Latihan Soal Materi Fisika kelas XI semester 1 dan semester 2 (KTSP 2006)

Siswa sedang mengerjakan latihan soal di papan tulis

Fisika adalah salah satu ilmu yang dekat dengan alam dan bersifat empiris. Sehingga banyak sekali konsep konsep serta persamaan dan rumus untuk menjelaskan suatu fenomena, Hal ini membuat siswa kesulitan dalam pelajaran Fisika. Salah satu hal untuk menghindari kesulitan tersebut adalah siswa perlu memahami konsep serta rumus dan artinya. Dan yang tak kalah penting adalah siswa berlatih mengerjakan soal soal dari berbagai sumber untuk mengaplikasikan konsep Fisika dan siswa semakin terampil menganalisa penyelesaian dari soal.

Berikut ini adalah kumpulan soal uraian dari materi Fisika kelas XI semester 1 dan kelas XI semester 2, yang terdiri dari konsep Kinematika, Gravitasi Universal Newton, Elastisitas, Gerak Harmonis Sederhana, Usaha dan Energi, Impuls dan Momentum, Rotasi dan Keseimbangan Benda Tegar, Fluida, Teori kinetik gas dan Termodinamika. Walaupun belum semua materi terwakili dari latihan soal ini, tetapi latihan soal ini cukup mewakili untuk konsep konsep dari materi tersebut. Selamat berlatih dan good luck.

Kinematika

1. Sebuah partikel bergerak menuju posisi (- 10) i + 4 j meter  dari posisi awal (- 9) i + 5 j meter.

a. Tentukan besar, vektor dan arah perpindahan partikel tersebut!

b. Gambarkan perpindahan yang terjadi!

2. Sebuah partikel bergerak dengan persamaan r = 3t³ + 5t i + 8t² j, dalam satuan internasional. Tentukan : 

a. kecepatan rata-rata pada selang t = 0 sekon sampai t = 2 sekon

b. Kecepatan sesaat dan percepatan sesaat pada t = 4 sekon

3. Sebuah batu gerinda berputar dengan kecepatan sudut ω = t² + 7t³ rad/s. Tentukan percepatan sudut batu gerinda pada t = 5 detik.

4. Tentukan kecepatan awal partikel yang mempunyai persamaan percepatan a = (2t + 5) i + 3 j m/s²  pada saat  t = 2 sekon mempunyai kecepatan 6 i + 11 j m/s.

5. Partikel dengan persamaan kecepatan v = (2t³ + 4t²  - 2) i + (8 – 2t³ + 7t) j, v satuan m/s  dan t satuan sekon bergerak pada bidang XY

a. Berapakah percepatan rata-rata pada selang waktu t = 1 sekon sampai dengan t = 3 sekon

b. Berapakah kecepatan rata-rata pada selang waktu t = 0 sekon sampai dengan t = 2 s jika posisi awal partikel (0,0) meter?

6. Sebuah peluru ditembakkan dengan sudut elevasi sebesar 37^o. Jika kecepatan awal peluru sebesar 10 m/s dan g = 10 m/s², maka tentukan :

a. Koordinat titik puncak

b. Jarak mendatar terjauh

c. waktu yang diperlukan peluru mencapai titik puncak

d. kecepatan saat di titik puncak

7. Benda dilemparkan mendatar dari puncak gedung dengan kecepatan 40 m/s. Jika benda mencapai tanah dalam waktu 2 sekon, maka tentukan tinggi gedung dan jarak mendatar saat ditanah.

8. Seekor kucing berada di depan meja sejauh 4 meter dan melihat ikan goreng di atas meja. Diketahui tinggi meja 1 meter.  Jika sudut elevasi yang akan dilakukan kucing 37^o  tentukan kecepatan awal dan waktu kucing agar dapat tiba di atas meja!

Gravitasi Universal Newton

1. Dua benda berjarak R masing-masing mempunyai massa m, mengalami gaya gravitasi F. Jika jarak kedua benda diperkecil menjadi ¼ R  maka tentukan perbandingan gaya gravitasi awal dan akhir.

2. Pada titik sudut segitiga sama sisi dengan panjang sisi 2 meter diletakkan benda yang masing-pada masing mempunyai massa 4 kg, hitunglah resultan gaya gravitasi salah satu titik sudut.

