Ujian Akhir Semester (UAS) merupakan momen krusial bagi setiap siswa SMK untuk menunjukkan pemahaman mereka terhadap materi yang telah dipelajari selama satu semester penuh. Khususnya di kelas 11, mata pelajaran Fisika seringkali menyajikan konsep-konsep yang lebih mendalam dan aplikatif, mempersiapkan siswa untuk tantangan di tingkat yang lebih tinggi atau bahkan dunia kerja. Semester 2 kelas 11 biasanya mencakup topik-topik penting seperti Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) dan Gerak Parabola, Usaha dan Energi, Momentum dan Impuls, Fluida Statis dan Dinamis, serta Gelombang Mekanik.
Memahami format soal UAS dan berlatih dengan contoh soal yang relevan adalah kunci utama untuk meraih hasil yang optimal. Artikel ini akan membahas secara mendalam contoh-contoh soal UAS Fisika Kelas 11 SMK Semester 2, lengkap dengan penjelasan penyelesaiannya, serta memberikan strategi jitu untuk menghadapi ujian ini.
Topik Kunci dan Contoh Soal UAS Fisika Kelas 11 SMK Semester 2
Mari kita bedah satu per satu topik utama beserta contoh soal yang sering muncul dalam UAS Fisika Kelas 11 SMK Semester 2.
1. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) dan Gerak Parabola
Topik ini menguji pemahaman siswa tentang bagaimana benda bergerak dengan percepatan konstan dan bagaimana menganalisis lintasan proyektil.
Konsep Utama:
- GLBB: Kecepatan berubah secara teratur. Persamaan yang relevan:
- $v_t = v_0 + at$
- $s = v_0t + frac12at^2$
- $v_t^2 = v_0^2 + 2as$
- Gerak Parabola: Gerak benda yang dilempar dengan sudut tertentu terhadap horizontal. Analisisnya dipecah menjadi gerak horizontal (GLB) dan gerak vertikal (GLBB).
- Komponen kecepatan awal: $v_0x = v0 cos theta$, $v0y = v_0 sin theta$.
- Waktu tempuh: $tnaik = fracv0yg$, $ttotal = 2tnaik$.
- Tinggi maksimum: $hmax = fracv0y^22g$.
- Jarak horizontal (jangkauan): $R = v0x ttotal$.
Contoh Soal 1 (GLBB):
Sebuah mobil balap mulai dari keadaan diam dan bergerak dengan percepatan konstan sebesar $4 , textm/s^2$. Berapakah kecepatan mobil setelah bergerak sejauh $100 , textm$?
Penyelesaian:
Diketahui:
- Kecepatan awal ($v_0$) = $0 , textm/s$ (diam)
- Percepatan ($a$) = $4 , textm/s^2$
- Jarak tempuh ($s$) = $100 , textm$
Ditanya: Kecepatan akhir ($v_t$)
Menggunakan persamaan $v_t^2 = v_0^2 + 2as$:
$v_t^2 = (0 , textm/s)^2 + 2 times (4 , textm/s^2) times (100 , textm)$
$v_t^2 = 0 + 800 , textm^2/texts^2$
$v_t^2 = 800 , textm^2/texts^2$
$v_t = sqrt800 , textm/s = sqrt400 times 2 , textm/s = 20sqrt2 , textm/s$
$v_t approx 28.28 , textm/s$
Contoh Soal 2 (Gerak Parabola):
Sebuah bola ditendang dengan kecepatan awal $20 , textm/s$ dan sudut elevasi $30^circ$. Tentukan (a) waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tinggi maksimum, (b) tinggi maksimum yang dicapai bola, dan (c) jarak horizontal yang ditempuh bola. (Gunakan $g = 10 , textm/s^2$).
