Fisika Kelas 11 Semester 2 merupakan gerbang penting dalam memahami konsep-konsep fundamental yang akan membekali siswa untuk jenjang pendidikan yang lebih tinggi, bahkan dalam kehidupan sehari-hari. Materi yang disajikan pada semester ini cenderung lebih mendalam dan aplikatif, mencakup topik-topik krusial seperti gerak harmonik sederhana, gelombang, optik, dan fluida. Seringkali, siswa merasa tertantang untuk menguasai materi ini, terutama dalam hal penyelesaian soal-soal yang membutuhkan pemahaman konseptual yang kuat dan kemampuan analisis yang baik.
Artikel ini hadir untuk menjadi sahabat belajar Anda. Kami akan mengupas tuntas beberapa contoh soal Fisika Kelas 11 Semester 2 yang seringkali menjadi momok bagi siswa, lengkap dengan pembahasan langkah demi langkah yang mudah dipahami. Tujuannya adalah agar Anda tidak hanya sekadar menghafal rumus, tetapi benar-benar memahami esensi di balik setiap konsep fisika.
1. Gerak Harmonik Sederhana (GHS)
Gerak Harmonik Sederhana (GHS) adalah salah satu topik inti di semester ini. GHS adalah gerak bolak-balik secara teratur melalui suatu titik kesetimbangan, di mana gaya pemulihnya berbanding lurus dengan simpangannya dan selalu mengarah ke titik kesetimbangan.
Contoh Soal 1:
Sebuah pegas dengan konstanta pegas $k = 200 , textN/m$ digantung vertikal. Sebuah benda bermassa $m = 0.5 , textkg$ digantungkan pada ujung bawah pegas. Jika benda ditarik sedikit ke bawah dari posisi setimbangnya lalu dilepaskan, tentukan:
a. Frekuensi getaran benda!
b. Periode getaran benda!
c. Simpangan maksimum (amplitudo) jika energi mekanik totalnya adalah $E = 10 , textJ$!
Pembahasan:
Konsep kunci dalam GHS adalah keterkaitan antara konstanta pegas ($k$), massa ($m$), periode ($T$), dan frekuensi ($f$).
-
a. Frekuensi getaran benda ($f$):
Frekuensi getaran benda yang digantung pada pegas dihitung menggunakan rumus:
$f = frac12pi sqrtfrackm$Masukkan nilai yang diketahui:
$f = frac12pi sqrtfrac200 , textN/m0.5 , textkg$
$f = frac12pi sqrt400 , texts^-2$
$f = frac12pi times 20 , texts^-1$
$f = frac10pi , textHz$Jika menggunakan nilai $pi approx 3.14$, maka $f approx frac103.14 approx 3.18 , textHz$.
-
b. Periode getaran benda ($T$):
Periode adalah kebalikan dari frekuensi, atau dapat dihitung langsung dengan rumus:
$T = 2pi sqrtfracmk$Masukkan nilai yang diketahui:
$T = 2pi sqrtfrac0.5 , textkg200 , textN/m$
$T = 2pi sqrtfrac1400 , texts^2$
$T = 2pi times frac120 , texts$
$T = fracpi10 , texts$Jika menggunakan nilai $pi approx 3.14$, maka $T approx frac3.1410 approx 0.314 , texts$.
-
c. Simpangan maksimum (amplitudo) jika energi mekanik totalnya adalah $E = 10 , textJ$:
Energi mekanik total pada GHS yang melibatkan pegas dinyatakan sebagai:
$E = frac12 k A^2$
dimana $A$ adalah amplitudo (simpangan maksimum).Kita ingin mencari $A$. Susun ulang rumus:
$A^2 = frac2Ek$
$A = sqrtfrac2Ek$Masukkan nilai yang diketahui:
$A = sqrtfrac2 times 10 , textJ200 , textN/m$
$A = sqrtfrac20200 , textm^2$
$A = sqrtfrac110 , textm^2$
$A = frac1sqrt10 , textm$ atau $A = fracsqrt1010 , textm$Jika menggunakan nilai $sqrt10 approx 3.16$, maka $A approx frac3.1610 approx 0.316 , textm$.
