Contoh soal uts fisika kelas 11 semester 1 beserta jawabannya

Pendahuluan

Ujian Tengah Semester (UTS) merupakan tolok ukur penting bagi siswa untuk mengevaluasi pemahaman mereka terhadap materi yang telah diajarkan selama paruh pertama semester. Fisika Kelas 11 Semester 1 umumnya mencakup topik-topik fundamental yang menjadi dasar bagi pemahaman fisika yang lebih mendalam di tingkat selanjutnya. Materi ini sering kali meliputi konsep-konsep seperti gerak lurus, gerak parabola, gaya, usaha, energi, dan momentum.

Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal UTS Fisika Kelas 11 Semester 1 yang sering ditemui, lengkap dengan penjelasan langkah demi langkah untuk penyelesaiannya. Tujuannya adalah untuk membantu siswa memahami bagaimana menerapkan prinsip-prinsip fisika dalam menyelesaikan berbagai tipe soal, serta mengidentifikasi area mana yang mungkin memerlukan perhatian lebih lanjut. Pemahaman yang kuat terhadap konsep-konsep dasar ini akan sangat membantu dalam menghadapi ujian dan juga dalam pembelajaran fisika di masa mendatang.

Contoh soal uts fisika kelas 11 semester 1 beserta jawabannya

Artikel ini akan disusun dalam beberapa bagian, masing-masing berfokus pada topik utama yang diajarkan di semester pertama. Setiap bagian akan menyajikan satu atau dua contoh soal, diikuti dengan analisis mendalam mengenai konsep yang digunakan, rumus yang relevan, dan proses perhitungan yang cermat. Dengan demikian, siswa diharapkan dapat memperoleh gambaran yang komprehensif tentang jenis soal yang mungkin muncul dan cara menyelesaikannya secara efektif.

Bagian 1: Kinematika Gerak Lurus

Kinematika adalah cabang fisika yang mempelajari tentang gerak benda tanpa memperhatikan penyebab geraknya. Di Kelas 11, fokus utama adalah pada gerak lurus, baik beraturan maupun berubah beraturan.

Contoh Soal 1:

Sebuah mobil bergerak lurus dengan kecepatan awal 10 m/s. Mobil tersebut kemudian dipercepat secara konstan sehingga setelah 5 detik, kecepatannya menjadi 25 m/s. Tentukan percepatan mobil tersebut dan jarak yang ditempuh selama waktu percepatan tersebut.

Pembahasan Soal 1:

Soal ini berkaitan dengan konsep Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Kita diberikan kecepatan awal ($v_0$), kecepatan akhir ($v_t$), dan selang waktu ($Delta t$). Kita diminta untuk mencari percepatan ($a$) dan jarak tempuh ($Delta s$).

  • Diketahui:

    • Kecepatan awal, $v_0 = 10$ m/s
    • Kecepatan akhir, $v_t = 25$ m/s
    • Selang waktu, $Delta t = 5$ s

  • Ditanya:

    • Percepatan, $a$
    • Jarak tempuh, $Delta s$

  • Rumus yang Digunakan:
    Untuk mencari percepatan pada GLBB, kita dapat menggunakan rumus:
    $a = fracv_t – v_0Delta t$

    Untuk mencari jarak tempuh pada GLBB, kita dapat menggunakan salah satu dari rumus berikut:
    $Delta s = v_0 Delta t + frac12 a (Delta t)^2$
    atau
    $v_t^2 = v_0^2 + 2 a Delta s$

  • Penyelesaian:

    1. Menghitung Percepatan ($a$):
      $a = frac25 text m/s – 10 text m/s5 text s$
      $a = frac15 text m/s5 text s$
      $a = 3 text m/s^2$

    2. Menghitung Jarak Tempuh ($Delta s$):
      Kita gunakan rumus pertama:
      $Delta s = (10 text m/s)(5 text s) + frac12 (3 text m/s^2) (5 text s)^2$
      $Delta s = 50 text m + frac12 (3 text m/s^2) (25 text s^2)$
      $Delta s = 50 text m + frac12 (75 text m)$
      $Delta s = 50 text m + 37.5 text m$
      $Delta s = 87.5 text m$

      Atau, kita bisa menggunakan rumus kedua setelah mendapatkan nilai percepatan:
      $(25 text m/s)^2 = (10 text m/s)^2 + 2 (3 text m/s^2) Delta s$
      $625 text m^2/texts^2 = 100 text m^2/texts^2 + (6 text m/s^2) Delta s$
      $625 – 100 = 6 Delta s$
      $525 = 6 Delta s$
      $Delta s = frac5256 text m$
      $Delta s = 87.5 text m$

  • Jawaban:
    Percepatan mobil tersebut adalah $3 text m/s^2$, dan jarak yang ditempuh selama waktu percepatan adalah $87.5$ meter.