3. Dua benda bermassa 16 kg dan 9 kg terletak pada satu garis lurus pada jarak 10 cm. Tentukan letak sebuah benda bermassa 1 kg agar tidak mengalami gaya gravitasi.

4. Sebuah benda mengalami kuat medan gravitasi bumi sebesar 10 m/s² ketika berada dipermukaan bumi. Jika benda bergerak menjauhi bumi sehingga mencapai jarak 3R diukur dari pusat bumi, maka hitunglah kuat medan yang dialami benda saat ini.

Elastisitas dan Gerak Harmonis Sederhana

1. Sebuah pegas tergantung bebas tanpa beban panjangnya 40 cm. Bila diberikan massa 2 kg pegas akan bertambah panjang 5 cm. Tentukan konstanta pegas dan energi potensialnya

2. Seutas kawat memiliki luas penampang 5 mm² ditarik dengan gaya 200 N, sehingga bertambah panjang 0,1 mm. Jika panjang mula-mula kawat 100 cm, tentukan tegangan kawat, regangan kawat dan tetapan Modulus Young.

3.  Lima buah pegas dengan masing-masing konstanta k disusun secara seri. Jika nilai k adalah 200 N/m, besar pertambahan panjang pegas sistem jika ujung sistem digantungi beban 40 kg adalah....(g = 10 m/s²)

4. Sebuah pegas melakukan getaran harmonik sederhana dengan periode 2 sekon ketika ujung pegas diberi beban 1 kg. Besar periode ketika massa beban diganti menjadi 4 kg adalah....

5. Sebuah pegas bergerak GHS dengan massa beban m dan frekuensi f. Berapakah frekuensinya jika massa beban diganti dengan ½ m

6. Sebuah ayunan bandul mengalami ayunan sederhana dengan periode 2 sekon. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s², tentukan panjang tali yang digunakan.

7. Sebuah benda bermassa 100 g melakukan GHS dengan amplitude 20 mm. Gaya maksimum yang bekerja 0,06 N. Tentukan:  percepatan maksimum, kecepatan maksimum, periode, frekuensi, kecepatan sudut/frekuensi sudut, konstanta pegas!

8. Sebuah benda melakukan GHS dengan persamaan y = 5 sin 3πt cm. Tentukan :

a. kecepatan saat t = 2 detik, 

b. percepatan saat t = 3 detik

c. posisi saat t = 2 detik

d. kecepatan maksimum dan percepatan maksimum

e. konstanta pegas jika massa beban 100 gram

Usaha dan Energi

1. Dua buah benda dengan perbandingan massa 3 : 2 berada pada ketinggian dari tanah yang berbanding 3 : 4 dan di jatuh bebas. Jika percepatan gravitasi kedua benda dianggap sama, maka tentukan perbandingan energi mekanik kedua benda.

2. Sebuah benda bermassa 4 kg bergerak dengan kecepatan 3 m/s. Beberapa saat kemudian benda itu bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Tentukan usaha total yang dikerjakan pada benda selama selang  waktu tersebut.

3. Sebuah benda yang massanya 5 kg jatuh bebas dari ketinggian 10 meter di atas tanah. Besar percepatan gravitasi di daerah tersebut adalah 10 m/s². Tentukan :

a.  Kecepatan saat saat pada ketinggian 6 meter

b.  Ketinggian benda saat energy kinetiknya 2 kali energy potensialnya

c. energi mekanik benda pada saat tiba di tanah

4. Tentukan besarnya usaha karena gaya gesek yang dibutuhkan untuk mendorong suatu benda sejauh 10 m melalui lantai jika gaya gesekan yang harus ditentang 500 N.

Impuls dan Momentum

1. Yayuk Basuki melempar bola tenis yang massanya 60 gram. Bola menumbuk tembok tegak lurus dengan kecepatan 50 m/s. Jika bola dipantulkan tembok dengan kecepatan sama, maka hitunglah besar perubahan momentumnya!

2. Bola A bergerak lurus dan mempunyai momentum mv membentur bola B dengan momentum 

(–3mv) yang bergerak pada garis lurus yang sama. Jika tumbukan bersifat tidak lenting sama sekali, tentukan besar momentum total setelah tumbukan.

