Menguasai Fisika Semester 2 Kelas 1 SMK: Panduan Lengkap dengan Contoh Soal dan Pembahasan

Fisika, sebagai ilmu yang mempelajari alam semesta dari skala terkecil hingga terbesar, seringkali dianggap sebagai mata pelajaran yang menantang. Namun, bagi siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) di semester 2 kelas 1, pemahaman fisika menjadi fondasi penting untuk menunjang kompetensi kejuruan yang akan mereka tekuni. Semester 2 biasanya mencakup topik-topik yang lebih mendalam dan aplikatif, yang secara langsung maupun tidak langsung berhubungan dengan dunia industri dan teknologi.

Artikel ini akan mengupas tuntas beberapa topik kunci dalam fisika semester 2 kelas 1 SMK, dilengkapi dengan contoh-contoh soal yang relevan beserta pembahasan mendalam. Tujuannya adalah untuk membekali Anda dengan pemahaman yang kokoh, strategi penyelesaian soal yang efektif, dan kepercayaan diri dalam menghadapi ujian maupun aplikasi praktis di masa depan.

Topik Kunci dalam Fisika Semester 2 Kelas 1 SMK

Meskipun kurikulum dapat bervariasi antar sekolah dan program kejuruan, beberapa topik umum yang sering dibahas di semester 2 kelas 1 SMK meliputi:

Termodinamika: Mempelajari tentang panas, suhu, energi, dan bagaimana energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Ini mencakup konsep seperti kalor, perpindahan panas, usaha, dan hukum-hukum termodinamika.
Gelombang dan Bunyi: Menjelaskan fenomena gelombang mekanik, seperti gelombang transversal dan longitudinal, serta karakteristiknya seperti amplitudo, panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat. Topik ini juga mencakup sifat-sifat bunyi, resonansi, dan efek Doppler.
Gelombang Cahaya dan Optik Geometri: Membahas sifat-sifat cahaya sebagai gelombang, interferensi, difraksi, dan polarisasi. Bagian optik geometri lebih fokus pada pemantulan dan pembiasan cahaya oleh cermin dan lensa, serta pembentukan bayangan.
Listrik Dinamis Sederhana: Mengenalkan konsep arus listrik, tegangan, hambatan, serta hukum Ohm. Topik ini juga mencakup rangkaian seri dan paralel, daya listrik, dan energi listrik.

Mari kita selami masing-masing topik ini dengan contoh soal yang representatif.

1. Termodinamika: Memahami Energi dan Panas

Termodinamika adalah studi tentang hubungan antara panas, kerja, dan energi. Konsep-konsep dasar seperti suhu, kalor, dan perpindahan panas sangat krusial.

Konsep Penting:

Kalor: Energi yang berpindah karena perbedaan suhu.
Perpindahan Panas: Konduksi (melalui zat padat), Konveksi (melalui aliran fluida), Radiasi (melalui gelombang elektromagnetik).
Kapasitas Kalor (C): Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1°C (atau 1 K). $C = mc$, di mana $m$ adalah massa dan $c$ adalah kalor jenis.
Kalor Jenis (c): Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1°C (atau 1 K).
Perubahan Wujud: Kalor laten (kalor yang dibutuhkan untuk mengubah wujud tanpa perubahan suhu).

Contoh Soal 1:

Sebuah panci berisi 2 kg air dipanaskan dari suhu 20°C hingga 70°C. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C, berapakah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air tersebut?

Pembahasan Soal 1:

Untuk menghitung jumlah kalor yang dibutuhkan, kita dapat menggunakan rumus:

$Q = mcDelta T$

Dimana:

$Q$ adalah jumlah kalor (Joule)
$m$ adalah massa benda (kg)
$c$ adalah kalor jenis zat (J/kg°C)
$Delta T$ adalah perubahan suhu (°C)

Diketahui:

$m = 2$ kg
$c = 4200$ J/kg°C
Suhu awal ($T_1$) = 20°C
Suhu akhir ($T_2$) = 70°C
$Delta T = T_2 – T_1 = 70°C – 20°C = 50°C$

Maka, jumlah kalor yang dibutuhkan adalah:

$Q = (2 text kg) times (4200 text J/kg°C) times (50°C)$
$Q = 2 times 4200 times 50$ Joule
$Q = 420000$ Joule

Jadi, jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air tersebut adalah 420.000 Joule.