Penyelesaian:
Diketahui:
- Kecepatan awal ($v_0$) = $20 , textm/s$
- Sudut elevasi ($theta$) = $30^circ$
- Percepatan gravitasi ($g$) = $10 , textm/s^2$
Komponen kecepatan awal:
- $v_0y = v_0 sin theta = 20 , textm/s times sin 30^circ = 20 , textm/s times 0.5 = 10 , textm/s$
- $v_0x = v_0 cos theta = 20 , textm/s times cos 30^circ = 20 , textm/s times fracsqrt32 = 10sqrt3 , textm/s$
(a) Waktu mencapai tinggi maksimum:
$tnaik = fracv0yg = frac10 , textm/s10 , textm/s^2 = 1 , texts$
(b) Tinggi maksimum:
$hmax = fracv0y^22g = frac(10 , textm/s)^22 times 10 , textm/s^2 = frac100 , textm^2/texts^220 , textm/s^2 = 5 , textm$
(c) Jarak horizontal:
Waktu total tempuh: $ttotal = 2 times tnaik = 2 times 1 , texts = 2 , texts$
Jarak horizontal: $R = v0x times ttotal = (10sqrt3 , textm/s) times (2 , texts) = 20sqrt3 , textm approx 34.64 , textm$
2. Usaha dan Energi
Topik ini membahas konsep perubahan energi akibat gaya yang bekerja pada benda.
Konsep Utama:
- Usaha (W): Energi yang ditransfer ke atau dari suatu benda oleh gaya. $W = F cdot s cdot cos theta$.
- Energi Kinetik (EK): Energi yang dimiliki benda karena gerakannya. $EK = frac12mv^2$.
- Energi Potensial Gravitasi (EP): Energi yang dimiliki benda karena ketinggiannya. $EP = mgh$.
- Hukum Kekekalan Energi Mekanik: Jika hanya gaya konservatif yang bekerja, energi mekanik total ($EM = EK + EP$) tetap konstan. $EK_1 + EP_1 = EK_2 + EP_2$.
- Teorema Usaha-Energi: Usaha total yang dilakukan pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetiknya. $W_total = Delta EK$.
Contoh Soal 3 (Usaha):
Sebuah balok bermassa $5 , textkg$ ditarik mendatar sejauh $10 , textm$ dengan gaya $20 , textN$. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
- Gaya ($F$) = $20 , textN$
- Jarak ($s$) = $10 , textm$
- Sudut antara gaya dan perpindahan ($theta$) = $0^circ$ (ditarik mendatar)
Ditanya: Usaha ($W$)
Menggunakan persamaan $W = F cdot s cdot cos theta$:
$W = (20 , textN) times (10 , textm) times cos 0^circ$
$W = 200 , textNm times 1$
$W = 200 , textJ$
Contoh Soal 4 (Hukum Kekekalan Energi):
Sebuah bola bermassa $2 , textkg$ jatuh bebas dari ketinggian $20 , textm$ di atas tanah. Tentukan kecepatan bola saat berada pada ketinggian $5 , textm$ di atas tanah. (Gunakan $g = 10 , textm/s^2$).
Penyelesaian:
Diketahui:
- Massa ($m$) = $2 , textkg$
- Ketinggian awal ($h_1$) = $20 , textm$
- Ketinggian akhir ($h_2$) = $5 , textm$
- Percepatan gravitasi ($g$) = $10 , textm/s^2$
Pada ketinggian awal, bola diam, sehingga $EK_1 = 0$.
$EP_1 = mgh_1 = (2 , textkg)(10 , textm/s^2)(20 , textm) = 400 , textJ$
Pada ketinggian akhir, bola memiliki kecepatan $v_2$.
$EK_2 = frac12mv_2^2$
$EP_2 = mgh_2 = (2 , textkg)(10 , textm/s^2)(5 , textm) = 100 , textJ$
Menggunakan Hukum Kekekalan Energi Mekanik ($EM_1 = EM_2$):
$EK_1 + EP_1 = EK_2 + EP_2$
$0 + 400 , textJ = frac12mv_2^2 + 100 , textJ$
$300 , textJ = frac12(2 , textkg)v_2^2$
$300 , textJ = (1 , textkg)v_2^2$
$v_2^2 = 300 , textm^2/texts^2$
$v_2 = sqrt300 , textm/s = sqrt100 times 3 , textm/s = 10sqrt3 , textm/s$
$v_2 approx 17.32 , textm/s$
3. Momentum dan Impuls
Topik ini membahas tentang ukuran "gerakan" suatu benda dan perubahan gerakan tersebut.
Konsep Utama:
- Momentum Sudut (p): Hasil kali massa benda dengan kecepatannya. $p = mv$. Momentum adalah besaran vektor.
- Impuls (I): Perubahan momentum suatu benda. $I = Delta p = pakhir – pawal = m(vakhir – vawal)$.
- Hubungan Impuls dan Gaya: Impuls juga dapat dihitung sebagai hasil kali gaya rata-rata dengan selang waktu terjadinya gaya. $I = F_rata-rata Delta t$.
