Siap Ujian dengan Soal dan Pembahasan Fisika Kelas 11 Semester 2: Konsep dan Rumus yang Harus Dikuasai
Kumpulan Soal Dan Pembahasan Fisika Kelas 11 Semester 2 Doc
Introduction
Selamat datang di artikel ini, yang akan membahas tentang kumpulan soal dan pembahasan fisika kelas 11 semester 2 doc. Artikel ini ditujukan untuk para siswa yang ingin mempersiapkan diri untuk menghadapi ujian akhir semester atau penilaian akhir tahun. Artikel ini juga bermanfaat untuk para guru yang ingin memberikan bahan ajar atau latihan kepada siswa-siswanya.
Kumpulan Soal Dan Pembahasan Fisika Kelas 11 Semester 2 Doc
Fisika adalah salah satu mata pelajaran yang penting untuk dipelajari di sekolah menengah atas. Fisika membantu kita memahami fenomena-fenomena alam yang terjadi di sekitar kita, seperti gerak, gaya, energi, panas, bunyi, cahaya, listrik, magnet, dan lain-lain. Fisika juga mengembangkan kemampuan berpikir logis, analitis, kritis, dan kreatif kita dalam menyelesaikan masalah-masalah yang berkaitan dengan ilmu pengetahuan dan teknologi.
Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa topik fisika yang diajarkan di kelas 11 semester 2. Topik-topik tersebut adalah termodinamika, suhu dan kalor, gelombang bunyi, alat optik, dan pemanasan global. Untuk setiap topik, kita akan memberikan definisi, rumus-rumus, contoh-contoh, dan soal-soal beserta pembahasannya. Kita juga akan memberikan tabel-tabel yang memudahkan kita untuk menghafal rumus-rumus atau konsep-konsep penting.
Termodinamika
Definition and examples of thermodynamics
Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari tentang hubungan antara panas dan usaha. Panas adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah. Usaha adalah hasil kali gaya dengan perpindahan dalam arah gaya. Termodinamika menjelaskan bagaimana panas dapat digunakan untuk melakukan usaha atau sebaliknya.
Contoh termodinamika dalam kehidupan sehari-hari adalah mesin uap, mesin mobil, kulkas, kompor gas, termos air panas, dan lain-lain. Semua contoh tersebut menggunakan prinsip-prinsip termodinamika untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanik atau sebaliknya.
Hukum Termodinamika ke-1
Formula and explanation
Hukum termodinamika ke-1 menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya dapat berubah bentuk. Dalam sebuah sistem tertutup (tidak ada pertukaran massa atau energi dengan lingkungan), jumlah energi dalam sistem tetap konstan. Jadi, jika ada perubahan energi dalam sistem (misalnya karena adanya kalor atau usaha), maka perubahan tersebut harus seimbang dengan perubahan energi dalam bentuk lain.
Rumus hukum termodinamika ke-1 adalah:
Q = W + U
Di mana:
Q adalah kalor yang diberikan kepada sistem atau dikeluarkan oleh sistem (positif jika diberikan, negatif jika dikeluarkan)
W adalah usaha yang dilakukan oleh sistem atau pada sistem (positif jika dilakukan oleh sistem, negatif jika dilakukan pada sistem)
U adalah perubahan energi dalam sistem (positif jika bertambah, negatif jika berkurang)
Contoh soal dan pembahasan
Berikut ini adalah contoh soal dan pembahasan hukum termodinamika ke-1:
Contoh Soal:
Kalor sebesar 3,0 kkal diberikan pada suatu sistem sehingga timbul usaha sebesar 2,6 kJ. Besar energi dalam yang dihasilkan pada proses tersebut adalah . (1 kal = 4,2 Joule)
15,2 kJ
10 kJ
100 kJ
15200 kJ
10000 kJ
Jawaban:
B
Pembahasan:
Dari soal diketahui:
Q = 3 kkal = 3000 kal = 3000 x 4.2 J = 12600 J = 12.6 kJ (positif karena kalor diberikan kepada sistem)
W = 2.6 kJ (positif karena usaha dilakukan oleh sistem)
Ditanya U
Menggunakan rumus hukum termodinamika ke-1:
Q = W + U
12.6 = 2.6 + U
U = Q W
U = 12.6 2.6
U = 10 kJ
Hukum Termodinamika ke-2
Formula and explanation
Hukum termodinamika ke-2 menyatakan bahwa arah perpindahan kalor selalu dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah. Dengan kata lain, tidak mungkin ada perpindahan kalor dari benda yang bertemperatur lebih rendah ke benda yang bertemperatur lebih tinggi tanpa adanya usaha dari luar. Hukum ini juga menyatakan bahwa tidak ada mesin yang dapat mengubah seluruh energi panas menjadi usaha tanpa ada sisa kalor yang dibuang ke lingkungan.