3. Sebuah gaya sebesar 40 N bekerja selama 0,02 detik pada benda yang diam. Tentukan besar impuls yang diberikan pada benda tersebut 

4. Vivi memukul bola diam yang berada di atas meja licin dengan sebuah tongkat. Massa bola 100 gram. Gaya yang diberikan pemukul 20 N. Jika bola bersentuhan dengan tongkat selama 0,4 s maka besar kecepatan bola ketika lepas dari tongkat adalah…

5. Peluru bermassa 5 gram ditembakkan pada kayu bermassa 4 kg. Peluru mengenai kayu dan bersarang di dalamnya. Kecepatan peluru saat mengenai kayu 250 m/s. Besar kecepatan sesudah tumbukan adalah....

Rotasi dan Keseimbangan Benda Tegar

1. Pada batang yang massanya 3 kg dan panjangnya 100 cm bekerja 3 gaya masing-masing F₁ = 2 N, F₂ = 4 N, dan F₃ = 5 N. Jika g = 10 m/s², jarak BD = 60 cm, BC = 20 cm, dan titik pusat massa di titik Z, maka momen gaya terhadap titik D

2. Sebuah katrol dari benda pejal dengan tali dililitkan pada sisi luarnya ditampilkan seperti gambar. Jika massa katrol 1 kg dan jari jari 10 cm , tentukan :

a. Momen inersia

b. torsi jika gaya F = 10 N

c. Percepatan sudut katrol jika gaya F = 10 N

3. Tentukan percepatan sudut bola yang mempunyai massa 4 kg dan jari 30 cm jika diberi gaya 10 N yang searah dengan garis singgungnya

4. Seorang penari berputar dengan tangan terentang (momen inersia I₁)  menghasilkan kecepatan sudut ω. Tentukan persamaan kecepatan sudut penari yang berputar dengan tangan bersilang di depan dada (momen inersia I₂ = ¼ I₁)

5. Tentukan momentum sudut dan energi kinetik total sebuah silinder yang berputar dengan kecepatan sudut 3 rad/s! (massa silinder 2 kg, jari-jari silinder = 10 cm).

6. Sebuah bola menggelinding menuruni bidang miring seperti gambar. Tentukan kecepatan linier dan percepatan linier bola ketika tiba di dasar

Fluida Static dan Fluida Dinamis

1. Jelaskan gaya angkat pada pesawat terbang menurut persamaan Bernoulli.

2. Sebuah pesawat terbang mempunyai luas penampang 50 m². Pada saat mengangkasa perbedaan kecepatan aliran udara di sisi pesawat adalah 100 m/s dan 200 m/s. Jika kerapatan udara pada saat itu 1,2 kg/m³ maka tentukan besar gaya angkat pesawat.

3. Sebuah tangki terbuka diisi air setinggi 8 meter. Pada kedalaman 2 meter dibawah permukaan air terdapat kebocoran kecil di sisi tangki. Tentukan kecepatan air yang menyemprot.

4. Hitunglah perbandingan kecepatan pada pipa yang mempunyai penampang dengan diameter r dengan penampang yang diameter 2r.

5. Hitunglah kecepatan air pada venturi meter jika luas penampang pipa 1 dan pipa 2 adalah 4 mm² dan 1 mm²  dan perbedaan ketinggian air adalah h = 20 cm.

6.  Hitung tekanan hidrostatis pada kedalaman 75 cm pada air dan minyak (massa jenis 800 kg/m³)!

7. Sebuah pompa hidrolik memiliki penghisap kecil dengan diameter 10 cm dan pengisap besar dxengan diameter 25 cm. Jika penghisap kecil ditekan dengan gaya F, maka penghisap besar mengahsilkan gaya 1500 N. Hitunglah F!

8.  Jelaskan bagaimanakah peristiwa tenggelam, melayang dan terapung!

9.  Balok yang tingginya 20 cm dan massa jenisnya 0.75 g/cm³ mengapung di atas air. Berapa tinggi balok yang muncul di atas permukaan air?