READ  Contoh Soal PPKn KD 4.1 Kelas 2 SD: Hidup Rukun

Bagian 2: Gerak Parabola

Gerak parabola adalah gerak suatu benda yang ditembakkan pada sudut tertentu terhadap garis horizontal. Gerak ini merupakan gabungan dari gerak lurus beraturan (GLB) pada arah horizontal dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) pada arah vertikal.

Contoh Soal 2:

Sebuah bola ditendang dengan kecepatan awal $20$ m/s pada sudut elevasi $30^circ$ terhadap horizontal. Jika percepatan gravitasi $g = 10$ m/s$^2$, tentukan:
a. Waktu yang dibutuhkan bola untuk mencapai titik tertinggi.
b. Ketinggian maksimum yang dicapai bola.
c. Jarak horizontal yang ditempuh bola (jangkauan).

Pembahasan Soal 2:

Soal ini menguji pemahaman tentang analisis gerak dalam dua dimensi, yaitu horizontal dan vertikal, secara terpisah.

  • Diketahui:

    • Kecepatan awal, $v_0 = 20$ m/s
    • Sudut elevasi, $theta = 30^circ$
    • Percepatan gravitasi, $g = 10$ m/s$^2$

  • Ditanya:
    a. Waktu mencapai titik tertinggi, $ttertinggi$
    b. Ketinggian maksimum, $h    max$
    c. Jarak horizontal (jangkauan), $R$

  • Rumus yang Digunakan:
    Pertama, kita perlu menguraikan kecepatan awal menjadi komponen horizontal ($v0x$) dan vertikal ($v0y$):
    $v_0x = v0 cos theta$
    $v    0y = v_0 sin theta$

    Untuk gerak vertikal (GLBB dipengaruhi gravitasi):

    • Pada titik tertinggi, kecepatan vertikal ($v_ty$) adalah $0$ m/s.
    • Waktu mencapai titik tertinggi: $vty = v0y – gt$, sehingga $ttertinggi = fracv0yg$.
    • Ketinggian maksimum: $vty^2 = v0y^2 – 2gh$, sehingga $hmax = fracv0y^22g$.

    Untuk gerak horizontal (GLB):

    • Kecepatan horizontal konstan: $vx = v0x$.
    • Jarak tempuh (jangkauan): $R = vx times ttotal$, di mana $ttotal$ adalah total waktu terbang. Dalam gerak parabola simetris, $ttotal = 2 times t_tertinggi$.

  • Penyelesaian:

    1. Menghitung Komponen Kecepatan Awal:
      $cos 30^circ = fracsqrt32$ dan $sin 30^circ = frac12$
      $v0x = 20 text m/s times fracsqrt32 = 10sqrt3 text m/s$
      $v      0y = 20 text m/s times frac12 = 10 text m/s$

    2. a. Menghitung Waktu Mencapai Titik Tertinggi ($t_tertinggi$):
      $ttertinggi = fracv0yg$
      $ttertinggi = frac10 text m/s10 text m/s^2$
      $t      tertinggi = 1 text s$

    3. b. Menghitung Ketinggian Maksimum ($h_max$):
      $hmax = fracv0y^22g$
      $hmax = frac(10 text m/s)^22 times 10 text m/s^2$
      $h      max = frac100 text m^2/texts^220 text m/s^2$
      $h_max = 5 text m$

    4. c. Menghitung Jarak Horizontal (Jangkauan, $R$):
      Total waktu terbang, $ttotal = 2 times ttertinggi = 2 times 1 text s = 2 text s$.
      Jarak horizontal, $R = v0x times ttotal$
      $R = (10sqrt3 text m/s) times (2 text s)$
      $R = 20sqrt3 text m$
      Jika menggunakan nilai $sqrt3 approx 1.732$, maka $R approx 20 times 1.732 = 34.64$ m.

  • Jawaban:
    a. Waktu yang dibutuhkan bola untuk mencapai titik tertinggi adalah $1$ sekon.
    b. Ketinggian maksimum yang dicapai bola adalah $5$ meter.
    c. Jarak horizontal yang ditempuh bola adalah $20sqrt3$ meter (atau sekitar $34.64$ meter).

Bagian 3: Gaya dan Hukum Newton

Hukum Newton tentang Gerak adalah fundamental dalam mekanika klasik. Hukum pertama berbicara tentang inersia, hukum kedua menghubungkan gaya, massa, dan percepatan, sedangkan hukum ketiga tentang aksi-reaksi.