Rumus hukum termodinamika ke-2 adalah:
η = W/Qh = 1 Qc/Qh
Di mana:
η adalah efisiensi mesin (rasio antara usaha yang dihasilkan dengan kalor yang masuk)
W adalah usaha yang dihasilkan oleh mesin
Qh adalah kalor yang masuk ke mesin dari sumber panas (positif)
Qc adalah kalor yang keluar dari mesin ke sumber dingin (negatif)
Contoh soal dan pembahasan
Berikut ini adalah contoh soal dan pembahasan hukum termodinamika ke-2:
Contoh Soal:
Suatu mesin uap mengubah 80% energi panas menjadi usaha. Jika mesin tersebut menerima 5000 J energi panas dari sumber panas, maka energi panas yang dibuang ke sumber dingin adalah.
1000 J
2000 J
3000 J
4000 J
5000 J
Jawaban:
C
Pembahasan:
Dari soal diketahui:
η = 80% = 0.8
Qh = 5000 J (positif)
Ditanya Qc
Menggunakan rumus hukum termodinamika ke-2:
η = W/Qh = 1 Qc/Qh
0.8 = W/5000 = 1 Qc/5000
W = 0.8 x 5000 = 4000 J
Qc/5000 = 1 0.8 = 0.2
Qc = 0.2 x 5000 = -1000 J
Suhu dan Kalor
Definition and examples of temperature and heat
Suhu adalah ukuran derajat kedinginan atau kepanasan suatu benda. Suhu menunjukkan seberapa cepat partikel-partikel penyusun benda bergerak secara acak. Semakin cepat partikel-partikel bergerak, semakin tinggi suhu benda tersebut. Suhu dapat diukur dengan alat ukur seperti termometer atau termokopel.
Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah akibat perbedaan suhu antara kedua benda tersebut. Kalor menunjukkan seberapa banyak energi kinetik partikel-partikel penyusun benda yang berpindah dari satu benda ke benda lain. Kalor dapat diukur dengan alat ukur seperti kalorimeter atau bomb kalorimeter.
Contoh suhu dan kalor dalam kehidupan sehari-hari adalah air mendidih, es mencair, setrika panas, kipas angin, dan lain-lain. Semua contoh tersebut menunjukkan adanya perubahan suhu dan perpindahan kalor antara benda-benda yang berbeda temperaturnya.
Rumus-rumus suhu dan kalor
Konversi suhu
Suhu dapat diukur dalam berbagai satuan, seperti Celcius, Fahrenheit, Kelvin, Reamur, dan lain-lain. Untuk mengubah suhu dari satu satuan ke satuan lain, kita dapat menggunakan rumus-rumus berikut:
Celcius (C)Fahrenheit (F)Kelvin (K)Reamur (R)
CF = (9/5)C + 32K = C + 273R = (4/5)C
C = (5/9)(F - 32)FF = (9/5)(K - 273) + 32F = (9/4)R + 32
C = K - 273C = (5/9)(F - 32)KK = (5/4)R + 273
C = (5/4)RC = (5/9)(F - 32)C = K - 273R
Kalor jenis dan kalor lebur
Kalor jenis adalah besarnya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram zat sebesar satu derajat Celcius tanpa mengubah wujud zat tersebut. Kalor jenis bergantung pada jenis zat dan wujud zat tersebut. Kalor jenis dapat dihitung dengan rumus:
Q = mcT
Di mana:
Q adalah kalor yang diperlukan atau dilepas oleh zat (positif jika diperlukan, negatif jika dilepas)
m adalah massa zat (gram)
c adalah kalor jenis zat (J/gC atau cal/gC)
T adalah perubahan suhu zat (C)
Kalor lebur adalah besarnya kalor yang diperlukan untuk mencairkan atau membekukan satu gram zat tanpa mengubah suhu zat tersebut. Kalor lebur bergantung pada jenis zat dan titik leburnya. Kalor lebur dapat dihitung dengan rumus:
Q = mLf
Di mana:
Q adalah kalor yang diperlukan atau dilepas oleh zat (positif jika diperlukan, negatif jika dilepas)
m adalah massa zat (gram)
Lf adalah kalor lebur zat (J/g atau cal/g)
Perpindahan kalor
Perpindahan kalor adalah proses berpindahnya energi panas dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah. Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui kontak langsung antara benda-benda yang berbeda temperaturnya. Konduksi terjadi karena adanya tumbukan antara partikel-partikel penyusun benda. Contoh konduksi adalah sendok logam yang dipanaskan di atas api, batang besi yang dipanaskan di salah satu ujungnya, dan lain-lain.