Poin Penting:
Memahami hubungan antara massa, konstanta pegas, frekuensi, periode, dan energi adalah kunci untuk soal GHS. Perhatikan satuan yang digunakan agar konsisten.
2. Gelombang
Gelombang adalah gangguan yang merambat dan membawa energi. Kita akan fokus pada gelombang mekanik yang membutuhkan medium untuk merambat, seperti gelombang transversal dan gelombang longitudinal.
Contoh Soal 2:
Sebuah tali yang panjangnya $5 , textm$ digetarkan sehingga menghasilkan gelombang transversal. Jarak antara dua puncak gelombang yang berurutan adalah $0.5 , textm$. Jika salah satu ujung tali digetarkan sebanyak $10$ kali dalam $4 , textdetik$, tentukan:
a. Panjang gelombang ($lambda$)!
b. Frekuensi gelombang ($f$)!
c. Cepat rambat gelombang ($v$)!
Pembahasan:
Soal ini menguji pemahaman tentang parameter dasar gelombang: panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat.
-
a. Panjang gelombang ($lambda$):
Panjang gelombang didefinisikan sebagai jarak antara dua titik yang berurutan dalam fase yang sama, misalnya jarak antara dua puncak atau dua lembah. Dalam soal ini, jarak antara dua puncak gelombang yang berurutan adalah panjang gelombang.
$lambda = 0.5 , textm$ -
b. Frekuensi gelombang ($f$):
Frekuensi adalah jumlah getaran yang terjadi dalam satu satuan waktu. Diberikan bahwa ujung tali digetarkan sebanyak $10$ kali dalam $4 , textdetik$.
$f = fractextJumlah getarantextWaktu$
$f = frac104 , texts$
$f = 2.5 , textHz$ -
c. Cepat rambat gelombang ($v$):
Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh gelombang per satuan waktu. Hubungan antara cepat rambat, panjang gelombang, dan frekuensi adalah:
$v = lambda times f$Masukkan nilai yang telah kita peroleh:
$v = 0.5 , textm times 2.5 , textHz$
$v = 1.25 , textm/s$
Poin Penting:
Pastikan Anda memahami definisi dari panjang gelombang, periode, frekuensi, dan cepat rambat. Rumus $v = lambda f$ adalah fundamental untuk menyelesaikan berbagai soal gelombang.
Contoh Soal 3:
Gelombang bunyi merambat dari sumbernya dengan cepat rambat $340 , textm/s$. Jika frekuensi gelombang bunyi tersebut adalah $850 , textHz$, tentukan:
a. Periode gelombang bunyi!
b. Panjang gelombang bunyi!
Pembahasan:
Soal ini berkaitan dengan gelombang bunyi, yang merupakan gelombang longitudinal.
-
a. Periode gelombang bunyi ($T$):
Periode adalah kebalikan dari frekuensi:
$T = frac1f$Masukkan nilai frekuensi yang diketahui:
$T = frac1850 , textHz$
$T = frac1850 , texts$Jika dihitung, $T approx 0.001176 , texts$ atau $1.176 , textms$.
-
b. Panjang gelombang bunyi ($lambda$):
Menggunakan rumus cepat rambat gelombang:
$v = lambda times f$Susun ulang untuk mencari $lambda$:
$lambda = fracvf$Masukkan nilai cepat rambat dan frekuensi:
$lambda = frac340 , textm/s850 , textHz$
$lambda = frac340850 , textm$
$lambda = 0.4 , textm$
Poin Penting:
Gelombang bunyi memiliki sifat yang sama dengan gelombang mekanik lainnya dalam hal hubungan antara cepat rambat, frekuensi, dan panjang gelombang. Perbedaan utamanya adalah jenis gelombangnya (longitudinal).
3. Optik Geometri
Optik geometri mempelajari tentang cahaya dalam perspektif garis lurus (sinar) dan bagaimana cahaya berinteraksi dengan berbagai permukaan, seperti pemantulan dan pembiasan.
Contoh Soal 4:
Sebuah benda diletakkan pada jarak $10 , textcm$ di depan cermin cekung yang memiliki jarak fokus $f = -20 , textcm$. Tentukan:
a. Jarak bayangan ($s’$)!
b. Perbesaran bayangan ($M$)!
c. Sifat bayangan (nyata/maya, tegak/terbalik, diperbesar/diperkecil)!
