Fisika, sebagai ilmu yang mempelajari alam semesta dari skala terkecil hingga terbesar, seringkali dianggap sebagai mata pelajaran yang menantang. Namun, dengan pemahaman konsep yang kuat dan latihan soal yang terarah, fisika dapat menjadi sangat menarik dan mudah dikuasai. Terutama di kelas 10 semester 2, materi yang diajarkan merupakan fondasi penting untuk pemahaman fisika di jenjang selanjutnya.
Semester 2 kelas 10 umumnya mencakup topik-topik krusial seperti gerak lurus, gerak parabola, usaha dan energi, momentum dan impuls, serta dinamika rotasi. Penguasaan terhadap materi-materi ini tidak hanya penting untuk keberhasilan dalam ujian, tetapi juga untuk membangun intuisi fisik yang baik dalam menganalisis berbagai fenomena alam.
Artikel ini akan menyajikan contoh soal pilihan ganda fisika kelas 10 semester 2 yang mencakup berbagai topik tersebut. Setiap soal akan dilengkapi dengan pembahasan yang rinci, menjelaskan langkah-langkah penyelesaian dan konsep fisika yang mendasarinya. Tujuannya adalah agar siswa tidak hanya sekadar menghafal jawaban, tetapi benar-benar memahami cara menyelesaikan soal dan aplikasi konsep dalam situasi yang berbeda.
Mari kita mulai menjelajahi contoh-contoh soal ini dan membangun kepercayaan diri dalam menghadapi ujian fisika!
Bab 1: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
GLBB adalah konsep dasar yang sangat penting dalam fisika. Kita akan mulai dengan beberapa soal yang menguji pemahaman tentang percepatan, kecepatan, dan perpindahan dalam gerak yang memiliki percepatan konstan.
Soal 1:
Sebuah mobil mulai bergerak dari keadaan diam dengan percepatan konstan sebesar $2 , textm/s^2$. Setelah bergerak selama 5 detik, berapakah kecepatan mobil tersebut?
A. $5 , textm/s$
B. $10 , textm/s$
C. $15 , textm/s$
D. $20 , textm/s$
E. $25 , textm/s$
Pembahasan:
Soal ini berkaitan dengan GLBB. Kita diberikan informasi bahwa mobil mulai bergerak dari keadaan diam, yang berarti kecepatan awal ($v_0$) adalah $0 , textm/s$. Percepatan konstan ($a$) adalah $2 , textm/s^2$, dan waktu tempuh ($t$) adalah 5 detik. Kita diminta untuk mencari kecepatan akhir ($v$).
Rumus GLBB yang relevan adalah:
$v = v_0 + at$
Substitusikan nilai-nilai yang diketahui:
$v = 0 , textm/s + (2 , textm/s^2)(5 , texts)$
$v = 0 , textm/s + 10 , textm/s$
$v = 10 , textm/s$
Jadi, kecepatan mobil setelah bergerak selama 5 detik adalah $10 , textm/s$.
Jawaban yang tepat adalah B.
Soal 2:
Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian 45 meter. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah $10 , textm/s^2$, maka waktu yang dibutuhkan benda untuk mencapai tanah adalah… (abaikan hambatan udara)
A. 1 detik
B. 2 detik
C. 3 detik
D. 4 detik
E. 5 detik
Pembahasan:
Soal ini menguji pemahaman tentang gerak jatuh bebas, yang merupakan salah satu bentuk GLBB dengan percepatan konstan (percepatan gravitasi). Ketinggian awal ($h$) adalah 45 meter. Kecepatan awal ($v_0$) adalah $0 , textm/s$ karena benda jatuh bebas. Percepatan gravitasi ($g$) adalah $10 , textm/s^2$. Kita diminta untuk mencari waktu tempuh ($t$).
Rumus GLBB yang relevan untuk perpindahan vertikal adalah:
$h = v_0t + frac12gt^2$
Karena $v_0 = 0$, rumusnya menjadi:
$h = frac12gt^2$
Kita perlu mencari $t$, jadi kita susun ulang rumusnya:
$t^2 = frac2hg$
$t = sqrtfrac2hg$
Substitusikan nilai-nilai yang diketahui:
$t = sqrtfrac2 times 45 , textm10 , textm/s^2$
$t = sqrtfrac90 , textm10 , textm/s^2$
$t = sqrt9 , texts^2$
$t = 3 , texts$
Jadi, waktu yang dibutuhkan benda untuk mencapai tanah adalah 3 detik.
Jawaban yang tepat adalah C.
Bab 2: Gerak Parabola
Gerak parabola adalah kombinasi dari gerak lurus beraturan (GLB) pada arah horizontal dan GLBB pada arah vertikal. Soal-soal di bagian ini akan menguji kemampuan menganalisis komponen-komponen kecepatan dan lintasan proyektil.