Konveksi adalah perpindahan kalor melalui pergerakan massa fluida (cair atau gas) yang berbeda temperaturnya. Konveksi terjadi karena adanya perbedaan kerapatan antara fluida yang panas dan fluida yang dingin. Fluida yang panas memiliki kerapatan lebih rendah dan cenderung naik ke atas, sedangkan fluida yang dingin memiliki kerapatan lebih tinggi dan cenderung turun ke bawah. Contoh konveksi adalah angin laut dan angin darat, aliran air panas di dalam pipa, dan lain-lain.
Radiasi adalah perpindahan kalor melalui gelombang elektromagnetik tanpa memerlukan medium materi. Radiasi terjadi karena adanya pancaran energi dari permukaan benda yang bertemperatur tinggi. Contoh radiasi adalah sinar matahari, api unggun, lampu pijar, dan lain-lain.
Contoh soal dan pembahasan suhu dan kalor
Berikut ini adalah contoh soal dan pembahasan suhu dan kalor:
Contoh Soal:
Air sebanyak 200 g pada suhu 80C dicampur dengan air sebanyak 300 g pada suhu 20C. Jika tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka suhu akhir campuran air tersebut adalah (kalor jenis air = 1 cal/gC)
30C
40C
50C
60C
70C
Jawaban:
B
Pembahasan:
Dari soal diketahui:
m1 = 200 g
T1 = 80C
m2 = 300 g
T2 = 20C
c = 1 cal/gC
Ditanya T (suhu akhir)
Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepas oleh air panas sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh air dingin. Dengan kata lain, Q1 + Q2 = 0.
Menggunakan rumus Q = mcT untuk masing-masing air:
Q1 = m1c(T - T1)
Q2 = m2c(T - T2)
Q1 + Q2 = 0
m1c(T - T1) + m2c(T - T2) = 0
200 x 1 x (T - 80) + 300 x 1 x (T - 20) = 0
200T - 16000 + 300T - 6000 = 0
500T = 22000
T = 22000/500 = 44C
Gelombang Bunyi
Definition and examples of sound waves
Gelombang bunyi adalah gelombang mekanik longitudinal yang merambat melalui medium elastis dengan cara menggetarkan partikel-partikel medium tersebut. Gelombang bunyi dapat didengar oleh telinga manusia jika memiliki frekuensi antara 20 Hz sampai 20 kHz. Gelombang bunyi dapat merambat melalui padat, cair, atau gas, tetapi tidak dapat merambat melalui ruang hampa.
Contoh gelombang bunyi dalam kehidupan sehari-hari adalah suara manusia, musik, sirine, guntur, ultrasonik, infrasonik, dan lain-lain. Semua contoh tersebut menunjukkan adanya getaran sumber bunyi yang menimbulkan gelombang bunyi yang merambat melalui medium hingga sampai ke telinga penerima.
Karakteristik gelombang bunyi
Frekuensi, periode, panjang gelombang, cepat rambat, amplitudo
Gelombang bunyi memiliki beberapa karakteristik yang dapat diukur atau dihitung, yaitu frekuensi, periode, panjang gelombang, cepat rambat, dan amplitudo.