Pembahasan:
Soal ini menggunakan rumus pemantulan pada cermin cekung. Perlu diingat konvensi tanda:
- Jarak benda ($s$): positif jika di depan cermin.
- Jarak fokus ($f$): negatif untuk cermin cekung.
- Jarak bayangan ($s’$): positif jika di depan cermin (nyata), negatif jika di belakang cermin (maya).
- Perbesaran ($M$): positif jika tegak, negatif jika terbalik.
Rumus yang digunakan adalah rumus cermin:
$frac1f = frac1s + frac1s’$
Dan rumus perbesaran:
$M = -fracs’s$
-
a. Jarak bayangan ($s’$):
Diketahui: $s = 10 , textcm$, $f = -20 , textcm$ (karena cermin cekung).Masukkan ke dalam rumus cermin:
$frac1-20 = frac110 + frac1s’$
$frac1s’ = frac1-20 – frac110$
$frac1s’ = frac1-20 – frac220$
$frac1s’ = -frac320$
$s’ = -frac203 , textcm$Karena $s’$ bernilai negatif, bayangan bersifat maya.
-
b. Perbesaran bayangan ($M$):
$M = -fracs’s$
$M = -frac-frac203 , textcm10 , textcm$
$M = frac20/310$
$M = frac2030$
$M = frac23$Karena $M$ bernilai positif, bayangan bersifat tegak. Karena $|M| < 1$, bayangan diperkecil.
-
c. Sifat bayangan:
Dari perhitungan di atas:- Jarak bayangan negatif ($s’ = -20/3 , textcm$) menunjukkan bayangan bersifat maya.
- Perbesaran positif ($M = 2/3$) menunjukkan bayangan bersifat tegak.
- Nilai perbesaran kurang dari 1 ($|M| = 2/3 < 1$) menunjukkan bayangan diperkecil.
Jadi, sifat bayangan adalah maya, tegak, dan diperkecil.
Poin Penting:
Memahami konvensi tanda untuk jarak benda, jarak fokus, jarak bayangan, dan perbesaran adalah krusial dalam optik geometri. Selalu perhatikan jenis cermin atau lensa yang digunakan.
Contoh Soal 5:
Sebuah lensa cembung memiliki jarak fokus $f = 15 , textcm$. Sebuah benda diletakkan pada jarak $10 , textcm$ di depan lensa. Tentukan:
a. Jarak bayangan ($s’$)!
b. Perbesaran bayangan ($M$)!
c. Sifat bayangan!
Pembahasan:
Untuk lensa cembung, jarak fokus ($f$) bernilai positif.
Rumus yang digunakan adalah rumus lensa:
$frac1f = frac1s + frac1s’$
Dan rumus perbesaran:
$M = -fracs’s$
-
a. Jarak bayangan ($s’$):
Diketahui: $s = 10 , textcm$, $f = 15 , textcm$ (lensa cembung).Masukkan ke dalam rumus lensa:
$frac115 = frac110 + frac1s’$
$frac1s’ = frac115 – frac110$
$frac1s’ = frac230 – frac330$
$frac1s’ = -frac130$
$s’ = -30 , textcm$Karena $s’$ bernilai negatif, bayangan bersifat maya dan berada di sisi yang sama dengan benda.
-
b. Perbesaran bayangan ($M$):
$M = -fracs’s$
$M = -frac-30 , textcm10 , textcm$
$M = frac3010$
$M = 3$Karena $M$ bernilai positif, bayangan bersifat tegak. Karena $|M| > 1$, bayangan diperbesar.
-
c. Sifat bayangan:
- Jarak bayangan negatif ($s’ = -30 , textcm$) menunjukkan bayangan bersifat maya.
- Perbesaran positif ($M = 3$) menunjukkan bayangan bersifat tegak.
- Nilai perbesaran lebih dari 1 ($|M| = 3 > 1$) menunjukkan bayangan diperbesar.
Jadi, sifat bayangan adalah maya, tegak, dan diperbesar.
