Fisika, sebagai ilmu yang mempelajari alam semesta dari skala terkecil hingga terbesar, memegang peranan penting dalam membentuk pemahaman kita tentang dunia. Bagi siswa SMK, penguasaan fisika tidak hanya penting untuk kelulusan, tetapi juga sebagai bekal fundamental untuk karir di berbagai bidang teknologi dan industri. Semester 2 kelas XI SMK biasanya berfokus pada topik-topik lanjutan yang krusial, seperti listrik dinamis, gelombang, optik, dan terkadang pengantar fisika modern.
Artikel ini hadir untuk membantu Anda menguasai materi fisika kelas XI SMK semester 2 melalui pembahasan mendalam terhadap berbagai contoh soal. Kita akan menjelajahi konsep-konsep kunci dan bagaimana menerapkannya dalam penyelesaian masalah sehari-hari maupun soal-soal ujian.
I. Listrik Dinamis: Arus, Tegangan, Hambatan, dan Rangkaian
Listrik dinamis adalah topik fundamental yang mempelajari tentang muatan listrik yang bergerak atau arus listrik. Pemahaman yang kuat dalam topik ini akan membuka jalan untuk memahami berbagai teknologi elektronik yang kita gunakan sehari-hari.
Konsep Kunci:
- Arus Listrik (I): Laju aliran muatan listrik per satuan waktu. Satuan SI-nya adalah Ampere (A).
- Tegangan Listrik (V) atau Beda Potensial: Energi potensial listrik per satuan muatan. Satuan SI-nya adalah Volt (V).
- Hambatan Listrik (R): Kemampuan suatu bahan untuk menahan aliran arus listrik. Satuan SI-nya adalah Ohm ($Omega$).
- Hukum Ohm: Menyatakan hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan dalam suatu rangkaian: $V = I cdot R$.
- Hukum Kirchhoff:
- Hukum I Kirchhoff (Hukum Arus): Jumlah arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut ($Sigma Imasuk = Sigma Ikeluar$).
- Hukum II Kirchhoff (Hukum Tegangan): Jumlah perubahan potensial (tegangan) di sekitar loop tertutup dalam suatu rangkaian adalah nol ($Sigma V = 0$).
- Rangkaian Seri dan Paralel: Cara komponen dihubungkan dalam suatu rangkaian yang mempengaruhi nilai hambatan total, arus, dan tegangan.
- Seri: $R_total = R_1 + R_2 + …$
- Paralel: $frac1R_total = frac1R_1 + frac1R_2 + …$
Contoh Soal 1 (Hukum Ohm dan Rangkaian Seri):
Sebuah lampu dihubungkan dengan sumber tegangan 6 Volt. Jika hambatan lampu tersebut adalah 2 Ohm, berapakah kuat arus yang mengalir pada lampu?
Pembahasan:
Soal ini menguji pemahaman tentang Hukum Ohm. Kita diberikan nilai tegangan ($V$) dan hambatan ($R$), dan diminta untuk mencari kuat arus ($I$).
Diketahui:
- Tegangan ($V$) = 6 Volt
- Hambatan ($R$) = 2 Ohm
Ditanya: Kuat Arus ($I$)
Menggunakan Hukum Ohm:
$V = I cdot R$
Untuk mencari $I$, kita ubah rumusnya menjadi:
$I = fracVR$
Substitusikan nilai yang diketahui:
$I = frac6 text Volt2 text Ohm$
$I = 3 text Ampere$
Jadi, kuat arus yang mengalir pada lampu adalah 3 Ampere.
Contoh Soal 2 (Rangkaian Paralel dan Hukum Kirchhoff):
Perhatikan rangkaian listrik berikut:
(Bayangkan sebuah rangkaian dengan sumber tegangan 12 Volt. Terdapat tiga hambatan R1 = 3 Ohm, R2 = 6 Ohm, dan R3 = 4 Ohm yang dihubungkan secara paralel dengan sumber tegangan tersebut.)