Contoh Soal 3:

Dua buah balok, balok A bermassa $2$ kg dan balok B bermassa $3$ kg, dihubungkan dengan tali ringan. Balok A ditarik horizontal dengan gaya $F = 20$ N. Jika koefisien gesekan kinetik antara balok dan permukaan adalah $mu_k = 0.2$, tentukan percepatan sistem dan tegangan tali yang menghubungkan kedua balok. (Gunakan $g = 10$ m/s$^2$).

READ  Contoh Soal Kelas 2 Semester 2: Panduan Belajar Lengkap

Pembahasan Soal 3:

Soal ini melibatkan penerapan Hukum Newton II pada sistem yang terdiri dari dua benda yang saling terhubung dan mengalami gaya gesekan.

  • Diketahui:

    • Massa balok A, $m_A = 2$ kg
    • Massa balok B, $m_B = 3$ kg
    • Gaya tarik, $F = 20$ N
    • Koefisien gesekan kinetik, $mu_k = 0.2$
    • Percepatan gravitasi, $g = 10$ m/s$^2$

  • Ditanya:

    • Percepatan sistem, $a$
    • Tegangan tali, $T$

  • Konsep dan Rumus yang Digunakan:

    • Hukum Newton II: $Sigma F = ma$
    • Gaya gesekan kinetik: $f_k = mu_k N$, di mana $N$ adalah gaya normal.
    • Pada permukaan horizontal, gaya normal $N$ sama dengan berat benda ($mg$).

  • Penyelesaian:

    1. Analisis Gaya pada Masing-masing Balok:
      Kita asumsikan balok A menarik balok B melalui tali. Gaya $F$ bekerja pada balok A. Ada gaya tegangan tali $T$ yang menarik balok B ke arah kanan (sesuai arah gaya $F$) dan juga menarik balok A ke arah kiri. Gaya gesekan akan bekerja berlawanan arah dengan arah gerak. Karena gaya $F$ menarik balok A ke kanan, maka kita asumsikan sistem bergerak ke kanan.

      • Balok A:
        Gaya yang bekerja: $F$ (kanan), $T$ (kiri), $fkA$ (kiri)
        Persamaan Hukum Newton II untuk balok A: $F – T – f        kA = m_A a$

      • Balok B:
        Gaya yang bekerja: $T$ (kanan), $fkB$ (kiri)
        Persamaan Hukum Newton II untuk balok B: $T – f        kB = m_B a$

    2. Menghitung Gaya Gesekan Kinetik:
      Gaya normal untuk kedua balok adalah $N_A = m_A g$ dan $N_B = m_B g$.
      $N_A = (2 text kg)(10 text m/s^2) = 20$ N
      $N_B = (3 text kg)(10 text m/s^2) = 30$ N

      Gaya gesekan kinetik pada balok A:
      $f_kA = mu_k N_A = (0.2)(20 text N) = 4$ N

      Gaya gesekan kinetik pada balok B:
      $f_kB = mu_k N_B = (0.2)(30 text N) = 6$ N

    3. Menghitung Percepatan Sistem ($a$):
      Kita bisa menjumlahkan kedua persamaan Hukum Newton II untuk menghilangkan $T$:
      $(F – T – fkA) + (T – fkB) = m_A a + mB a$
      $F – f      kA – f_kB = (m_A + m_B) a$

      Substitusikan nilai yang diketahui:
      $20 text N – 4 text N – 6 text N = (2 text kg + 3 text kg) a$
      $10 text N = (5 text kg) a$
      $a = frac10 text N5 text kg$
      $a = 2 text m/s^2$

    4. Menghitung Tegangan Tali ($T$):
      Kita gunakan persamaan Hukum Newton II untuk balok B:
      $T – f_kB = m_B a$
      $T – 6 text N = (3 text kg)(2 text m/s^2)$
      $T – 6 text N = 6 text N$
      $T = 6 text N + 6 text N$
      $T = 12 text N$

      Kita bisa memeriksa kembali dengan menggunakan persamaan untuk balok A:
      $F – T – f_kA = m_A a$
      $20 text N – T – 4 text N = (2 text kg)(2 text m/s^2)$
      $16 text N – T = 4 text N$
      $T = 16 text N – 4 text N$
      $T = 12 text N$
      Hasilnya konsisten.

  • Jawaban:
    Percepatan sistem adalah $2$ m/s$^2$, dan tegangan tali yang menghubungkan kedua balok adalah $12$ N.

Bagian 4: Usaha dan Energi

Usaha adalah energi yang dipindahkan ketika gaya bekerja pada suatu benda dan menyebabkan perpindahan. Energi dapat berbentuk kinetik (energi gerak) atau potensial (energi kedudukan).