Poin Penting:
Konvensi tanda untuk lensa sedikit berbeda dari cermin, terutama jarak fokusnya yang positif untuk lensa cembung. Jarak bayangan negatif pada lensa berarti bayangan berada di sisi yang sama dengan benda.
4. Fluida Statis
Fluida statis mempelajari sifat-sifat zat cair atau gas yang berada dalam keadaan diam. Konsep utama meliputi tekanan, gaya apung, dan tegangan permukaan.
Contoh Soal 6:
Sebuah balok kayu berbentuk kubus dengan panjang rusuk $10 , textcm$ dicelupkan ke dalam air. Massa jenis air adalah $rhotextair = 1000 , textkg/m^3$. Jika massa balok kayu adalah $0.6 , textkg$, tentukan:
a. Gaya berat balok kayu ($W$)!
b. Volume balok kayu ($Vtextbalok$)!
c. Gaya apung yang dialami balok kayu saat terapung!
d. Sebagian volume balok yang tercelup dalam air!
Pembahasan:
Soal ini melibatkan prinsip Archimedes, yaitu gaya apung yang dialami benda yang tercelup dalam fluida.
-
a. Gaya berat balok kayu ($W$):
Gaya berat dihitung dengan rumus $W = m times g$, dengan $g$ adalah percepatan gravitasi (kita ambil $g approx 10 , textm/s^2$).
$W = 0.6 , textkg times 10 , textm/s^2$
$W = 6 , textN$ -
b. Volume balok kayu ($V_textbalok$):
Balok berbentuk kubus dengan panjang rusuk $10 , textcm$. Ubah satuan ke meter terlebih dahulu: $10 , textcm = 0.1 , textm$.
$Vtextbalok = (textsisi)^3 = (0.1 , textm)^3$
$Vtextbalok = 0.001 , textm^3$ -
c. Gaya apung yang dialami balok kayu saat terapung:
Ketika sebuah benda terapung, gaya apung ($F_A$) yang dialaminya sama dengan gaya berat benda ($W$).
$F_A = W$
$F_A = 6 , textN$ -
d. Sebagian volume balok yang tercelup dalam air:
Gaya apung juga dihitung dengan rumus $FA = rhotextfluida times g times Vtextcelup$, di mana $Vtextcelup$ adalah volume benda yang tercelup dalam fluida.
Kita tahu $FA = 6 , textN$, $rhotextair = 1000 , textkg/m^3$, dan $g = 10 , textm/s^2$.
$6 , textN = 1000 , textkg/m^3 times 10 , textm/s^2 times Vtextcelup$
$6 , textN = 10000 , textkg/m^2texts^-2 times Vtextcelup$
$Vtextcelup = frac610000 , textm^3$
$Vtextcelup = 0.0006 , textm^3$Untuk perbandingan, volume total balok adalah $0.001 , textm^3$. Jadi, $0.0006 , textm^3$ dari balok tercelup dalam air.
Poin Penting:
Prinsip Archimedes adalah kunci dalam soal fluida statis yang melibatkan gaya apung. Ingat bahwa saat terapung, gaya apung sama dengan gaya berat. Saat tenggelam, gaya apung lebih kecil dari gaya berat. Saat melayang, gaya apung sama dengan gaya berat dan seluruh benda tercelup.
Penutup
Menguasai Fisika Kelas 11 Semester 2 membutuhkan latihan soal yang konsisten dan pemahaman mendalam terhadap konsep-konsep yang diajarkan. Contoh-contoh soal yang telah kita bahas mencakup berbagai topik penting dan memberikan gambaran bagaimana menerapkan rumus-rumus fisika dalam penyelesaian masalah.
Ingatlah bahwa setiap soal memiliki cerita dan konteksnya sendiri. Jangan pernah ragu untuk mengidentifikasi informasi yang diberikan, apa yang ditanyakan, dan konsep fisika mana yang relevan. Visualisasikan masalah, buat diagram jika perlu, dan yang terpenting, jangan menyerah dalam mencoba memahami setiap langkah penyelesaian.
Teruslah berlatih, diskusikan dengan teman atau guru, dan jangan takut untuk bertanya. Fisika adalah bahasa alam semesta, dan pemahamannya akan membuka banyak pintu pengetahuan bagi Anda. Selamat belajar!