Berapakah kuat arus total yang keluar dari sumber tegangan?
Pembahasan:
Soal ini melibatkan rangkaian paralel dan konsep arus total. Untuk rangkaian paralel, kita perlu mencari hambatan total terlebih dahulu, kemudian menggunakan Hukum Ohm untuk mencari arus total.
Diketahui:
- Tegangan ($V$) = 12 Volt
- Hambatan ($R_1$) = 3 Ohm
- Hambatan ($R_2$) = 6 Ohm
- Hambatan ($R_3$) = 4 Ohm
Ditanya: Kuat Arus Total ($I_total$)
Langkah 1: Hitung hambatan total rangkaian paralel.
$frac1R_total = frac1R_1 + frac1R_2 + frac1R3$
$frac1Rtotal = frac13 + frac16 + frac14$
Untuk menjumlahkan pecahan, cari Kelipatan Persekutuan Terkecil (KPK) dari penyebut (3, 6, 4), yaitu 12.
$frac1Rtotal = frac412 + frac212 + frac312$
$frac1Rtotal = frac4 + 2 + 312$
$frac1R_total = frac912$
Maka, $R_total = frac129 text Ohm = frac43 text Ohm$.
Langkah 2: Gunakan Hukum Ohm untuk mencari kuat arus total.
$Itotal = fracVRtotal$
$Itotal = frac12 text Voltfrac43 text Ohm$
$Itotal = 12 cdot frac34 text Ampere$
$Itotal = frac364 text Ampere$
$Itotal = 9 text Ampere$
Jadi, kuat arus total yang keluar dari sumber tegangan adalah 9 Ampere.
II. Gelombang: Sifat, Jenis, dan Fenomena Gelombang
Gelombang adalah gangguan yang merambat dan membawa energi. Memahami gelombang sangat penting untuk memahami berbagai fenomena alam, mulai dari suara yang kita dengar hingga cahaya yang kita lihat.
Konsep Kunci:
- Gelombang Mekanik: Membutuhkan medium untuk merambat (contoh: gelombang bunyi, gelombang air).
- Gelombang Elektromagnetik: Tidak membutuhkan medium untuk merambat (contoh: cahaya, gelombang radio).
- Gelombang Transversal: Arah getaran tegak lurus terhadap arah rambat gelombang (contoh: gelombang pada tali, cahaya).
- Gelombang Longitudinal: Arah getaran sejajar dengan arah rambat gelombang (contoh: gelombang bunyi).
- Besaran-besaran Gelombang:
- Amplitudo (A): Simpangan maksimum dari titik setimbang.
- Periode (T): Waktu yang dibutuhkan untuk satu gelombang penuh.
- Frekuensi (f): Jumlah gelombang yang melewati suatu titik per satuan waktu ($f = frac1T$).
- Panjang Gelombang ($lambda$): Jarak antara dua puncak atau dua lembah yang berurutan.
- Cepat Rambat Gelombang (v): Jarak yang ditempuh gelombang per satuan waktu ($v = lambda cdot f$).
Contoh Soal 3 (Menghitung Cepat Rambat Gelombang):
Sebuah gelombang transversal memiliki panjang gelombang 2 meter dan periode 0.5 detik. Hitunglah cepat rambat gelombang tersebut!
Pembahasan:
Soal ini menguji pemahaman tentang hubungan antara panjang gelombang, periode, dan cepat rambat gelombang.
Diketahui:
- Panjang Gelombang ($lambda$) = 2 meter
- Periode (T) = 0.5 detik
Ditanya: Cepat Rambat Gelombang ($v$)
Langkah 1: Hitung frekuensi gelombang.
$f = frac1T$
$f = frac10.5 text detik$
$f = 2 text Hz$
Langkah 2: Gunakan rumus cepat rambat gelombang.
$v = lambda cdot f$
$v = 2 text meter cdot 2 text Hz$
$v = 4 text meter/detik$
Jadi, cepat rambat gelombang tersebut adalah 4 meter/detik.