10. Air mengalir dari kran dengan kelajuan 5 m/s digunakan untuk mengisi bak mandi berukuran 80 cm x 50 cm x 120 cm. jika luas mult kran 0,8 cm² tentukan berapa lama agar bak madi tersebut terisi 2/3 nya

11. Air mengalir ke atas melalui pipa dengan laju air 15 liter/sekon. Jika air memasuki ujung pipa dengan kelajuan 3 m/s, tentukan beda tekanan antara kedua ujung pipa

12. Air terjun setinggi h digunakan untuk PLTA. Setiap detik air mengalir 10 m³. Jika efisiensi generator 55 % dan g = 10 m/s² dan daya rata-rata yang dihasilakn adalah 1100 kW, tentukan h!

13. Sebuah tangki teris air pada ketinggian H = 5 m, terdapat sebuah kran yang berjarak h = 3,2 m dari permukaan air. 

a. jika kran dibuka berapa kelajuan semburan air dari kran

b. Bila diameter kran 3,5 cm, tentukan debit air yang keluar

c. Tentukan jarak horizontal semburan air

Teori Kinetik Gas dan Termodinamika

1. Jelaskan yang dimaksud dengan proses isokhorik, isobaric, isotermis dan adiabatic. Bagaimanakh dengan besar usaha pad proses tersebut. Gambarkan grafik dari masing-masing proses.

2. Gambarkan diagram mesin Carnot dan diagram mesin pendingin.

3. Suatu mesin Carnot bekerja pada suhu dingin 27^oC dan pada suhu panas 127^oC. Tentukan usaha nya jika kalor yang dilepas adalah 500 Joule.

4. Jelaskan faktor - faktor yang mempengaruhi tekanan dan  energi kinetik pada teori kinetik.

5. Jelaskan sifat-sifat gas ideal.

6. Lima liter gas pada suhu 300 K dan tekanan 1 atm, dimampatkan dan dipanaskan sehingga volumenya menjadi 1 liter dan suhunya menjadi 400 K. Tentukan tekanan akhir gas tersebut.

7. Tentukan usaha yang dilakukan lingkungan pada 2 mol oksigen yang mengalami pemampatan dari 24 liter menjadi 20 liter pada tekanan yang sama yaitu 4.10⁵ Pa

8. Sebuah mesin menyerap kalor dari tendon suhu tinggi sebesar 12000 J. Bila mesin melakukan usaha sebesar 9000 J, hitunglah kalor yang dibuang mesin ke tendon suhu rendah dan efisiensi mesin

9. Sebuah refrigerator mempunyai daya 400 Watt. Bila mesin itu memindah kalor sebesar 1,2.10⁵ J dari dalam refrigerator ke luar lingkungan selama 10 menit, berapakah jumlah total kalor yang diterima lingkuangan 

10. Mesin carnot bekerja antara suhu 1000 K dan 250 K. Jika 1,6 kJ kalor diberikan pada mesin dari tendon bersuhu 1000 K dalam satu siklus, tentukan efisiensi mesin. Berapakah kalor yang dibebaskan mesin pada tendon bersuhu 250 K dalam satu siklus

11. Sebuah gas memuai secara adiabatic. Tidak ada energi ditambahkan pada system untuk melakukan usaha yang menyebabkan terjadinya pemuaian. Dari manakah diperoleh energi yang menghasilkan pemuaian.

12. Gas di dalam sebuah silinder memuai pada tekanan tetap. Apakah gas melakukan usaha atau menerima usaha?

13. Sebuah mesin mempunyai efisiensi 20 %. Apakah artinya?  Berapa persenkah energi yang diserap mesin terbuang menjadi panas?

14. Hitunglah energi kinetik rata-rata dan kelajuan rata-rata partikel gas Nitrogen (Ar = 14 kg/kmol) yang mempunyai suhu 127 ^oC

15.  Neon adalah gas monoatomik (Ar = 10 g/mol). Hitunglah energi dalam 2 gram gas neon pada suhu 50^o C                 
16. Jelaskan proses-proses termodinamika yang terjadi pada diagram disamping! Hitunglah besar usaha pada satu siklus jika diketahui P₂ = 2P₁ = 4.10⁵ Pa    dan   V₂ = 3V₁ = 4.10^-3 m³