- Hukum Kekekalan Momentum: Jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, momentum total sistem akan tetap konstan. $sum pawal = sum pakhir$.
Contoh Soal 5 (Momentum dan Impuls):
Sebuah bola kasti bermassa $0.2 , textkg$ bergerak ke kanan dengan kecepatan $10 , textm/s$. Bola tersebut dipukul kembali ke arah berlawanan dengan kecepatan $20 , textm/s$. Tentukan impuls yang diberikan pada bola!
Penyelesaian:
Diketahui:
- Massa ($m$) = $0.2 , textkg$
- Kecepatan awal ($v_awal$) = $+10 , textm/s$ (misal ke kanan positif)
- Kecepatan akhir ($v_akhir$) = $-20 , textm/s$ (ke kiri negatif)
Ditanya: Impuls ($I$)
Momentum awal: $pawal = mvawal = (0.2 , textkg)(10 , textm/s) = 2 , textkg.m/s$
Momentum akhir: $pakhir = mvakhir = (0.2 , textkg)(-20 , textm/s) = -4 , textkg.m/s$
Impuls: $I = Delta p = pakhir – pawal = (-4 , textkg.m/s) – (2 , textkg.m/s) = -6 , textkg.m/s$
Tanda negatif menunjukkan arah impuls berlawanan dengan arah kecepatan awal (ke kiri). Besarnya impuls adalah $6 , textkg.m/s$ atau $6 , textNs$.
Contoh Soal 6 (Hukum Kekekalan Momentum – Tumbukan):
Dua buah balok es meluncur di atas permukaan horizontal tanpa gesekan. Balok A bermassa $3 , textkg$ bergerak ke kanan dengan kecepatan $2 , textm/s$, dan balok B bermassa $2 , textkg$ bergerak ke kiri dengan kecepatan $4 , textm/s$. Keduanya bertumbukan dan menyatu (tumbukan tidak lenting sama sekali). Berapakah kecepatan kedua balok setelah bertumbukan?
Penyelesaian:
Diketahui:
- Massa balok A ($m_A$) = $3 , textkg$
- Kecepatan awal balok A ($v_A1$) = $+2 , textm/s$ (ke kanan positif)
- Massa balok B ($m_B$) = $2 , textkg$
- Kecepatan awal balok B ($v_B1$) = $-4 , textm/s$ (ke kiri negatif)
Ditanya: Kecepatan kedua balok setelah bertumbukan ($v_2$)
Momentum total sebelum tumbukan:
$p_total, awal = p_A + p_B = mA vA1 + mB vB1$
$ptotal, awal = (3 , textkg)(2 , textm/s) + (2 , textkg)(-4 , textm/s)$
$ptotal, awal = 6 , textkg.m/s – 8 , textkg.m/s = -2 , textkg.m/s$
Setelah tumbukan, kedua balok menyatu, sehingga massanya menjadi $m_total = m_A + m_B = 3 , textkg + 2 , textkg = 5 , textkg$. Kecepatan mereka sama, yaitu $v_2$.
Momentum total setelah tumbukan:
$p_total, akhir = (m_A + m_B) v2 = mtotal v_2 = (5 , textkg) v_2$
Menggunakan Hukum Kekekalan Momentum ($ptotal, awal = ptotal, akhir$):
$-2 , textkg.m/s = (5 , textkg) v_2$
$v_2 = frac-2 , textkg.m/s5 , textkg = -0.4 , textm/s$
Tanda negatif menunjukkan bahwa kedua balok bergerak ke kiri setelah bertumbukan dengan kecepatan $0.4 , textm/s$.
4. Fluida Statis dan Dinamis
Bagian ini menguji pemahaman siswa tentang sifat fluida (zat cair dan gas) dalam keadaan diam maupun bergerak.
Konsep Utama:
- Fluida Statis:
- Tekanan Hidrostatis: Tekanan yang diberikan oleh fluida karena beratnya. $P = rho gh$.
- Hukum Archimedes: Gaya apung yang dialami benda tenggelam dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan. $F_A = rhof Vtercelup g$.
- Hukum Pascal: Tekanan yang diberikan pada fluida tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
- Fluida Dinamis:
- Persamaan Kontinuitas: Laju aliran volume fluida konstan dalam pipa. $A_1v_1 = A_2v_2$.
- Persamaan Bernoulli: Menjelaskan hubungan antara tekanan, kecepatan, dan ketinggian fluida yang bergerak. $P + frac12rho v^2 + rho gh = textkonstan$.
Contoh Soal 7 (Fluida Statis – Archimedes):
Sebuah benda dicelupkan ke dalam air dan gaya apung yang dialaminya sebesar $50 , textN$. Jika massa jenis air $1000 , textkg/m^3$ dan percepatan gravitasi $10 , textm/s^2$, berapakah volume benda yang tercelup dalam air?
Penyelesaian:
Diketahui:
- Gaya apung ($F_A$) = $50 , textN$
- Massa jenis air ($rho_f$) = $1000 , textkg/m^3$
- Percepatan gravitasi ($g$) = $10 , textm/s^2$
Ditanya: Volume benda yang tercelup ($V_tercelup$)
Menggunakan Hukum Archimedes ($F_A = rhof Vtercelup g$):
$50 , textN = (1000 , textkg/m^3) times Vtercelup times (10 , textm/s^2)$
$50 , textN = (10000 , textkg/m^3texts^2) times Vtercelup$
$Vtercelup = frac50 , textN10000 , textkg/m^3texts^2$
Ingat $1 , textN = 1 , textkg.m/s^2$. Jadi, $Vtercelup = frac50 , textkg.m/s^210000 , textkg/m^3texts^2 = 0.005 , textm^3$.
Contoh Soal 8 (Fluida Dinamis – Bernoulli):
Air mengalir dalam pipa mendatar. Pada penampang pertama, luas penampang $A_1 = 10 , textcm^2$ dan kecepatan alirannya $v_1 = 2 , textm/s$. Pada penampang kedua, luas penampang $A_2 = 5 , textcm^2$. Berapakah kecepatan aliran air pada penampang kedua?
Penyelesaian:
Diketahui:
- Luas penampang 1 ($A_1$) = $10 , textcm^2 = 10 times 10^-4 , textm^2$
- Kecepatan aliran 1 ($v_1$) = $2 , textm/s$
- Luas penampang 2 ($A_2$) = $5 , textcm^2 = 5 times 10^-4 , textm^2$
Ditanya: Kecepatan aliran 2 ($v_2$)
Menggunakan Persamaan Kontinuitas ($A_1v_1 = A_2v_2$):
$(10 times 10^-4 , textm^2) times (2 , textm/s) = (5 times 10^-4 , textm^2) times v_2$
$20 times 10^-4 , textm^3/texts = (5 times 10^-4 , textm^2) times v_2$
$v_2 = frac20 times 10^-4 , textm^3/texts5 times 10^-4 , textm^2 = 4 , textm/s$
5. Gelombang Mekanik
Topik ini membahas tentang rambatan energi melalui medium, tidak merambatnya materi.
Konsep Utama:
- Jenis Gelombang: Transversal (getaran tegak lurus arah rambat) dan Longitudinal (getaran searah arah rambat).
- Besaran Gelombang:
- Amplitudo (A): Simpangan maksimum.
- Panjang Gelombang ($lambda$): Jarak satu bukit dan satu lembah atau jarak dua rapatan dan dua renggangan.
- Frekuensi (f): Jumlah gelombang yang melewati satu titik per satuan waktu.
- Periode (T): Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu panjang gelombang. $T = frac1f$.
- Cepat Rambat Gelombang (v): $v = lambda f = fraclambdaT$.
- Gelombang Berjalan: $y(x, t) = A sin(kx pm omega t)$, di mana $k = frac2pilambda$ dan $omega = 2pi f$.
Contoh Soal 9 (Gelombang Mekanik):
Gelombang transversal merambat pada tali dengan panjang gelombang $0.5 , textm$ dan frekuensi $10 , textHz$. Berapakah cepat rambat gelombang tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
- Panjang gelombang ($lambda$) = $0.5 , textm$
- Frekuensi ($f$) = $10 , textHz$
Ditanya: Cepat rambat gelombang ($v$)
Menggunakan persamaan $v = lambda f$:
$v = (0.5 , textm) times (10 , textHz)$
$v = 5 , textm/s$
Contoh Soal 10 (Gelombang Mekanik – Persamaan):
Persamaan gelombang berjalan adalah $y = 0.04 sin(20pi t – 0.5pi x)$, di mana $y$ dan $x$ dalam meter serta $t$ dalam detik. Tentukan:
(a) Amplitudo gelombang
(b) Panjang gelombang
(c) Frekuensi gelombang
(d) Cepat rambat gelombang
Penyelesaian:
Persamaan umum gelombang berjalan adalah $y = A sin(omega t – kx)$.
