Fisika, sebagai ilmu yang mempelajari alam semesta dari skala terkecil hingga terbesar, seringkali dianggap menantang. Namun, dengan pemahaman konsep yang kuat dan latihan soal yang terarah, materi fisika kelas 10 semester 1 dapat dikuasai dengan baik. Semester pertama ini biasanya menjadi fondasi penting, memperkenalkan berbagai konsep dasar yang akan menjadi pijakan untuk topik-topik selanjutnya.
Artikel ini akan mengupas tuntas beberapa contoh soal fisika kelas 10 semester 1 beserta pembahasan mendalamnya. Tujuannya adalah untuk membantu siswa tidak hanya menemukan jawaban yang benar, tetapi juga memahami logika di balik setiap langkah penyelesaian, mengidentifikasi potensi kesalahan, dan membangun kepercayaan diri dalam menghadapi ujian.
Bab I: Hakikat Fisika dan Pengukuran
Bab pertama dalam fisika kelas 10 semester 1 biasanya berfokus pada hakikat fisika sebagai ilmu, metode ilmiah, dan yang terpenting, konsep pengukuran. Pengukuran yang akurat dan tepat adalah kunci dalam setiap eksperimen fisika.
Contoh Soal 1.1 (Pengukuran dan Alat Ukur)
Seorang siswa menggunakan mikrometer sekrup untuk mengukur diameter sebuah kawat. Hasil pengukurannya menunjukkan angka sebagai berikut: skala utama terbaca pada 5 mm, dan skala nonius tepat sejajar dengan angka 35. Berapakah diameter kawat tersebut?
Pembahasan:
Untuk menyelesaikan soal ini, kita perlu memahami cara membaca mikrometer sekrup. Mikrometer sekrup memiliki dua bagian utama: skala utama (yang menunjukkan nilai milimeter dan setengah milimeter) dan skala nonius (yang menunjukkan nilai perseratus milimeter).
- Skala Utama: Terlihat angka 5 mm pada skala utama.
- Skala Nonius: Terlihat angka 35 pada skala nonius yang sejajar dengan garis horizontal pada skala utama. Karena setiap bagian pada skala nonius mewakili 0,01 mm, maka nilai dari skala nonius adalah 35 x 0,01 mm = 0,35 mm.
Jadi, diameter kawat adalah jumlah dari pembacaan skala utama dan skala nonius:
Diameter = Skala Utama + Skala Nonius
Diameter = 5 mm + 0,35 mm
Diameter = 5,35 mm
Contoh Soal 1.2 (Angka Penting dan Ketidakpastian)
Panjang sebuah meja diukur menggunakan penggaris dan diperoleh hasil 1,53 meter. Tentukan:
a. Berapa jumlah angka penting pada hasil pengukuran tersebut?
b. Jika ketidakpastian pengukuran penggaris adalah ± 0,005 meter, tuliskan hasil pengukuran dengan ketidakpastiannya.
Pembahasan:
a. Angka Penting:
Aturan penentuan angka penting yang relevan di sini adalah:
- Semua angka bukan nol adalah angka penting.
- Angka nol yang berada di antara angka bukan nol adalah angka penting.
- Angka nol di sebelah kiri angka bukan nol bukan angka penting.
- Angka nol di sebelah kanan angka bukan nol setelah koma desimal adalah angka penting.
Dalam angka 1,53:
- Angka 1, 5, dan 3 semuanya bukan nol, sehingga ketiganya adalah angka penting.
Jadi, jumlah angka penting pada hasil pengukuran tersebut adalah 3 angka penting.
b. Hasil Pengukuran dengan Ketidakpastian:
Hasil pengukuran ditulis dalam format: nilai terukur ± ketidakpastian.
Nilai terukur = 1,53 meter
Ketidakpastian = ± 0,005 meter
Hasil pengukuran dengan ketidakpastian adalah:
1,53 ± 0,005 meter
Bab II: Vektor
Vektor adalah konsep fundamental dalam fisika yang menggambarkan besaran yang memiliki nilai (magnitudo) dan arah. Memahami operasi vektor sangat penting untuk menganalisis gerak, gaya, dan besaran fisika lainnya.
Contoh Soal 2.1 (Penjumlahan Vektor Secara Grafis)
Dua buah vektor gaya, $vecA$ dengan besar 6 N arah ke timur dan $vecB$ dengan besar 8 N arah ke utara, dijumlahkan. Tentukan besar dan arah resultan vektor $vecR = vecA + vecB$ secara grafis.
Pembahasan:
Penjumlahan vektor secara grafis dapat dilakukan menggunakan metode segitiga atau metode jajargenjang. Di sini, kita akan menggunakan metode jajargenjang.
- Gambar Skala: Tentukan skala yang sesuai, misalnya 1 cm mewakili 2 N. Maka, vektor $vecA$ digambarkan sepanjang 3 cm (6 N / 2 N/cm) ke arah timur, dan vektor $vecB$ digambarkan sepanjang 4 cm (8 N / 2 N/cm) ke arah utara.
