengan kecepatan konstan 20 m/s?
   • 10 sekon
   • 12 sekon
   • 15 sekon
   • 20 sekon
   Jawaban: 15 sekon
   Penjelasan: Waktu = Jarak / Kecepatan. Waktu = 300 meter / 20 m/s = 15 sekon.
5. Sebuah benda yang mula-mula diam dipercepat hingga kecepatannya menjadi 20 m/s dalam waktu 2 sekon. Berapakah percepatan rata-rata benda tersebut?
   • 5 m/s
   • 10 m/s
   • 15 m/s
   • 20 m/s
   Jawaban: 10 m/s
   Penjelasan: Percepatan (a) = (Vt – V₀) / t. Dengan V₀ = 0, Vt = 20 m/s, t = 2 s. a = 20 m/s / 2 s = 10 m/s².
6. Dalam gerak melingkar, periode adalah…
   • Banyaknya putaran dalam satu sekon
   • Kecepatan sudut benda
   • Jari-jari lintasan
   • Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu putaran penuh
   Jawaban: Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu putaran penuh
   Penjelasan: Periode dalam gerak melingkar adalah waktu yang dibutuhkan objek untuk menyelesaikan satu putaran atau revolusi penuh.
7. Untuk memperlama periode ayunan sebuah bandul sederhana, yang dapat dilakukan adalah…
   • Memperpendek tali
   • Memperkecil massa bandul
   • Memperbesar amplitudo ayunan
   • Memperpanjang tali
   Jawaban: Memperpanjang tali
   Penjelasan: Periode bandul sederhana (T) berbanding lurus dengan akar kuadrat panjang tali (l). Jadi, T = 2π√(l/g). Untuk memperlama periode, panjang tali harus diperpanjang.
8. Jika sebuah pesawat bergerak mendekati kecepatan cahaya, bagaimana waktu yang diukur oleh pengamat di Bumi dibandingkan dengan waktu di dalam pesawat?
   • Waktu yang terukur akan lebih singkat bagi pengamat di Bumi
   • Waktu yang terukur akan sama bagi pengamat di Bumi
   • Waktu yang terukur akan lebih lama bagi pengamat di Bumi
   • Peristiwa ini tidak dapat diamati
   Jawaban: Waktu yang terukur akan lebih lama bagi pengamat di Bumi
   Penjelasan: Menurut teori relativitas khusus Einstein, waktu akan mengalami dilatasi (pemuluran) bagi pengamat yang berada dalam kerangka acuan yang berbeda dan bergerak relatif mendekati kecepatan cahaya.
9. Sebuah bola dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 100 m/s. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², berapa waktu yang dibutuhkan bola untuk mencapai titik tertinggi?
   • 5 sekon
   • 10 sekon
   • 15 sekon
   • 20 sekon
   Jawaban: 10 sekon
   Penjelasan: Waktu untuk mencapai titik tertinggi (t_max) pada gerak vertikal ke atas adalah t_max = V₀ / g. t_max = 100 m/s / 10 m/s² = 10 sekon.
10. Sebuah pegas bergetar dengan frekuensi 5 Hz. Berapa banyak getaran yang dilakukan pegas tersebut dalam waktu 5 sekon?
    • 5 getaran
    • 10 getaran
    • 20 getaran
    • 25 getaran
    Jawaban: 25 getaran
    Penjelasan: Jumlah getaran = Frekuensi × Waktu. Jumlah getaran = 5 Hz × 5 s = 25 getaran.
11. Seorang pelari menempuh jarak 10 meter dalam 4 sekon, kemudian melanjutkan berlari 20 meter dalam 16 sekon. Berapakah kecepatan rata-rata pelari tersebut?
    • 1 m/s
    • 1,25 m/s
    • 1,5 m/s
    • 2 m/s
    Jawaban: 1,5 m/s
    Penjelasan: Kecepatan rata-rata = Total jarak / Total waktu. Total jarak = 10 m + 20 m = 30 m. Total waktu = 4 s + 16 s = 20 s. Kecepatan rata-rata = 30 m / 20 s = 1,5 m/s.
12. Istilah yang digunakan untuk menyatakan waktu yang dibutuhkan sebuah benda untuk menyelesaikan satu siklus penuh adalah…
    • Frekuensi
    • Amplitudo
    • Periode
    • Panjang gelombang
    Jawaban: Periode
    Penjelasan: Waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus lengkap atau satu getaran penuh adalah definisi dari periode.
13. Persamaan gerak yang paling tepat untuk mencari waktu ketika benda mengalami percepatan konstan adalah…
    • v = Δx/Δt
    • v = λf
    • v = V₀ + at
    • v = √(2gh)
    Jawaban: v = V₀ + at
    Penjelasan: Rumus ini menghubungkan kecepatan akhir (v), kecepatan awal (V₀), percepatan (a), dan waktu (t) dalam gerak lurus berubah beraturan (GLBB).
14. Sebuah benda yang awalnya diam bergerak dengan percepatan konstan dan mencapai kecepatan 30 m/s dalam 2 sekon. Berapakah jarak yang ditempuh benda tersebut dalam waktu tersebut?
    • 15 meter
    • 20 meter
    • 30 meter
    • 40 meter
    Jawaban: 30 m/s
    Penjelasan: Jarak = Kecepatan rata-rata × Waktu. Kecepatan rata-rata = (Kecepatan awal + Kecepatan akhir) / 2 = (0 + 30) / 2 = 15 m/s. Jarak = 15 m/s × 2 s = 30 meter.
15. Sebuah roda berputar 1 kali dalam 2 sekon. Berapakah frekuensi putaran roda tersebut?
    • 0,25 Hz
    • 0,5 Hz
    • 1 Hz
    • 2 Hz
    Jawaban: 0,5 Hz
    Penjelasan: Periode (T) adalah waktu untuk satu putaran penuh. T = 2 s. Frekuensi (f) = 1/T = 1/2 Hz = 0,5 Hz.
16. Sebuah kendaraan melaju dengan kecepatan konstan 60 km/jam. Berapa waktu yang dibutuhkan untuk menempuh jarak 60 km?
    • 30 menit
    • 45 menit
    • 1 jam
    • 1,5 jam
    Jawaban: 1 jam
    Penjelasan: Waktu (t) = Jarak (s) / Kecepatan (v). t = 60 km / 60 km/jam = 1 jam.
17. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan rata-rata 30 km/jam. Berapa waktu yang dibutuhkan mobil untuk menempuh jarak 15 km?
    • 15 sekon
    • 30 sekon
    • 45 sekon
    • 60 sekon
    Jawaban: 30 sekon
    Penjelasan: Waktu tempuh untuk pulang pergi adalah 2t. Kecepatan rata-rata = (2s) / (2t) = s/t. Ini adalah kecepatan rata-rata kelajuan. Untuk waktu total: 15 km/jam untuk 15 km berarti 1 jam (15 km / 15 km/jam). 15 km/jam untuk 15 km berarti 1 jam. Total waktu = 1 jam + 1 jam = 2 jam = 120 menit. Tidak ada pilihan yang sesuai, mari hitung ulang dengan asumsi pertanyaan mencari waktu di salah satu arah atau ada kekeliruan dalam pilihan. Jika kecepatan rata-rata 30 km/jam selama 1 jam, maka jaraknya 30 km. Jadi, jarak 15 km ditempuh dalam 15 km / 30 km/jam = 0,5 jam = 30 menit. Demikian pula, kembali dari 15 km dengan kecepatan 30 km/jam juga 30 menit. Jika pertanyaan aslinya adalah waktu tempuh 15 km dengan kecepatan 30 km/jam. Maka jawabannya 30 menit.
18. Jika sebuah benda bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, efek apa yang BUKAN merupakan konsekuensi langsung dari relativitas khusus terhadap waktu atau ruang?
    • Waktu yang terukur di Bumi lebih singkat
    • Waktu yang terukur di Bumi lebih lama
    • Massa benda akan berkurang
    • Ukuran benda akan membesar
    Jawaban: Waktu yang terukur di Bumi lebih singkat
    Penjelasan: Fenomena kontraksi panjang menyebabkan objek yang bergerak mendekati kecepatan cahaya akan terlihat lebih pendek bagi pengamat yang relatif diam. Ini bukan dilatasi waktu.
19. Sebuah benda dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Berapa waktu yang dibutuhkan benda untuk kembali ke posisi semula? (g = 10 m/s²)
    • 2 sekon
    • 3 sekon
    • 4 sekon
    • 5 sekon
    Jawaban: 4 sekon
    Penjelasan: Menggunakan rumus GLBB: h = V₀t – (1/2)gt². Karena benda dilempar ke atas dari ketinggian dan kembali ke ketinggian yang sama, waktu total di udara (jika dilempar dari tanah) adalah 2t_naik = 2(V₀/g). Namun, jika kita ingin mencari waktu untuk mencapai ketinggian tertentu dari titik pelemparan, perlu dihitung dengan h. Jika kembali ke titik semula (y=0), maka t = 2V₀/g. Dengan V₀ = 20 m/s dan g = 10 m/s², maka t = 2 * 20 / 10 = 4 sekon.
20. Rumus yang benar untuk periode osilasi pada sistem massa-pegas adalah…
    • T = 2π√(l/g)
    • T = 1/f
    • T = 2π√(m/k)
    • T = v/λ
    Jawaban: T = 2π√(m/k)
    Penjelasan: Rumus periode pada sistem pegas adalah T = 2π√(m/k), di mana m adalah massa dan k adalah konstanta pegas.

B. Isian Singkat

1. Apa definisi waktu dalam konteks fisika?
   Jawaban: Waktu adalah dimensi keempat dalam fisika yang mengukur durasi peristiwa dan interval antara peristiwa. Satuan SI-nya adalah sekon.
2. Apa perbedaan antara periode dan frekuensi?
   Jawaban: Frekuensi adalah banyaknya getaran atau siklus per satuan waktu, sedangkan periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu getaran atau siklus penuh. Keduanya saling berbanding terbalik (f = 1/T).
3. Konversikan 2,5 menit ke dalam satuan sekon!
   Jawaban: 1 menit = 60 sekon. Jadi, 2,5 menit = 2,5 × 60 = 150 sekon.
4. Bagaimana waktu dihitung dalam Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)?
   Jawaban: Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak benda dengan kecepatan konstan, sehingga percepatannya nol. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak benda dengan percepatan konstan (tidak nol).
5. Jelaskan secara singkat apa yang dimaksud dengan ‘dilatasi waktu’!
   Jawaban: Dilatasi waktu adalah fenomena di mana waktu yang diukur oleh pengamat yang bergerak relatif terhadap suatu peristiwa akan terukur lebih lama dibandingkan dengan waktu yang diukur oleh pengamat yang diam terhadap peristiwa tersebut, terutama pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya.

C. Uraian

1. Sebuah gelombang transversal memiliki panjang gelombang 20 meter dan merambat dengan kecepatan 10 m/s. Hitunglah periode, frekuensi, dan berapa banyak gelombang yang terbentuk dalam waktu 1 menit!
   Pembahasan:
   Misalkan panjang gelombang (λ) adalah 20 m dan cepat rambat gelombang (v) adalah 10 m/s.Periode (T) = λ / v = 20 m / 10 m/s = 2 sekon.Frekuensi (f) = 1 / T = 1 / 2 Hz = 0,5 Hz.Jumlah gelombang dalam 1 menit (60 sekon) = f × waktu = 0,5 Hz × 60 s = 30 gelombang.
2. Sebuah pesawat antariksa bergerak dengan kecepatan 0,8c (0,8 kali kecepatan cahaya) menuju bintang Proxima Centauri yang berjarak 4 tahun cahaya (diukur dari Bumi). Menurut awak pesawat, perjalanan tersebut memakan waktu 1 tahun. Berapakah waktu perjalanan yang diukur oleh pengamat di Bumi?