Contoh Soal 2:

Sebuah ketel berisi 0.5 kg air pada suhu 25°C. Ketel tersebut dipanaskan hingga seluruh air mendidih dan sebagian menguap. Jika kalor jenis air 4200 J/kg°C dan kalor uap air 2.260.000 J/kg, berapakah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air dari 25°C menjadi 100°C dan kemudian menguapkan sebagian air tersebut hingga menjadi uap seluruhnya? (Asumsikan kalor yang dibutuhkan untuk mendidihkan air hingga menjadi uap seluruhnya sudah tercakup dalam kalor uap).

Pembahasan Soal 2:

Soal ini melibatkan dua tahap: menaikkan suhu air hingga mendidih (100°C), lalu menguapkan air pada suhu tetap 100°C.

Tahap 1: Menaikkan suhu air dari 25°C ke 100°C

Menggunakan rumus yang sama seperti Soal 1:
$Q_1 = mcDelta T$

Diketahui:

$m = 0.5$ kg
$c = 4200$ J/kg°C
$Delta T = 100°C – 25°C = 75°C$

$Q_1 = (0.5 text kg) times (4200 text J/kg°C) times (75°C)$
$Q_1 = 0.5 times 4200 times 75$ Joule
$Q_1 = 157500$ Joule

Tahap 2: Menguapkan air pada suhu 100°C

Untuk perubahan wujud (menguap), kita menggunakan kalor laten penguapan:
$Q_2 = mL$

Dimana:

$L$ adalah kalor laten penguapan (J/kg)

Diketahui:

$m = 0.5$ kg
$L = 2.260.000$ J/kg

$Q_2 = (0.5 text kg) times (2.260.000 text J/kg)$
$Q_2 = 1.130.000$ Joule

Total Kalor yang Dibutuhkan:

Total kalor adalah jumlah kalor dari kedua tahap:
$Q_texttotal = Q_1 + Q2$
$Qtexttotal = 157500 text Joule + 1.130.000 text Joule$
$Q_texttotal = 1.287.500$ Joule

Jadi, total kalor yang dibutuhkan adalah 1.287.500 Joule.

2. Gelombang dan Bunyi: Getaran yang Merambat

Gelombang adalah gangguan yang merambat melalui medium atau ruang, membawa energi. Bunyi adalah salah satu contoh gelombang mekanik yang dapat didengar oleh telinga manusia.

Konsep Penting:

Gelombang Transversal: Getaran tegak lurus arah rambat (misal: gelombang pada tali, gelombang cahaya).
Gelombang Longitudinal: Getaran searah arah rambat (misal: gelombang bunyi, gelombang pegas).
Amplitudo (A): Simpangan maksimum dari titik kesetimbangan.
Panjang Gelombang ($lambda$): Jarak antara dua puncak atau dua lembah yang berdekatan.
Frekuensi (f): Jumlah getaran atau gelombang yang terjadi dalam satu detik (Hz).
Periode (T): Waktu yang dibutuhkan untuk satu getaran atau satu gelombang (detik). $T = 1/f$.
Cepat Rambat Gelombang (v): Jarak yang ditempuh gelombang per satuan waktu. $v = lambda f = lambda / T$.
Intensitas Bunyi (I): Daya bunyi per satuan luas.
Taraf Intensitas Bunyi (TI): Tingkat kenyaringan bunyi dalam satuan desibel (dB).

Contoh Soal 3:

Sebuah gelombang pada permukaan air memiliki panjang gelombang 0.5 meter dan frekuensi 2 Hz. Berapakah cepat rambat gelombang tersebut?

Pembahasan Soal 3:

Untuk menghitung cepat rambat gelombang, kita gunakan rumus:

$v = lambda f$

Dimana:

$v$ adalah cepat rambat gelombang (m/s)
$lambda$ adalah panjang gelombang (m)
$f$ adalah frekuensi (Hz)

Diketahui:

$lambda = 0.5$ meter
$f = 2$ Hz

Maka, cepat rambat gelombang tersebut adalah:

$v = (0.5 text m) times (2 text Hz)$
$v = 1$ m/s

Jadi, cepat rambat gelombang tersebut adalah 1 m/s.