- Buat Jajargenjang: Dari ujung vektor $vecA$, tarik garis sejajar dengan $vecB$. Dari ujung vektor $vecB$, tarik garis sejajar dengan $vecA$. Kedua garis ini akan berpotongan membentuk jajargenjang.
- Gambar Resultan: Vektor resultan $vecR$ digambarkan sebagai diagonal jajargenjang yang berasal dari titik pangkal kedua vektor $vecA$ dan $vecB$ hingga titik potong kedua garis sejajar.
- Ukur Resultan: Ukur panjang diagonal $vecR$ pada gambar. Misalkan terukur sepanjang 5 cm.
- Hitung Besar Resultan: Besar resultan dalam Newton adalah hasil pengukuran dikalikan skala: 5 cm x 2 N/cm = 10 N.
- Tentukan Arah Resultan: Arah resultan diukur dari sumbu horizontal (timur) menggunakan busur derajat. Misalkan sudut yang terbentuk adalah $theta$. Arahnya dapat dinyatakan sebagai $theta$ derajat di atas timur atau $theta$ derajat ke utara dari timur.
Catatan: Metode grafis memberikan gambaran visual dan perkiraan kasar. Untuk hasil yang lebih akurat, digunakan metode analitis.
Contoh Soal 2.2 (Penjumlahan Vektor Secara Analitis)
Vektor $vecP$ memiliki besar 10 satuan dan membentuk sudut 30° terhadap sumbu x positif. Vektor $vecQ$ memiliki besar 12 satuan dan membentuk sudut 120° terhadap sumbu x positif. Tentukan besar dan arah resultan vektor $vecR = vecP + vecQ$.
Pembahasan:
Untuk menjumlahkan vektor secara analitis, kita uraikan setiap vektor ke dalam komponen-komponennya pada sumbu x dan sumbu y.
-
Komponen Vektor $vecP$:
$P_x = P cos(30°) = 10 times fracsqrt32 = 5sqrt3$
$P_y = P sin(30°) = 10 times frac12 = 5$ -
Komponen Vektor $vecQ$:
$Q_x = Q cos(120°) = 12 times (-frac12) = -6$
$Q_y = Q sin(120°) = 12 times fracsqrt32 = 6sqrt3$ -
Resultan Vektor $vecR$:
Komponen resultan pada sumbu x:
$R_x = P_x + Q_x = 5sqrt3 + (-6) = (5sqrt3 – 6)$Komponen resultan pada sumbu y:
$R_y = P_y + Q_y = 5 + 6sqrt3$ -
Besar Resultan:
Besar vektor resultan $R$ dihitung menggunakan teorema Pythagoras:
$R = sqrtR_x^2 + R_y^2$
$R = sqrt(5sqrt3 – 6)^2 + (5 + 6sqrt3)^2$
$R = sqrt(75 – 60sqrt3 + 36) + (25 + 60sqrt3 + 108)$
$R = sqrt111 – 60sqrt3 + 133 + 60sqrt3$
$R = sqrt244$
$R approx 15,62$ satuan -
Arah Resultan:
Arah resultan $theta$ terhadap sumbu x positif dihitung menggunakan fungsi arctan:
$tan(theta) = fracR_yR_x = frac5 + 6sqrt35sqrt3 – 6$
$tan(theta) approx frac5 + 10.398.66 – 6 = frac15.392.66 approx 5.7857$
$theta = arctan(5.7857)$
$theta approx 80.16°$
Jadi, besar resultan vektor adalah sekitar 15,62 satuan dan arahnya adalah sekitar 80,16° terhadap sumbu x positif.
Bab III: Gerak Lurus
Bab ini memperkenalkan konsep gerak lurus beraturan (GLB) dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Memahami hubungan antara posisi, kecepatan, dan percepatan adalah kunci.
Contoh Soal 3.1 (Gerak Lurus Beraturan – GLB)
Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan konstan 20 m/s. Jika mobil tersebut mulai bergerak dari posisi awal 5 meter, berapakah posisi mobil setelah bergerak selama 10 detik?
Pembahasan:
Pada GLB, kecepatan benda konstan. Rumus yang digunakan adalah:
$s = s_0 + vt$
Dimana:
- $s$ = posisi akhir
- $s_0$ = posisi awal
- $v$ = kecepatan
- $t$ = waktu
Diketahui:
- $v = 20$ m/s
- $s_0 = 5$ meter
- $t = 10$ detik
Maka, posisi mobil setelah 10 detik adalah:
$s = 5 text m + (20 text m/s times 10 text s)$
$s = 5 text m + 200 text m$
$s = 205$ meter
Contoh Soal 3.2 (Gerak Lurus Berubah Beraturan – GLBB)
Sebuah motor mulai bergerak dari keadaan diam dengan percepatan konstan 2 m/s². Tentukan:
a. Kecepatan motor setelah bergerak selama 5 detik.
b. Jarak yang ditempuh motor setelah bergerak selama 5 detik.
Pembahasan:
Pada GLBB, kecepatan benda berubah secara beraturan. Kita akan menggunakan rumus-rumus GLBB:
- $v_t = v_0 + at$
- $s = v_0 t + frac12 at^2$
- $v_t^2 = v_0^2 + 2as$
Diketahui:
- Keadaan diam, maka kecepatan awal ($v_0$) = 0 m/s
- Percepatan ($a$) = 2 m/s²
- Waktu ($t$) = 5 detik
a. Kecepatan motor setelah 5 detik ($v_t$):
Menggunakan rumus $v_t = v_0 + at$:
$v_t = 0 text m/s + (2 text m/s^2 times 5 text s)$
$v_t = 0 text m/s + 10 text m/s$
$v_t = 10$ m/s
b. Jarak yang ditempuh motor setelah 5 detik ($s$):
Menggunakan rumus $s = v_0 t + frac12 at^2$:
$s = (0 text m/s times 5 text s) + frac12 (2 text m/s^2 times (5 text s)^2)$
$s = 0 text m + frac12 (2 text m/s^2 times 25 text s^2)$
$s = 0 text m + 25 text m$
$s = 25$ meter
Bab IV: Gerak Parabola
Gerak parabola adalah kombinasi dari gerak horizontal (GLB) dan gerak vertikal (GLBB). Konsep ini sering muncul dalam soal-soal proyektil.
Contoh Soal 4.1 (Gerak Parabola – Jarak Jangkau)
Sebuah bola ditendang dengan kecepatan awal 20 m/s membentuk sudut elevasi 30° terhadap horizontal. Jika percepatan gravitasi ($g$) adalah 10 m/s², hitunglah jarak jangkauan horizontal bola tersebut. (Abaikan hambatan udara).
Pembahasan:
Untuk gerak parabola, kita perlu menguraikan kecepatan awal menjadi komponen horizontal ($v0x$) dan vertikal ($v0y$).
-
Komponen kecepatan horizontal:
$v_0x = v0 cos(theta)$
$v0x = 20 text m/s times cos(30°)$
$v0x = 20 text m/s times fracsqrt32$
$v0x = 10sqrt3$ m/s -
Komponen kecepatan vertikal:
$v_0y = v0 sin(theta)$
$v0y = 20 text m/s times sin(30°)$
$v0y = 20 text m/s times frac12$
$v0y = 10$ m/s
Jarak jangkauan horizontal ($R$) dapat dihitung menggunakan rumus:
$R = fracv_0^2 sin(2theta)g$
Atau, dengan menghitung waktu terbang total terlebih dahulu. Waktu untuk mencapai titik tertinggi ($t_naik$) adalah saat kecepatan vertikal menjadi nol ($v_y = 0$):
$vy = v0y – gt$
$0 = 10 text m/s – (10 text m/s^2 times tnaik)$
$tnaik = 1$ sekon
Waktu terbang total ($T$) adalah dua kali waktu naik (jika ketinggian awal sama dengan ketinggian akhir):
$T = 2 times t_naik = 2 times 1 text s = 2$ sekon
Jarak jangkauan horizontal adalah kecepatan horizontal dikalikan waktu terbang total:
$R = v_0x times T$
$R = (10sqrt3 text m/s) times (2 text s)$
$R = 20sqrt3$ meter atau sekitar 34,64 meter.
Contoh Soal 4.2 (Gerak Parabola – Ketinggian Maksimum)
Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Jika percepatan gravitasi $g = 10$ m/s², berapakah ketinggian maksimum yang dicapai bola?
Pembahasan:
Pada ketinggian maksimum, kecepatan vertikal bola adalah nol ($v_t = 0$). Kita dapat menggunakan rumus GLBB:
$v_t^2 = v_0^2 + 2as$
Dalam kasus ini, $a$ adalah percepatan gravitasi yang berlawanan arah dengan gerak naik, sehingga $a = -g = -10$ m/s². Dan $s$ adalah ketinggian maksimum ($h_max$).
$0^2 = (30 text m/s)^2 + 2(-10 text m/s^2) hmax$
$0 = 900 text m^2/texts^2 – 20 text m/s^2 hmax$
$20 text m/s^2 hmax = 900 text m^2/texts^2$
$hmax = frac900 text m^2/texts^220 text m/s^2$
$h_max = 45$ meter
Penutup
Menguasai contoh-contoh soal ini adalah langkah awal yang krusial untuk memahami materi fisika kelas 10 semester 1. Ingatlah bahwa kunci dari belajar fisika adalah memahami konsep dasar, mampu menganalisis masalah, dan menerapkan rumus yang tepat. Latihan soal yang konsisten dan variatif akan semakin memperkuat pemahaman Anda.
Jangan ragu untuk bertanya kepada guru Anda jika ada materi yang belum jelas. Dengan dedikasi dan kerja keras, fisika akan menjadi subjek yang menarik dan dapat dikuasai. Selamat belajar!