Contoh Soal 4 (Fenomena Gelombang: Difraksi):
Ketika gelombang cahaya melewati celah sempit, gelombang tersebut menyebar. Fenomena ini disebut…
Pembahasan:
Soal ini berkaitan dengan salah satu sifat gelombang, yaitu difraksi.
- Difraksi: Fenomena pembelokan atau penyebaran gelombang ketika melewati celah sempit atau ujung penghalang. Cahaya yang melewati celah sempit akan menyebar ke area yang seharusnya tidak terkena cahaya.
Jawaban: Difraksi.
III. Optik: Cermin, Lensa, dan Alat Optik
Optik mempelajari tentang cahaya dan interaksinya dengan materi. Pemahaman tentang optik sangat penting untuk memahami cara kerja berbagai alat optik yang kita gunakan, mulai dari kacamata hingga teleskop.
Konsep Kunci:
- Pemantulan Cahaya: Terjadi ketika cahaya mengenai permukaan benda dan memantul kembali. Hukum Pemantulan: sudut datang sama dengan sudut pantul.
- Pembiasan Cahaya: Terjadi ketika cahaya melewati dua medium yang berbeda kerapatannya, sehingga arah rambat cahaya berubah. Hukum Snellius: $fracsin theta_1sin theta_2 = fracn_2n_1 = fracv_1v_2$.
- Cermin:
- Cermin Datar: Bayangan tegak, sama besar, dan sama jaraknya dengan benda.
- Cermin Cekung (Konkaf): Dapat membentuk bayangan nyata terbalik (jika benda di depan F) atau maya tegak diperbesar (jika benda di antara F dan O). Rumus cermin: $frac1f = frac1s + frac1s’$.
- Cermin Cembung (Konveks): Selalu membentuk bayangan maya tegak diperkecil.
- Lensa:
- Lensa Cembung (Konveks): Dapat membentuk bayangan nyata terbalik atau maya tegak. Rumus lensa: $frac1f = frac1s + frac1s’$.
- Lensa Cekung (Konkaf): Selalu membentuk bayangan maya tegak diperkecil.
- Alat Optik: Kacamata, lup, mikroskop, teropong.
Contoh Soal 5 (Lensa Cembung):
Sebuah benda diletakkan 10 cm di depan lensa cembung yang memiliki jarak fokus 5 cm. Tentukan sifat, letak, dan perbesaran bayangan yang terbentuk!
Pembahasan:
Soal ini melibatkan penggunaan rumus lensa cembung. Kita perlu menghitung jarak bayangan, kemudian menentukan sifat dan perbesaran bayangan.
Diketahui:
- Jarak benda ($s$) = 10 cm
- Jarak fokus lensa cembung ($f$) = 5 cm (positif untuk lensa cembung)
Ditanya:
- Jarak bayangan ($s’$)
- Sifat bayangan
- Perbesaran bayangan ($M$)
Langkah 1: Hitung jarak bayangan menggunakan rumus lensa.
$frac1f = frac1s + frac1s’$
Susun ulang rumus untuk mencari $frac1s’$:
$frac1s’ = frac1f – frac1s$
$frac1s’ = frac15 text cm – frac110 text cm$
Cari KPK dari penyebut (5 dan 10), yaitu 10.
$frac1s’ = frac210 text cm – frac110 text cm$
$frac1s’ = frac2 – 110 text cm$
$frac1s’ = frac110 text cm$
Maka, $s’ = 10 text cm$.
Langkah 2: Tentukan sifat bayangan.
Karena $s’$ positif, bayangan yang terbentuk adalah nyata.
Karena $s’$ bernilai sama dengan $s$ (10 cm = 10 cm), bayangan akan memiliki ukuran yang sama dengan benda.
Secara umum, bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung adalah terbalik.
Langkah 3: Hitung perbesaran bayangan.