Kita punya $y = 0.04 sin(20pi t – 0.5pi x)$.
(a) Amplitudo ($A$):
Dari perbandingan, $A = 0.04 , textm$.
(b) Bilangan Gelombang ($k$):
Dari perbandingan, $k = 0.5pi , textm^-1$.
Kita tahu $k = frac2pilambda$.
$0.5pi = frac2pilambda$
$lambda = frac2pi0.5pi = 4 , textm$.
(c) Frekuensi Sudut ($omega$) dan Frekuensi ($f$):
Dari perbandingan, $omega = 20pi , textrad/s$.
Kita tahu $omega = 2pi f$.
$20pi = 2pi f$
$f = frac20pi2pi = 10 , textHz$.
(d) Cepat Rambat Gelombang ($v$):
Menggunakan $v = lambda f$:
$v = (4 , textm) times (10 , textHz) = 40 , textm/s$.
Atau menggunakan $v = fracomegak$:
$v = frac20pi , textrad/s0.5pi , textm^-1 = 40 , textm/s$.
Strategi Jitu Menghadapi UAS Fisika
- Pahami Konsep, Bukan Menghafal: Fisika adalah ilmu yang logis. Pastikan Anda benar-benar memahami konsep di balik setiap rumus. Mengapa rumus itu ada? Apa artinya setiap variabel?
- Pelajari Rumus Penting: Buatlah rangkuman rumus-rumus kunci untuk setiap topik. Pastikan Anda tahu kapan harus menggunakan rumus yang mana.
- Latihan Soal Variatif: Kerjakan berbagai jenis soal, mulai dari yang paling mudah hingga yang menantang. Gunakan contoh soal di atas sebagai dasar latihan Anda. Jangan ragu mencari soal-soal latihan tambahan dari buku paket, internet, atau bertanya kepada guru.
- Analisis Soal dengan Cermat: Sebelum menjawab, baca soal dengan teliti. Identifikasi besaran-besaran yang diketahui, besaran yang ditanya, dan kondisi khusus yang disebutkan dalam soal (misal: tanpa gesekan, kecepatan awal nol, tumbukan lenting sempurna/tidak sempurna).
- Buat Diagram: Untuk soal-soal yang melibatkan gerak atau gaya, membuat diagram benda bebas (free-body diagram) sangat membantu untuk memvisualisasikan gaya-gaya yang bekerja.
- Perhatikan Satuan: Selalu periksa satuan besaran yang Anda gunakan. Pastikan satuan konsisten sebelum melakukan perhitungan. Konversikan satuan jika diperlukan.
- Gunakan Kalkulator dengan Bijak: Jika diizinkan, gunakan kalkulator untuk membantu perhitungan. Namun, jangan terlalu bergantung padanya, terutama untuk soal-soal yang membutuhkan penalaran.
- Kelola Waktu dengan Baik: Saat ujian, alokasikan waktu Anda secara proporsional untuk setiap soal. Jangan terpaku pada satu soal yang sulit. Lewati terlebih dahulu dan kembali lagi jika ada waktu.
- Tulis Jawaban dengan Jelas: Tunjukkan langkah-langkah penyelesaian Anda secara rinci. Ini tidak hanya membantu guru menilai pekerjaan Anda, tetapi juga membantu Anda untuk memeriksa kembali logika berpikir Anda.
- Istirahat yang Cukup: Pastikan Anda mendapatkan istirahat yang cukup sebelum hari ujian. Otak yang segar akan bekerja lebih optimal.
Kesimpulan
UAS Fisika Kelas 11 SMK Semester 2 memang menantang, namun dengan pemahaman konsep yang kuat, latihan soal yang teratur, dan strategi yang tepat, Anda pasti bisa meraih hasil yang gemilang. Contoh-contoh soal di atas mencakup sebagian besar topik penting yang sering diujikan. Ingatlah bahwa kunci kesuksesan bukan hanya pada menghafal rumus, tetapi pada kemampuan mengaplikasikan konsep fisika dalam memecahkan berbagai permasalahan. Selamat belajar dan semoga sukses dalam UAS Anda!