Soal 3:
Sebuah bola ditendang mendatar dari ketinggian 20 meter dengan kecepatan awal $15 , textm/s$. Jika percepatan gravitasi $10 , textm/s^2$, berapakah jarak horizontal yang ditempuh bola sebelum menyentuh tanah?
A. 15 meter
B. 20 meter
C. 25 meter
D. 30 meter
E. 35 meter
Pembahasan:
Pada gerak parabola, gerak horizontal bersifat GLB (kecepatan konstan) dan gerak vertikal bersifat GLBB (dipengaruhi gravitasi).
Untuk gerak vertikal:
Ketinggian awal ($h$) = 20 m.
Kecepatan awal vertikal ($v0y$) = $0 , textm/s$ (karena ditendang mendatar).
Percepatan gravitasi ($g$) = $10 , textm/s^2$.
Kita cari waktu tempuh ($t$) menggunakan rumus GLBB vertikal:
$h = v0yt + frac12gt^2$
$20 , textm = (0 , textm/s)t + frac12(10 , textm/s^2)t^2$
$20 = 5t^2$
$t^2 = frac205 = 4$
$t = sqrt4 = 2 , texts$
Untuk gerak horizontal:
Kecepatan awal horizontal ($v0x$) = $15 , textm/s$.
Karena tidak ada gaya horizontal yang bekerja (mengabaikan hambatan udara), kecepatan horizontal tetap konstan.
Jarak horizontal ($x$) dihitung menggunakan rumus GLB:
$x = v0xt$
$x = (15 , textm/s)(2 , texts)$
$x = 30 , textm$
Jadi, jarak horizontal yang ditempuh bola adalah 30 meter.
Jawaban yang tepat adalah D.
Soal 4:
Sebuah proyektil ditembakkan dengan sudut elevasi $30^circ$ terhadap horizontal dan kecepatan awal $40 , textm/s$. Jika percepatan gravitasi $10 , textm/s^2$, berapakah tinggi maksimum yang dapat dicapai proyektil tersebut?
A. 10 meter
B. 20 meter
C. 30 meter
D. 40 meter
E. 50 meter
Pembahasan:
Dalam gerak parabola dengan sudut elevasi, kita perlu menguraikan kecepatan awal menjadi komponen horizontal ($v0x$) dan vertikal ($v0y$).
$v_0x = v0 cos theta$
$v0y = v_0 sin theta$
Diketahui:
$v_0 = 40 , textm/s$
$theta = 30^circ$
$g = 10 , textm/s^2$
Hitung komponen kecepatan vertikal awal:
$v0y = 40 , textm/s times sin 30^circ$
$v0y = 40 , textm/s times frac12$
$v_0y = 20 , textm/s$
Pada titik tertinggi lintasan, kecepatan vertikal proyektil adalah nol ($vy = 0$). Kita bisa menggunakan rumus GLBB untuk mencari ketinggian maksimum ($hmax$).
Rumus yang digunakan: $vy^2 = v0y^2 – 2gh_max$ (tanda negatif karena gravitasi berlawanan arah dengan gerak ke atas).
Pada titik tertinggi, $vy = 0$:
$0^2 = (20 , textm/s)^2 – 2(10 , textm/s^2)hmax$
$0 = 400 , textm^2/texts^2 – 20 , textm/s^2 hmax$
$20 , textm/s^2 hmax = 400 , textm^2/texts^2$
$hmax = frac400 , textm^2/texts^220 , textm/s^2$
$hmax = 20 , textm$
Jadi, tinggi maksimum yang dapat dicapai proyektil adalah 20 meter.
Jawaban yang tepat adalah B.
Bab 3: Usaha dan Energi
Konsep usaha dan energi adalah salah satu pilar fisika mekanika. Kita akan membahas soal-soal yang melibatkan energi kinetik, energi potensial, dan hukum kekekalan energi mekanik.
Soal 5:
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan $5 , textm/s$. Berapakah energi kinetik benda tersebut?
A. 10 Joule
B. 12.5 Joule
C. 20 Joule
D. 25 Joule
E. 50 Joule
Pembahasan:
Energi kinetik ($E_k$) adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak. Rumusnya adalah:
$E_k = frac12mv^2$
Diketahui:
Massa ($m$) = 2 kg
Kecepatan ($v$) = $5 , textm/s$
Substitusikan nilai-nilai yang diketahui:
$E_k = frac12(2 , textkg)(5 , textm/s)^2$
$E_k = frac12(2 , textkg)(25 , textm^2/texts^2)$
$E_k = 1 , textkg times 25 , textm^2/texts^2$
$E_k = 25 , textJoule$
Jadi, energi kinetik benda tersebut adalah 25 Joule.