READ  Soal Kelas 2 Semester 2: Panduan Belajar Lengkap

Contoh Soal 4:

Sebuah balok bermassa $4$ kg berada dalam keadaan diam di atas lantai horizontal. Sebuah gaya konstan sebesar $20$ N diberikan pada balok tersebut secara horizontal. Jika balok berpindah sejauh $5$ meter, tentukan usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut dan energi kinetik akhir balok. (Asumsikan tidak ada gaya gesekan).

Pembahasan Soal 4:

Soal ini berkaitan dengan definisi usaha dan hubungan antara usaha dengan perubahan energi kinetik (Teorema Usaha-Energi).

  • Diketahui:

    • Massa balok, $m = 4$ kg
    • Gaya yang diberikan, $F = 20$ N
    • Perpindahan, $Delta s = 5$ m
    • Keadaan awal balok diam, $v_0 = 0$ m/s

  • Ditanya:

    • Usaha yang dilakukan gaya, $W$
    • Energi kinetik akhir, $EK_f$

  • Rumus yang Digunakan:

    • Usaha: $W = F Delta s cos theta$, di mana $theta$ adalah sudut antara gaya dan perpindahan.
    • Teorema Usaha-Energi: $W_total = Delta EK = EK_f – EK_0$.
    • Energi Kinetik: $EK = frac12 mv^2$.

  • Penyelesaian:

    1. Menghitung Usaha yang Dilakukan Gaya ($W$):
      Karena gaya diberikan secara horizontal dan perpindahan juga horizontal, maka sudut antara gaya dan perpindahan adalah $theta = 0^circ$. $cos 0^circ = 1$.
      $W = F Delta s cos 0^circ$
      $W = (20 text N)(5 text m)(1)$
      $W = 100 text J$

    2. Menghitung Energi Kinetik Akhir ($EK_f$):
      Menurut Teorema Usaha-Energi, usaha total yang dilakukan pada benda sama dengan perubahan energi kinetiknya. Dalam soal ini, hanya gaya $20$ N yang melakukan usaha (karena tidak ada gesekan).
      $W_total = Delta EK$
      $W = EK_f – EK_0$

      Energi kinetik awal ($EK_0$) adalah $0$ karena balok dalam keadaan diam ($v_0 = 0$).
      $100 text J = EK_f – 0$
      $EK_f = 100 text J$

      Kita juga bisa menghitung energi kinetik akhir dengan mencari kecepatan akhir terlebih dahulu.
      Dari $W = 100$ J, kita bisa gunakan $W = (m)a(Delta s)$ untuk mencari percepatan jika kita mau, atau langsung menggunakan $v_t^2 = v_0^2 + 2aDelta s$.
      Percepatan: $F = ma Rightarrow 20 text N = (4 text kg)a Rightarrow a = 5 text m/s^2$.
      Kecepatan akhir: $v_t^2 = (0 text m/s)^2 + 2(5 text m/s^2)(5 text m) = 50 text m^2/texts^2$.
      $EK_f = frac12 m v_t^2 = frac12 (4 text kg) (50 text m^2/texts^2) = 2 times 50 text J = 100 text J$.
      Hasilnya konsisten.

  • Jawaban:
    Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah $100$ Joule, dan energi kinetik akhir balok adalah $100$ Joule.

Kesimpulan

Memahami konsep-konsep dasar fisika dan bagaimana menerapkannya melalui soal-soal latihan adalah kunci keberhasilan dalam menghadapi Ujian Tengah Semester. Soal-soal yang dibahas di atas mencakup beberapa topik penting dalam Fisika Kelas 11 Semester 1, yaitu gerak lurus, gerak parabola, hukum Newton, serta usaha dan energi.

Setiap contoh soal disajikan dengan langkah-langkah penyelesaian yang rinci, mulai dari identifikasi data yang diketahui, penentuan rumus yang relevan, hingga perhitungan akhir. Penting bagi siswa untuk tidak hanya menghafal rumus, tetapi juga memahami prinsip-prinsip di baliknya. Latihan yang konsisten dengan berbagai variasi soal akan membantu membangun kepercayaan diri dan kemampuan memecahkan masalah.

Bagi siswa yang masih merasa kesulitan pada topik tertentu, disarankan untuk kembali mempelajari materi terkait, berkonsultasi dengan guru, atau mencari sumber belajar tambahan. Dengan persiapan yang matang, diharapkan siswa dapat menjawab soal-soal UTS Fisika dengan baik dan memperoleh hasil yang memuaskan.

By PendidikanLeave a Comment on Contoh soal uts fisika kelas 11 semester 1 beserta jawabannya

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *