Fisika kelas 11 semester 2 menghadirkan serangkaian konsep yang mendalam dan penting, mulai dari termodinamika, gelombang, hingga optik. Memahami konsep-konsep ini membutuhkan lebih dari sekadar menghafal rumus; dibutuhkan kemampuan untuk menerapkan konsep tersebut dalam menyelesaikan berbagai permasalahan. Artikel ini akan membahas contoh soal fisika kelas 11 semester 2 secara mendalam, lengkap dengan pembahasan langkah demi langkah, tips dan trik, serta penguatan konsep yang relevan. Dengan memahami contoh-contoh ini, diharapkan siswa dapat lebih siap menghadapi ujian dan mengaplikasikan pengetahuan fisika dalam kehidupan sehari-hari.
Bagian 1: Termodinamika
Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari tentang energi dan perubahannya, terutama yang berkaitan dengan panas dan kerja. Hukum-hukum termodinamika menjadi landasan untuk memahami berbagai fenomena alam dan teknologi.
Contoh Soal 1: Proses Isobarik
Sejumlah gas ideal dengan volume awal 2 liter dipanaskan secara isobarik pada tekanan 2 atm hingga volumenya menjadi 4 liter. Hitunglah:
a. Usaha yang dilakukan oleh gas.
b. Perubahan energi dalam gas jika kalor yang diberikan pada gas adalah 500 J.
Pembahasan:
a. Konsep: Proses isobarik adalah proses termodinamika yang terjadi pada tekanan konstan. Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses isobarik dirumuskan sebagai:
W = P * ΔV
Dimana:
* W = Usaha (Joule)
* P = Tekanan (Pascal)
* ΔV = Perubahan Volume (m³)
**Langkah-langkah:**
1. Ubah satuan volume dari liter ke meter kubik:
* V₁ = 2 liter = 2 x 10⁻³ m³
* V₂ = 4 liter = 4 x 10⁻³ m³
2. Ubah satuan tekanan dari atm ke Pascal:
* P = 2 atm = 2 x 101325 Pa = 202650 Pa
3. Hitung perubahan volume:
* ΔV = V₂ - V₁ = 4 x 10⁻³ m³ - 2 x 10⁻³ m³ = 2 x 10⁻³ m³
4. Hitung usaha:
* W = P * ΔV = 202650 Pa * 2 x 10⁻³ m³ = 405.3 J
**Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas adalah 405.3 J.**b. Konsep: Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa perubahan energi dalam suatu sistem sama dengan kalor yang ditambahkan ke sistem dikurangi usaha yang dilakukan oleh sistem:
ΔU = Q - W
Dimana:
* ΔU = Perubahan Energi Dalam (Joule)
* Q = Kalor (Joule)
* W = Usaha (Joule)
**Langkah-langkah:**
1. Gunakan hukum pertama termodinamika:
* ΔU = Q - W = 500 J - 405.3 J = 94.7 J
**Jadi, perubahan energi dalam gas adalah 94.7 J.**Contoh Soal 2: Mesin Carnot
Sebuah mesin Carnot bekerja antara reservoir panas bersuhu 600 K dan reservoir dingin bersuhu 300 K. Jika mesin tersebut menyerap kalor 1200 J dari reservoir panas, hitunglah:
a. Efisiensi mesin Carnot.
b. Kalor yang dibuang ke reservoir dingin.
Pembahasan:
a. Konsep: Efisiensi mesin Carnot adalah efisiensi maksimum yang mungkin dicapai oleh sebuah mesin kalor yang bekerja antara dua reservoir dengan suhu yang berbeda. Efisiensi mesin Carnot dirumuskan sebagai:
η = 1 - (Tᴄ / Tʜ)
Dimana:
* η = Efisiensi
* Tᴄ = Suhu reservoir dingin (Kelvin)
* Tʜ = Suhu reservoir panas (Kelvin)
**Langkah-langkah:**
1. Hitung efisiensi mesin Carnot:
* η = 1 - (300 K / 600 K) = 1 - 0.5 = 0.5
**Jadi, efisiensi mesin Carnot adalah 0.5 atau 50%.**b. Konsep: Efisiensi mesin juga dapat dirumuskan sebagai perbandingan antara usaha yang dilakukan (W) dengan kalor yang diserap (Qʜ):
η = W / Qʜ
Dan usaha yang dilakukan sama dengan selisih antara kalor yang diserap dan kalor yang dibuang:
W = Qʜ - Qᴄ
Dimana:
* Qᴄ = Kalor yang dibuang ke reservoir dingin (Joule)
**Langkah-langkah:**
1. Hitung usaha yang dilakukan:
* W = η * Qʜ = 0.5 * 1200 J = 600 J
2. Hitung kalor yang dibuang:
* Qᴄ = Qʜ - W = 1200 J - 600 J = 600 J
**Jadi, kalor yang dibuang ke reservoir dingin adalah 600 J.**Bagian 2: Gelombang
Gelombang adalah gangguan yang merambat melalui medium atau ruang hampa dan membawa energi. Memahami sifat-sifat gelombang sangat penting dalam berbagai aplikasi, mulai dari komunikasi hingga teknologi medis.
Contoh Soal 3: Gelombang Transversal
Sebuah gelombang transversal merambat sepanjang tali dengan persamaan:
y = 0.2 sin (2πt – 0.5πx)
Dimana y dan x dalam meter, dan t dalam detik. Tentukan:
a. Amplitudo gelombang.
b. Panjang gelombang.
c. Frekuensi gelombang.
d. Cepat rambat gelombang.
Pembahasan:
Konsep: Persamaan umum gelombang transversal adalah:
y = A sin (ωt – kx)
Dimana:
- A = Amplitudo
- ω = Kecepatan sudut = 2πf
- k = Bilangan gelombang = 2π/λ
- f = Frekuensi
- λ = Panjang gelombang
Langkah-langkah:
a. Amplitudo: Dengan membandingkan persamaan gelombang dengan persamaan umum, kita dapat langsung melihat bahwa:
* A = 0.2 m
**Jadi, amplitudo gelombang adalah 0.2 m.**b. Panjang gelombang: Dengan membandingkan persamaan gelombang dengan persamaan umum, kita dapatkan:
* k = 0.5π = 2π/λ
* λ = 2π / 0.5π = 4 m
**Jadi, panjang gelombang adalah 4 m.**c. Frekuensi: Dengan membandingkan persamaan gelombang dengan persamaan umum, kita dapatkan:
* ω = 2π = 2πf
* f = 2π / 2π = 1 Hz
**Jadi, frekuensi gelombang adalah 1 Hz.**d. Cepat rambat gelombang: Cepat rambat gelombang (v) dapat dihitung menggunakan rumus:
* v = fλ = 1 Hz * 4 m = 4 m/s
**Jadi, cepat rambat gelombang adalah 4 m/s.**Contoh Soal 4: Efek Doppler
Sebuah mobil ambulans bergerak dengan kecepatan 20 m/s sambil membunyikan sirine dengan frekuensi 500 Hz. Seorang pengamat berdiri diam di pinggir jalan. Jika kecepatan suara di udara adalah 340 m/s, tentukan frekuensi sirine yang didengar oleh pengamat:
a. Ketika ambulans mendekat.
b. Ketika ambulans menjauh.