Jawaban yang tepat adalah D.
Soal 6:
Sebuah kelapa jatuh dari pohon yang memiliki ketinggian 10 meter. Jika massa kelapa adalah 1 kg dan percepatan gravitasi $10 , textm/s^2$, berapakah energi potensial kelapa saat berada di puncak pohon?
A. 10 Joule
B. 50 Joule
C. 100 Joule
D. 200 Joule
E. 1000 Joule
Pembahasan:
Energi potensial gravitasi ($E_p$) adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya terhadap suatu acuan. Rumusnya adalah:
$E_p = mgh$
Diketahui:
Massa ($m$) = 1 kg
Percepatan gravitasi ($g$) = $10 , textm/s^2$
Ketinggian ($h$) = 10 meter
Substitusikan nilai-nilai yang diketahui:
$E_p = (1 , textkg)(10 , textm/s^2)(10 , textm)$
$E_p = 100 , textkg cdot textm^2/texts^2$
$E_p = 100 , textJoule$
Jadi, energi potensial kelapa saat berada di puncak pohon adalah 100 Joule.
Jawaban yang tepat adalah C.
Soal 7:
Sebuah bola bermassa 0.5 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal $20 , textm/s$. Jika percepatan gravitasi $10 , textm/s^2$, berapakah energi mekanik bola pada ketinggian maksimum? (abaikan hambatan udara)
A. 50 Joule
B. 100 Joule
C. 150 Joule
D. 200 Joule
E. 250 Joule
Pembahasan:
Dalam sistem yang hanya dipengaruhi oleh gaya konservatif (seperti gravitasi) dan tidak ada gaya luar, energi mekanik selalu kekal. Energi mekanik ($E_m$) adalah jumlah energi kinetik ($E_k$) dan energi potensial ($E_p$): $E_m = E_k + E_p$.
Karena energi mekanik kekal, energi mekanik pada ketinggian maksimum akan sama dengan energi mekanik saat bola dilempar dari awal.
Hitung energi mekanik saat dilempar (di titik awal):
Kecepatan awal ($v_0$) = $20 , textm/s$.
Ketinggian awal ($h_0$) = 0 (dianggap).
Massa ($m$) = 0.5 kg.
Gravitasi ($g$) = $10 , textm/s^2$.
Energi kinetik awal ($Ek0$):
$Ek0 = frac12mv_0^2 = frac12(0.5 , textkg)(20 , textm/s)^2 = frac12(0.5)(400) , textJoule = 100 , textJoule$.
Energi potensial awal ($Ep0$):
$Ep0 = mgh_0 = (0.5 , textkg)(10 , textm/s^2)(0 , textm) = 0 , textJoule$.
Energi mekanik awal ($Em0$):
$Em0 = Ek0 + Ep0 = 100 , textJoule + 0 , textJoule = 100 , textJoule$.
Karena energi mekanik kekal, energi mekanik pada ketinggian maksimum ($Em,max$) sama dengan energi mekanik awal.
$Em,max = E_m0 = 100 , textJoule$.
Atau, kita bisa membuktikan dengan menghitung $E_k$ dan $E_p$ di titik tertinggi. Di titik tertinggi, kecepatan vertikal ($vy$) adalah 0, sehingga energi kinetik adalah 0. Ketinggian maksimum ($hmax$) dapat dihitung:
$vy^2 = v0y^2 – 2ghmax$
$0^2 = (20 , textm/s)^2 – 2(10 , textm/s^2)hmax$
$0 = 400 – 20hmax$
$20hmax = 400$
$h_max = 20 , textm$
Energi potensial di titik tertinggi ($Ep,max$):
$Ep,max = mgh_max = (0.5 , textkg)(10 , textm/s^2)(20 , textm) = 100 , textJoule$.
Energi kinetik di titik tertinggi ($Ek,max$) = 0 (karena kecepatan vertikal nol).
Energi mekanik di titik tertinggi ($Em,max$):
$Em,max = Ek,max + E_p,max = 0 , textJoule + 100 , textJoule = 100 , textJoule$.
Jawaban yang tepat adalah B.
Bab 4: Momentum dan Impuls
Momentum adalah ukuran kelembaman gerak suatu benda, sedangkan impuls adalah perubahan momentum. Soal-soal ini akan menguji pemahaman tentang hubungan antara gaya, waktu, dan perubahan momentum.
