Book Appointment Now
Menguasai Fisika Semester 2 Kelas XI: Contoh Soal dan Pembahasan Mendalam
Fisika, sebuah ilmu yang mempelajari fenomena alam dan interaksi antar materi serta energi, seringkali menjadi mata pelajaran yang menantang namun sangat memuaskan bagi para siswa kelas XI. Semester kedua biasanya menyajikan topik-topik yang lebih mendalam dan aplikatif, yang memerlukan pemahaman konsep yang kuat serta kemampuan memecahkan masalah. Artikel ini hadir untuk membantu Anda menguasai materi fisika semester 2 kelas XI dengan menyajikan contoh-contoh soal pilihan beserta pembahasan yang rinci, diharapkan dapat menjadi bekal berharga dalam menghadapi ujian dan memperdalam pemahaman Anda.
Semester 2 fisika kelas XI umumnya mencakup beberapa bab penting, antara lain: Termodinamika, Gelombang, Bunyi, Cahaya, dan Optik Geometri, serta Listrik Dinamis. Masing-masing bab ini memiliki konsep-konsep kunci yang perlu dikuasai. Mari kita selami beberapa contoh soal dari setiap bab tersebut.
Bab 1: Termodinamika
Termodinamika mempelajari hubungan antara panas, kerja, dan energi dalam sistem fisik. Konsep-konsep utamanya meliputi hukum kekekalan energi, proses-proses termodinamika (isotermal, isobarik, isokhorik, adiabatik), dan efisiensi mesin kalor.
Contoh Soal 1.1:
Sebuah gas ideal mengalami proses isobarik. Jika volume gas berubah dari $V_1 = 2 , m^3$ menjadi $V_2 = 4 , m^3$ pada tekanan konstan $P = 10^5 , Pa$, berapakah usaha yang dilakukan oleh gas tersebut?
Pembahasan 1.1:
Dalam proses isobarik (tekanan konstan), usaha yang dilakukan oleh gas dinyatakan dengan rumus:
$W = P times Delta V$
dimana:
$W$ = usaha (Joule)
$P$ = tekanan (Pascal)
$Delta V$ = perubahan volume ($V_2 – V_1$) (meter kubik)
Diketahui:
$P = 10^5 , Pa$
$V_1 = 2 , m^3$
$V_2 = 4 , m^3$
Maka, perubahan volume adalah:
$Delta V = V_2 – V_1 = 4 , m^3 – 2 , m^3 = 2 , m^3$
Selanjutnya, kita hitung usahanya:
$W = 10^5 , Pa times 2 , m^3 = 2 times 10^5 , J$
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas tersebut adalah $2 times 10^5 , J$.
Contoh Soal 1.2:
Sebuah mesin kalor bekerja pada siklus Carnot dengan reservoir panas bersuhu $T_H = 600 , K$ dan reservoir dingin bersuhu $T_C = 300 , K$. Jika mesin menyerap kalor sebesar $Q_H = 1200 , J$ dari reservoir panas, berapakah kalor yang dibuang ke reservoir dingin ($Q_C$) dan efisiensi mesin ($eta$)?
Pembahasan 1.2:
Efisiensi mesin Carnot dihitung dengan rumus:
$eta = 1 – fracT_CT_H$
atau
$eta = fracWQ_H$
Hubungan antara kalor dan suhu dalam siklus Carnot adalah:
$fracQ_CQ_H = fracT_CT_H$
Diketahui:
$T_H = 600 , K$
$T_C = 300 , K$
$Q_H = 1200 , J$
Pertama, kita hitung efisiensinya:
$eta = 1 – frac300 , K600 , K = 1 – 0.5 = 0.5$
Dalam persentase, efisiensinya adalah $50%$.
Selanjutnya, kita hitung kalor yang dibuang ke reservoir dingin ($Q_C$):
$fracQ_CQ_H = fracT_CT_H$
$Q_C = Q_H times fracT_CT_H$
$Q_C = 1200 , J times frac300 , K600 , K$
$Q_C = 1200 , J times 0.5 = 600 , J$
Jadi, kalor yang dibuang ke reservoir dingin adalah $600 , J$ dan efisiensi mesin adalah $50%$.
Bab 2: Gelombang
Gelombang adalah getaran yang merambat melalui suatu medium atau ruang. Bab ini biasanya mencakup jenis-jenis gelombang (mekanik dan elektromagnetik), sifat-sifat gelombang (amplitudo, frekuensi, panjang gelombang, cepat rambat), superposisi gelombang, dan interferensi.
Contoh Soal 2.1:
Sebuah gelombang transversal merambat sepanjang tali dengan persamaan $y(x,t) = 0.02 sin(2pi t – 0.5pi x)$, di mana $y$ dalam meter dan $t$ dalam sekon, serta $x$ dalam meter. Tentukan amplitudo, panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat gelombang tersebut.
Pembahasan 2.1:
Persamaan umum gelombang transversal adalah:
$y(x,t) = A sin(omega t – kx)$
dimana:
$A$ = amplitudo
$omega$ = frekuensi sudut ($2pi f$)
$k$ = bilangan gelombang ($frac2pilambda$)
Dari persamaan yang diberikan: $y(x,t) = 0.02 sin(2pi t – 0.5pi x)$
-
Amplitudo (A):
Amplitudo adalah koefisien di depan fungsi sinus.
$A = 0.02 , m$ -
Frekuensi Sudut ($omega$):
Koefisien yang mengalikan $t$ adalah frekuensi sudut.
$omega = 2pi , rad/s$
Kita tahu bahwa $omega = 2pi f$, maka:
$2pi f = 2pi$
$f = 1 , Hz$ -
Bilangan Gelombang (k):
Koefisien yang mengalikan $x$ adalah bilangan gelombang.
$k = 0.5pi , rad/m$
Kita tahu bahwa $k = frac2pilambda$, maka:
$frac2pilambda = 0.5pi$
$lambda = frac2pi0.5pi = 4 , m$ -
Cepat Rambat Gelombang (v):
Cepat rambat gelombang dapat dihitung dengan dua cara:
a. Menggunakan hubungan $v = lambda f$
$v = (4 , m) times (1 , Hz) = 4 , m/s$
b. Menggunakan hubungan $v = fracomegak$
$v = frac2pi , rad/s0.5pi , rad/m = 4 , m/s$
Jadi, amplitudo gelombang adalah $0.02 , m$, panjang gelombangnya adalah $4 , m$, frekuensinya adalah $1 , Hz$, dan cepat rambatnya adalah $4 , m/s$.
Bab 3: Bunyi
Bunyi adalah gelombang mekanik longitudinal yang merambat melalui medium. Bab ini membahas sifat-sifat bunyi seperti intensitas, taraf intensitas, efek Doppler, dan resonansi.
Contoh Soal 3.1:
Sebuah sumber bunyi memiliki daya $P = 0.01 , W$. Tentukan intensitas bunyi pada jarak $r = 5 , m$ dari sumbernya. (Asumsikan bunyi merambat ke segala arah).
Pembahasan 3.1:
Intensitas bunyi ($I$) adalah daya per satuan luas. Untuk sumber bunyi yang merambat ke segala arah, luas permukaan yang ditembus bunyi pada jarak $r$ adalah luas bola dengan jari-jari $r$, yaitu $A = 4pi r^2$.
Rumus intensitas bunyi adalah:
$I = fracPA = fracP4pi r^2$
Diketahui:
$P = 0.01 , W$
$r = 5 , m$
Maka, intensitas bunyinya adalah:
$I = frac0.01 , W4pi (5 , m)^2$
$I = frac0.01 , W4pi (25 , m^2)$
$I = frac0.01 , W100pi , m^2$
$I = frac110000pi , W/m^2 approx 3.18 times 10^-5 , W/m^2$
Jadi, intensitas bunyi pada jarak $5 , m$ dari sumber adalah $frac110000pi , W/m^2$ atau sekitar $3.18 times 10^-5 , W/m^2$.
Contoh Soal 3.2:
Seorang pendengar bergerak mendekati sumber bunyi yang diam dengan kecepatan $v_p = 20 , m/s$. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah $v = 340 , m/s$ dan frekuensi sumber bunyi adalah $f_s = 680 , Hz$, berapakah frekuensi yang didengar oleh pendengar ($f_p$)?
Pembahasan 3.2:
Fenomena ini dijelaskan oleh efek Doppler. Ketika pendengar bergerak mendekati sumber bunyi yang diam, frekuensi yang didengar lebih tinggi dari frekuensi sumber. Rumus efek Doppler untuk pendengar yang bergerak dan sumber yang diam adalah:
$f_p = f_s left( fracv + v_pv right)$
Diketahui:
$v_p = 20 , m/s$ (positif karena pendengar mendekati sumber)
$v = 340 , m/s$
$f_s = 680 , Hz$
Maka, frekuensi yang didengar pendengar adalah:
$f_p = 680 , Hz left( frac340 , m/s + 20 , m/s340 , m/s right)$
$f_p = 680 , Hz left( frac360 , m/s340 , m/s right)$
$f_p = 680 , Hz times frac3634$
$f_p = 680 , Hz times frac1817$
$f_p = 40 , Hz times 18$
$f_p = 720 , Hz$
Jadi, frekuensi yang didengar oleh pendengar adalah $720 , Hz$.
Bab 4: Cahaya dan Optik Geometri
Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat melalui ruang hampa. Bab ini membahas sifat-sifat cahaya seperti pemantulan, pembiasan, dispersi, serta pembentukan bayangan pada cermin dan lensa.
Contoh Soal 4.1:
Sebuah benda setinggi $4 , cm$ diletakkan $20 , cm$ di depan cermin cekung yang memiliki jari-jari kelengkungan $30 , cm$. Tentukan jarak bayangan, tinggi bayangan, dan sifat bayangan yang terbentuk.
Pembahasan 4.1:
Untuk cermin dan lensa, kita gunakan rumus lensa/cermin:
$frac1f = frac1s + frac1s’$
dan perbesaran ($M$):
$M = frach’h = -fracs’s$
Dimana:
$f$ = jarak fokus
$s$ = jarak benda
$s’$ = jarak bayangan
$h$ = tinggi benda
$h’$ = tinggi bayangan
Untuk cermin cekung, jari-jari kelengkungan ($R$) berbanding lurus dengan jarak fokus ($f$), yaitu $R = 2f$.
Diketahui:
Tinggi benda ($h$) = $4 , cm$
Jarak benda ($s$) = $20 , cm$
Jari-jari kelengkungan ($R$) = $30 , cm$
Maka, jarak fokus ($f$) adalah:
$f = fracR2 = frac30 , cm2 = 15 , cm$
Sekarang kita cari jarak bayangan ($s’$):
$frac1f = frac1s + frac1s’$
$frac115 = frac120 + frac1s’$
$frac1s’ = frac115 – frac120$
$frac1s’ = frac460 – frac360 = frac160$
$s’ = 60 , cm$
Jarak bayangan adalah $60 , cm$. Karena $s’$ positif, bayangan bersifat nyata.
Selanjutnya, kita cari tinggi bayangan ($h’$):
$M = -fracs’s = -frac60 , cm20 , cm = -3$
$M = frach’h$
$-3 = frach’4 , cm$
$h’ = -3 times 4 , cm = -12 , cm$
Tinggi bayangan adalah $12 , cm$. Tanda negatif menunjukkan bayangan terbalik.
Sifat bayangan:
- Nyata: karena $s’$ positif.
- Terbalik: karena tanda $h’$ negatif.
- Diperbesar: karena $|M| = |-3| = 3 > 1$.
Jadi, bayangan yang terbentuk bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar $3$ kali, terletak $60 , cm$ di depan cermin.
Bab 5: Listrik Dinamis
Listrik dinamis mempelajari aliran muatan listrik. Bab ini mencakup hukum Ohm, rangkaian seri dan paralel, daya listrik, serta energi listrik.
Contoh Soal 5.1:
Sebuah resistor dengan hambatan $R_1 = 6 , Omega$ dan resistor lain dengan hambatan $R_2 = 3 , Omega$ dihubungkan secara paralel. Jika beda potensial total pada rangkaian adalah $V = 12 , V$, hitunglah:
a. Hambatan total rangkaian.
b. Arus total yang mengalir dalam rangkaian.
c. Arus yang mengalir melalui masing-masing resistor.
Pembahasan 5.1:
a. Hambatan total rangkaian paralel:
Rumus hambatan total untuk dua resistor yang dirangkai paralel adalah:
$frac1R_total = frac1R_1 + frac1R_2$
Diketahui:
$R_1 = 6 , Omega$
$R_2 = 3 , Omega$
$frac1Rtotal = frac16 , Omega + frac13 , Omega$
$frac1Rtotal = frac16 + frac26 = frac36 = frac12 , Omega$
$R_total = 2 , Omega$
b. Arus total yang mengalir dalam rangkaian:
Menggunakan hukum Ohm: $V = Itotal times Rtotal$
Diketahui:
$V = 12 , V$
$R_total = 2 , Omega$
$Itotal = fracVRtotal = frac12 , V2 , Omega = 6 , A$
c. Arus yang mengalir melalui masing-masing resistor:
Pada rangkaian paralel, beda potensial pada setiap komponen sama dengan beda potensial total.
Arus melalui $R_1$ ($I_1$):
$V = I_1 times R_1$
$12 , V = I_1 times 6 , Omega$
$I_1 = frac12 , V6 , Omega = 2 , A$
Arus melalui $R_2$ ($I_2$):
$V = I_2 times R_2$
$12 , V = I_2 times 3 , Omega$
$I_2 = frac12 , V3 , Omega = 4 , A$
Untuk memeriksa, jumlah arus yang melalui masing-masing resistor harus sama dengan arus total: $I_1 + I2 = 2 , A + 4 , A = 6 , A$, yang sesuai dengan $Itotal$.
Jadi, hambatan total rangkaian adalah $2 , Omega$, arus total yang mengalir adalah $6 , A$, arus melalui $R_1$ adalah $2 , A$, dan arus melalui $R_2$ adalah $4 , A$.
Penutup
Menguasai materi fisika memerlukan latihan yang konsisten dan pemahaman konsep yang mendalam. Contoh soal dan pembahasan yang disajikan di atas mencakup beberapa topik kunci di semester 2 kelas XI. Ingatlah untuk selalu memahami konsep di balik setiap rumus dan mencoba menyelesaikan soal-soal variasi lainnya. Jangan ragu untuk bertanya kepada guru atau teman jika Anda menemui kesulitan. Dengan dedikasi dan strategi belajar yang tepat, fisika akan menjadi lebih mudah dipahami dan menyenangkan. Selamat belajar!
Artikel ini memiliki perkiraan jumlah kata sekitar 1.200 kata. Anda bisa menambahkan lebih banyak contoh soal per bab, atau memperdalam penjelasan konsep di setiap bab jika diperlukan untuk mencapai jumlah kata yang lebih spesifik.