Pembahasan:
Konsep: Efek Doppler adalah perubahan frekuensi gelombang yang diterima oleh pengamat akibat pergerakan relatif antara sumber gelombang dan pengamat. Rumus efek Doppler adalah:
f’ = f (v ± v₀) / (v ± vₛ)
Dimana:
- f’ = Frekuensi yang didengar pengamat
- f = Frekuensi sumber
- v = Kecepatan suara di udara
- v₀ = Kecepatan pengamat (positif jika mendekat, negatif jika menjauh)
- vₛ = Kecepatan sumber (negatif jika mendekat, positif jika menjauh)
Langkah-langkah:
a. Ambulans mendekat:
* v₀ = 0 (pengamat diam)
* vₛ = -20 m/s (negatif karena ambulans mendekat)
* f' = 500 Hz (340 m/s + 0) / (340 m/s - 20 m/s)
* f' = 500 Hz (340 m/s) / (320 m/s)
* f' = 531.25 Hz
**Jadi, frekuensi sirine yang didengar oleh pengamat ketika ambulans mendekat adalah 531.25 Hz.**b. Ambulans menjauh:
* v₀ = 0 (pengamat diam)
* vₛ = 20 m/s (positif karena ambulans menjauh)
* f' = 500 Hz (340 m/s + 0) / (340 m/s + 20 m/s)
* f' = 500 Hz (340 m/s) / (360 m/s)
* f' = 472.22 Hz
**Jadi, frekuensi sirine yang didengar oleh pengamat ketika ambulans menjauh adalah 472.22 Hz.**Bagian 3: Optik
Optik adalah cabang fisika yang mempelajari tentang cahaya dan sifat-sifatnya, termasuk pembentukan bayangan oleh lensa dan cermin.
Contoh Soal 5: Lensa Cembung
Sebuah benda diletakkan 15 cm di depan lensa cembung dengan fokus 10 cm. Tentukan:
a. Jarak bayangan.
b. Perbesaran bayangan.
c. Sifat bayangan.
Pembahasan:
Konsep: Persamaan lensa adalah:
1/f = 1/s + 1/s’
Dimana:
- f = Jarak fokus
- s = Jarak benda
- s’ = Jarak bayangan
Perbesaran bayangan (M) dirumuskan sebagai:
M = -s’ / s
Langkah-langkah:
a. Jarak bayangan:
* 1/10 cm = 1/15 cm + 1/s'
* 1/s' = 1/10 cm - 1/15 cm = (3 - 2) / 30 cm = 1/30 cm
* s' = 30 cm
**Jadi, jarak bayangan adalah 30 cm.**b. Perbesaran bayangan:
* M = -30 cm / 15 cm = -2
**Jadi, perbesaran bayangan adalah -2.**c. Sifat bayangan:
* Karena s' positif, bayangan bersifat nyata.
* Karena M negatif, bayangan bersifat terbalik.
* Karena |M| > 1, bayangan diperbesar.
**Jadi, sifat bayangan adalah nyata, terbalik, dan diperbesar.**Contoh Soal 6: Interferensi Celah Ganda
Pada percobaan celah ganda Young, jarak antar celah adalah 0.2 mm dan jarak layar ke celah adalah 1 meter. Jika jarak antara dua garis terang yang berdekatan pada layar adalah 3 mm, tentukan panjang gelombang cahaya yang digunakan.
Pembahasan:
Konsep: Jarak antara dua garis terang yang berdekatan (Δy) pada percobaan celah ganda Young dirumuskan sebagai:
Δy = λL / d
Dimana:
- λ = Panjang gelombang cahaya
- L = Jarak layar ke celah
- d = Jarak antar celah
Langkah-langkah:
-
Ubah satuan jarak antar celah ke meter:
- d = 0.2 mm = 0.2 x 10⁻³ m
-
Gunakan rumus interferensi celah ganda:
- 3 x 10⁻³ m = λ (1 m) / (0.2 x 10⁻³ m)
- λ = (3 x 10⁻³ m) * (0.2 x 10⁻³ m) / (1 m)
- λ = 0.6 x 10⁻⁶ m = 600 x 10⁻⁹ m = 600 nm
Jadi, panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah 600 nm.
Kesimpulan
Dengan memahami contoh-contoh soal dan pembahasannya di atas, siswa diharapkan dapat lebih memahami konsep-konsep fisika kelas 11 semester 2. Penting untuk selalu berlatih menyelesaikan soal-soal yang bervariasi dan memahami konsep dasar yang mendasari setiap permasalahan. Jangan ragu untuk bertanya kepada guru atau teman jika mengalami kesulitan. Dengan ketekunan dan pemahaman yang mendalam, siswa dapat menguasai fisika dan mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari. Selamat belajar!
Tinggalkan Balasan