Soal 8:
Sebuah bola biliar bermassa 0.2 kg bergerak dengan kecepatan $5 , textm/s$ menabrak dinding dan memantul kembali dengan kecepatan $4 , textm/s$ searah dengan arah semula. Perubahan momentum bola tersebut adalah…
A. -1.8 kg m/s
B. 1.8 kg m/s
C. -0.2 kg m/s
D. 0.2 kg m/s
E. 0 kg m/s
Pembahasan:
Momentum ($p$) didefinisikan sebagai hasil kali massa ($m$) dan kecepatan ($v$): $p = mv$.
Perubahan momentum ($Delta p$) adalah selisih momentum akhir ($p_f$) dan momentum awal ($p_i$): $Delta p = p_f – p_i$.
Kita tetapkan arah semula (saat bola bergerak menuju dinding) sebagai arah positif.
Massa bola ($m$) = 0.2 kg.
Kecepatan awal ($v_i$) = $+5 , textm/s$.
Kecepatan akhir ($v_f$) = $-4 , textm/s$ (memantul kembali, sehingga arahnya berlawanan).
Momentum awal ($p_i$):
$p_i = mv_i = (0.2 , textkg)(5 , textm/s) = 1.0 , textkg m/s$.
Momentum akhir ($p_f$):
$p_f = mv_f = (0.2 , textkg)(-4 , textm/s) = -0.8 , textkg m/s$.
Perubahan momentum ($Delta p$):
$Delta p = p_f – p_i = (-0.8 , textkg m/s) – (1.0 , textkg m/s)$
$Delta p = -1.8 , textkg m/s$.
Tanda negatif menunjukkan bahwa perubahan momentum terjadi berlawanan arah dengan arah semula.
Jawaban yang tepat adalah A.
Soal 9:
Sebuah gaya konstan sebesar 10 N bekerja pada sebuah benda selama 2 detik. Berapakah impuls yang dialami benda tersebut?
A. 5 Ns
B. 10 Ns
C. 15 Ns
D. 20 Ns
E. 25 Ns
Pembahasan:
Impuls ($I$) adalah hasil kali gaya konstan ($F$) dengan selang waktu ($Delta t$) selama gaya itu bekerja: $I = F Delta t$.
Impuls juga sama dengan perubahan momentum benda.
Diketahui:
Gaya konstan ($F$) = 10 N
Selang waktu ($Delta t$) = 2 s
Hitung impuls:
$I = F Delta t = (10 , textN)(2 , texts)$
$I = 20 , textNs$
Jadi, impuls yang dialami benda tersebut adalah 20 Ns.
Jawaban yang tepat adalah D.
Bab 5: Dinamika Rotasi
Dinamika rotasi mempelajari tentang benda yang berputar pada porosnya. Konsep-konsep seperti torsi, momen inersia, dan momentum sudut menjadi kunci dalam bab ini.
Soal 10:
Sebuah silinder pejal bermassa 4 kg dan berjari-jari 0.2 m diputar dengan poros melalui pusatnya. Berapakah momen inersia silinder pejal tersebut?
A. 0.04 kg m$^2$
B. 0.08 kg m$^2$
C. 0.16 kg m$^2$
D. 0.32 kg m$^2$
E. 0.64 kg m$^2$
Pembahasan:
Momen inersia ($I$) adalah ukuran kelembaman benda terhadap perubahan kecepatan sudutnya. Rumus momen inersia bervariasi tergantung pada bentuk benda dan sumbu rotasinya.
Untuk silinder pejal yang berputar pada sumbu pusatnya, rumus momen inersianya adalah:
$I = frac12mR^2$
Diketahui:
Massa ($m$) = 4 kg
Jari-jari ($R$) = 0.2 m
Substitusikan nilai-nilai yang diketahui:
$I = frac12(4 , textkg)(0.2 , textm)^2$
$I = frac12(4 , textkg)(0.04 , textm^2)$
$I = 2 , textkg times 0.04 , textm^2$
$I = 0.08 , textkg m^2$
Jadi, momen inersia silinder pejal tersebut adalah 0.08 kg m$^2$.
Jawaban yang tepat adalah B.
Penutup
Mempelajari fisika memerlukan ketekunan dan latihan yang konsisten. Contoh-contoh soal pilihan ganda di atas mencakup topik-topik penting dalam fisika kelas 10 semester 2. Dengan memahami konsep di balik setiap soal dan cara menyelesaikannya, siswa diharapkan dapat membangun fondasi fisika yang kokoh.
Ingatlah bahwa latihan adalah kunci. Jangan ragu untuk mencari soal-soal tambahan, mendiskusikan soal yang sulit dengan teman atau guru, dan mencoba menerapkan konsep fisika dalam kehidupan sehari-hari. Dengan pendekatan yang tepat, fisika akan menjadi mata pelajaran yang lebih menyenangkan dan mudah dipahami. Selamat belajar!
Tinggalkan Balasan