Frekuensi (f) adalah banyaknya getaran sumber bunyi dalam satu detik. Satuan frekuensi adalah Hertz (Hz).
Periode (T) adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu getaran sumber bunyi. Satuan periode adalah detik (s). Hubungan antara frekuensi dan periode adalah f = 1/T atau T = 1/f.
Panjang gelombang (λ) adalah jarak antara dua titik yang memiliki fase sama pada gelombang bunyi. Satuan panjang gelombang adalah meter (m).
Cepat rambat (v) adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang bunyi dalam satu detik. Satuan cepat rambat adalah meter per detik (m/s). Hubungan antara cepat rambat, frekuensi, dan panjang gelombang adalah v = fλ atau λ = v/f.
Amplitudo (A) adalah simpangan maksimum partikel medium dari posisi kesetimbangan saat terkena gelombang bunyi. Satuan amplitudo adalah meter (m). Amplitudo berpengaruh terhadap intensitas atau kerasnya bunyi.
Nada dasar dan nada harmonik
Nada dasar adalah nada yang memiliki frekuensi terendah dari suatu sumber bunyi. Nada dasar menentukan tinggi rendahnya nada yang dihasilkan oleh sumber bunyi. Nada dasar dapat dihasilkan oleh sumber bunyi yang bergetar secara keseluruhan, seperti dawai gitar, pipa organa, atau kolom udara.
Nada harmonik adalah nada-nada yang memiliki frekuensi kelipatan dari frekuensi nada dasar. Nada harmonik menentukan kualitas atau warna nada yang dihasilkan oleh sumber bunyi. Nada harmonik dapat dihasilkan oleh sumber bunyi yang bergetar secara sebagian, seperti simpul-simpul pada dawai gitar, lubang-lubang pada seruling, atau gelombang stasioner pada kolom udara.
Hubungan antara frekuensi nada dasar (f1) dan frekuensi nada harmonik ke-n (fn) adalah:
fn = n x f1
Di mana n adalah bilangan bulat positif.
Efek Doppler
Efek Doppler adalah perubahan frekuensi gelombang yang diterima oleh pengamat akibat adanya gerak relatif antara sumber gelombang dan pengamat. Efek Doppler terjadi karena adanya perbedaan jarak antara sumber gelombang dan pengamat saat sumber gelombang mendekati atau menjauhi pengamat.
Efek Doppler pada gelombang bunyi dapat dihitung dengan rumus:
f' = f(v vp)/(v vs)
Di mana:
f' adalah frekuensi gelombang bunyi yang diterima oleh pengamat
f adalah frekuensi gelombang bunyi yang dipancarkan oleh sumber
v adalah cepat rambat gelombang bunyi di udara
vp adalah kecepatan pengamat relatif terhadap udara (positif jika mendekati sumber, negatif jika menjauhi sumber)
vs adalah kecepatan sumber relatif terhadap udara (positif jika menjauhi pengamat, negatif jika mendekati pengamat)
Contoh soal dan pembahasan gelombang bunyi
Berikut ini adalah contoh soal dan pembahasan gelombang bunyi:
Contoh Soal:
Sebuah seruling yang memiliki kolom udara terbuka pada kedua ujungnya memiliki nada harmonik ke-5 dengan frekuensi 1700 Hz. Jika cepat rambat gelombang bunyi di udara adalah 340 m/s, maka panjang seruling tersebut adalah.
0,05 m
0,10 m
0,20 m
0,40 m
0,80 m
Jawaban:
C
Pembahasan:
Dari soal diketahui:
n = 5 (nada harmonik ke-5)
f = 1700 Hz (frekuensi nada harmonik)
v = 340 m/s (cepat rambat gelombang bunyi)
Ditanya λ (panjang gelombang) dan L (panjang seruling)
Menggunakan rumus hubungan antara frekuensi nada dasar dan frekuensi nada harmonik:
fn = n x f1
f1 = fn/n
f1 = 1700/5
f1 = 340 Hz (frekuensi nada dasar)
Menggunakan rumus hubungan antara cepat rambat, frekuensi, dan panjang gelombang:
v = fλ
λ = v/f
λ = 340/340
λ = 1 m (panjang gelombang)
Menggunakan rumus hubungan antara panjang seruling dan panjang gelombang:
L = nλ/2 (untuk kolom udara terbuka pada kedua ujungnya)
L = 5 x 1/2
L = 2.5 m (panjang seruling)
Alat Optik
Definition and examples of optical devices
Alat optik adalah alat yang menggunakan prinsip-prinsip optika untuk memanipulasi cahaya. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat melalui medium transparan atau ruang hampa. Cahaya memiliki sifat-sifat seperti pantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, polarisasi, dan lain-lain.