   Pembahasan:
   Untuk pengamat di Bumi, waktu yang diukur akan lebih lama bagi objek yang bergerak mendekati kecepatan cahaya, fenomena ini disebut dilatasi waktu.Rumus dilatasi waktu adalah Δt = Δt₀ / √(1 – (v²/c²)), di mana Δt adalah waktu yang diukur pengamat di Bumi, Δt₀ adalah waktu proper (waktu yang diukur di kerangka acuan objek yang bergerak), v adalah kecepatan objek, dan c adalah kecepatan cahaya.Dengan v = 0,8c, maka v²/c² = (0,8c)²/c² = 0,64c²/c² = 0,64.Δt = 1 tahun / √(1 – 0,64) = 1 tahun / √0,36 = 1 tahun / 0,6 = 10/6 tahun = 5/3 tahun = 1 tahun 8 bulan.Jadi, bagi pengamat di Bumi, pesawat tersebut akan tiba dalam waktu 1 tahun 8 bulan.
3. Sebuah peluru ditembakkan dengan kecepatan awal 40 m/s dan sudut elevasi 30° dari permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², hitunglah:a. Waktu yang diperlukan untuk mencapai titik tertinggi.b. Ketinggian maksimum yang dicapai.c. Waktu total peluru berada di udara.d. Jarak jangkauan horizontal maksimum.
   Pembahasan:
   a. Waktu yang diperlukan untuk mencapai titik tertinggi:Pada titik tertinggi, kecepatan vertikal (Vy) = 0.Menggunakan rumus Vy = V₀ sin θ – gt.0 = 40 sin 30° – 10t.0 = 40(0,5) – 10t.0 = 20 – 10t.10t = 20.t = 2 sekon.b. Ketinggian maksimum (Ymax):Ymax = (V₀² sin² θ) / (2g) = (40² × (0,5)²) / (2 × 10) = (1600 × 0,25) / 20 = 400 / 20 = 20 meter.c. Waktu total di udara:Waktu total adalah 2 kali waktu untuk mencapai titik tertinggi (karena gerakan simetris).Waktu total = 2 × 2 s = 4 sekon.d. Jarak jangkauan horizontal (Xmax):Xmax = V₀² sin(2θ) / g = (40² × sin(2 × 30°)) / 10 = (1600 × sin 60°) / 10 = (1600 × √3 / 2) / 10 = (800√3) / 10 = 80√3 meter.
4. Jelaskan dua faktor utama yang mempengaruhi periode ayunan bandul sederhana dan bagaimana pengaruh masing-masing faktor tersebut!
   Pembahasan:
   Dua faktor utama yang mempengaruhi periode ayunan bandul sederhana adalah:1. Panjang Tali (l): Periode berbanding lurus dengan akar kuadrat dari panjang tali. Artinya, semakin panjang tali, semakin lama periode ayunan bandul tersebut. Ini dapat dilihat dari rumus T = 2π√(l/g).2. Percepatan Gravitasi (g): Periode berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari percepatan gravitasi. Artinya, semakin besar percepatan gravitasi di suatu tempat, semakin singkat periode ayunan bandul tersebut. Ini juga terlihat dari rumus T = 2π√(l/g).Faktor yang TIDAK mempengaruhi periode ayunan bandul sederhana (untuk sudut simpangan kecil) adalah massa beban dan amplitudo (simpangan sudut, selama masih kecil, kurang dari sekitar 15°).
5. Sebuah benda bermassa 2 kg ditarik dengan gaya konstan 10 N. Jika benda tersebut mula-mula diam, berapa waktu yang diperlukan agar kecepatan benda mencapai 30 m/s?
   Pembahasan:
   Untuk menemukan waktu yang diperlukan agar kecepatan benda menjadi 30 m/s, kita perlu mengetahui percepatan benda terlebih dahulu.Karena massa benda 2 kg dan gaya yang bekerja 10 N, kita dapat menggunakan Hukum Kedua Newton:F = ma10 N = 2 kg × a.a = 10 N / 2 kg = 5 m/s².Selanjutnya, kita gunakan persamaan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) untuk mencari waktu.Asumsi kecepatan awal (V₀) adalah 0 m/s (benda mula-mula diam).Vt = V₀ + at30 m/s = 0 m/s + (5 m/s²) × t30 = 5t.t = 30 / 5 = 6 sekon.Jadi, waktu yang diperlukan agar kecepatan benda menjadi 30 m/s adalah 6 sekon.

D. Menjodohkan