$M = left| fracs’s right|$
$M = left| frac10 text cm10 text cm right|$
$M = 1$
Artinya, bayangan memiliki ukuran yang sama dengan benda.
Kesimpulan: Sifat bayangan adalah nyata, terbalik, dan sama besar dengan benda. Bayangan terletak 10 cm di belakang lensa. Perbesaran bayangan adalah 1 kali.
Contoh Soal 6 (Alat Optik: Kacamata):
Seorang penderita rabun jauh (miopi) memiliki titik jauh tak terhingga. Alat bantu yang digunakan adalah lensa…
Pembahasan:
Soal ini menguji pemahaman tentang koreksi cacat mata menggunakan alat optik.
- Rabun Jauh (Miopi): Penderita kesulitan melihat benda yang jauh dengan jelas. Titik jauhnya lebih dekat dari tak terhingga. Koreksi untuk miopi adalah menggunakan lensa cekung (konkaf). Lensa cekung akan membiaskan cahaya lebih awal sehingga bayangan terbentuk tepat di retina.
- Rabun Dekat (Hipermetropi): Penderita kesulitan melihat benda yang dekat dengan jelas. Titik dekatnya lebih jauh dari normal. Koreksi untuk hipermetropi adalah menggunakan lensa cembung (konveks).
Jawaban: Lensa cekung (konkaf).
IV. Pengantar Fisika Modern (Opsional, tergantung kurikulum)
Beberapa kurikulum SMK mungkin menyentuh pengantar fisika modern yang mencakup konsep seperti efek fotolistrik atau fisika atom.
Contoh Soal 7 (Efek Fotolistrik):
Ketika cahaya dengan frekuensi $f$ menumbuk permukaan logam, elektron dapat terlepas. Fenomena ini dikenal sebagai efek fotolistrik. Agar elektron dapat terlepas, frekuensi cahaya harus lebih besar dari atau sama dengan frekuensi ambang logam.
Pembahasan:
Soal ini lebih bersifat konseptual. Efek fotolistrik adalah fenomena penting yang menunjukkan sifat partikel cahaya (foton).
- Efek Fotolistrik: Emisi elektron dari permukaan logam ketika dikenai radiasi elektromagnetik (cahaya) dengan frekuensi yang cukup tinggi.
- Energi Foton: $E = h cdot f$, di mana $h$ adalah konstanta Planck.
- Fungsi Kerja ($phi$): Energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. $phi = h cdot f_0$, di mana $f_0$ adalah frekuensi ambang.
- Kondisi terjadinya efek fotolistrik: $E ge phi$ atau $h cdot f ge h cdot f_0$, yang berarti $f ge f_0$.
Soal di atas hanya menjelaskan konsepnya, tidak memerlukan perhitungan spesifik tanpa data tambahan.
Penutup
Menguasai fisika kelas XI SMK semester 2 memerlukan pemahaman konsep yang kuat dan kemampuan untuk menerapkannya dalam penyelesaian soal. Latihan soal yang konsisten, seperti yang telah kita bahas, akan membantu Anda membangun kepercayaan diri dan kesiapan menghadapi ujian.
Ingatlah untuk selalu:
- Pahami Konsep Dasar: Pastikan Anda benar-benar mengerti teori di balik setiap topik.
- Identifikasi yang Diketahui dan Ditanya: Buat daftar informasi yang diberikan dalam soal dan apa yang perlu Anda cari.
- Pilih Rumus yang Tepat: Sesuaikan rumus dengan konsep dan informasi yang tersedia.
- Perhatikan Satuan: Pastikan satuan konsisten dan diubah jika perlu.
- Latihan, Latihan, Latihan: Semakin banyak Anda berlatih, semakin mahir Anda dalam menyelesaikan berbagai jenis soal.
Semoga artikel ini menjadi sumber belajar yang berharga bagi Anda dalam menguasai fisika kelas XI SMK semester 2. Selamat belajar!
Tinggalkan Balasan