Contoh alat optik dalam kehidupan sehari-hari adalah mata, kacamata, cermin, lensa, mikroskop, teleskop, kamera, proyektor, dan lain-lain. Semua contoh tersebut menggunakan alat optik untuk membentuk bayangan, memperbesar atau memperkecil benda, mengubah arah cahaya, atau menghasilkan efek-efek tertentu.
Mata sebagai alat optik
Struktur dan fungsi mata manusia
Mata manusia adalah alat optik yang paling kompleks dan canggih. Mata manusia berfungsi untuk menerima rangsangan cahaya dan mengubahnya menjadi impuls saraf yang dikirim ke otak. Otak kemudian menginterpretasikan impuls saraf tersebut menjadi persepsi visual yang kita sebut sebagai penglihatan.
Struktur mata manusia terdiri dari beberapa bagian utama, yaitu:
Kornea: lapisan bening di bagian depan mata yang berfungsi untuk melindungi mata dan membiasakan cahaya.
Iris: lapisan berwarna di bagian tengah mata yang berfungsi untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk ke mata dengan cara melebar atau menyempitkan pupil.
Pupil: lubang hitam di tengah iris yang berfungsi sebagai pintu masuk cahaya ke mata.
Lensa: struktur bening di belakang pupil yang berfungsi untuk memfokuskan cahaya pada retina dengan cara mengubah kelengkungannya (akomodasi).
Otot siliar: otot yang mengelilingi lensa dan berfungsi untuk mengubah kelengkungan lensa sesuai dengan jarak benda.
Retina: lapisan tipis di bagian belakang mata yang berfungsi untuk menerima cahaya dan mengubahnya menjadi impuls saraf. Retina terdiri dari dua jenis sel fotoreseptor, yaitu sel batang dan sel kerucut. Sel batang berfungsi untuk melihat dalam kondisi cahaya redup dan hanya dapat membedakan warna hitam-putih. Sel kerucut berfungsi untuk melihat dalam kondisi cahaya terang dan dapat membedakan warna-warna spektrum.
Saraf optik: saraf yang menghubungkan retina dengan otak dan berfungsi untuk mengirimkan impuls saraf dari retina ke otak.
Titis buta: titik di retina di mana saraf optik keluar dari mata dan tidak memiliki sel fotoreseptor. Titis buta menyebabkan kita tidak dapat melihat benda yang tepat berada di titik tersebut.
Kelainan mata dan koreksinya
Kelainan mata adalah gangguan pada fungsi mata yang menyebabkan penglihatan menjadi tidak normal atau tidak jelas. Kelainan mata dapat disebabkan oleh faktor genetik, lingkungan, penyakit, trauma, atau penuaan. Beberapa kelainan mata yang umum terjadi adalah:
Miopi atau rabun jauh: kondisi di mana mata tidak dapat melihat benda-benda yang jauh dengan jelas karena bayangan benda-benda tersebut jatuh di depan retina. Miopi dapat disebabkan oleh kelengkungan kornea atau lensa yang terlalu besar atau panjangnya bola mata yang terlalu besar. Miopi dapat dikoreksi dengan menggunakan kacamata atau lensa kontak berkekuatan negatif (-) yang dapat memindahkan bayangan benda-benda jauh ke belakang retina.
Hipermetropi atau rabun dekat: kondisi di mana mata tidak dapat melihat benda-benda yang dekat dengan jelas karena bayangan benda-benda tersebut jatuh di belakang retina. Hipermetropi dapat disebabkan oleh kelengkungan kornea atau lensa yang terlalu kecil atau panjangnya bola mata yang terlalu kecil. Hipermetropi dapat dikoreksi dengan menggunakan kacamata atau lensa kontak berkekuatan