Contoh Soal 4:

Dua buah sumber bunyi identik bergetar dengan frekuensi 500 Hz. Jika sumber bunyi pertama menghasilkan taraf intensitas 70 dB, berapakah taraf intensitas bunyi yang dihasilkan oleh kedua sumber bunyi jika keduanya berbunyi bersamaan?

Pembahasan Soal 4:

Ketika dua sumber bunyi identik berbunyi bersamaan, intensitas totalnya akan menjadi dua kali intensitas satu sumber. Namun, yang ditanyakan adalah taraf intensitas.

Rumus umum untuk taraf intensitas bunyi dari $N$ sumber identik yang berbunyi bersamaan adalah:

$TI_N = TI_1 + 10 log N$

Dimana:

$TI_N$ adalah taraf intensitas dari $N$ sumber (dB)
$TI_1$ adalah taraf intensitas dari satu sumber (dB)
$N$ adalah jumlah sumber

Diketahui:

$TI_1 = 70$ dB
$N = 2$ (karena ada dua sumber bunyi)

Maka, taraf intensitas bunyi yang dihasilkan oleh kedua sumber bunyi adalah:

$TI_2 = 70 text dB + 10 log 2$
$TI_2 = 70 text dB + 10 times 0.301$ (nilai $log 2 approx 0.301$)
$TI_2 = 70 text dB + 3.01$ dB
$TI_2 = 73.01$ dB

Jadi, taraf intensitas bunyi yang dihasilkan oleh kedua sumber bunyi jika berbunyi bersamaan adalah sekitar 73.01 dB.

3. Gelombang Cahaya dan Optik Geometri: Sifat Cahaya dan Pemanfaatannya

Cahaya memiliki sifat gelombang dan juga sifat partikel. Optik geometri mempelajari pemantulan dan pembiasan cahaya yang melibatkan cermin dan lensa.

Konsep Penting:

Pemantulan Cahaya: Perubahan arah rambat cahaya ketika mengenai permukaan datar. Hukum Pemantulan: sudut datang sama dengan sudut pantul.
Pembiasan Cahaya: Perubahan arah rambat cahaya ketika melewati dua medium berbeda. Hukum Snellius: $n_1 sin theta_1 = n_2 sin theta_2$.
Cermin Datar: Menghasilkan bayangan maya, tegak, dan sama besar.
Cermin Cekung: Dapat membentuk bayangan nyata atau maya, tergantung posisi benda.
Cermin Cembung: Selalu membentuk bayangan maya, tegak, dan diperkecil.
Lensa Cembung (Konveks): Mengumpulkan sinar (konvergen). Dapat membentuk bayangan nyata atau maya.
Lensa Cekung (Konkaf): Menyebarkan sinar (divergen). Selalu membentuk bayangan maya, tegak, dan diperkecil.
Rumus Lensa/Cermin: $frac1f = frac1s + frac1s’$
Perbesaran (M): $M = frach’h = fracs’s$

Contoh Soal 5:

Sebuah benda diletakkan di depan cermin cekung yang memiliki jari-jari kelengkungan 20 cm. Jika jarak benda ke cermin adalah 15 cm, di manakah bayangan akan terbentuk dan bagaimana sifatnya?

Pembahasan Soal 5:

Pertama, kita perlu menentukan titik fokus ($f$) dari cermin cekung. Jari-jari kelengkungan ($R$) adalah dua kali panjang fokus ($f$), jadi $f = R/2$.

Diketahui:

$R = 20$ cm
$f = 20 text cm / 2 = 10$ cm (karena cermin cekung, fokus bernilai positif)
Jarak benda ($s$) = 15 cm

Kita gunakan rumus lensa/cermin:
$frac1f = frac1s + frac1s’$

$frac110 = frac115 + frac1s’$

Untuk mencari $frac1s’$, kita pindahkan $frac115$ ke sisi kiri:
$frac1s’ = frac110 – frac115$

Samakan penyebutnya (KPK dari 10 dan 15 adalah 30):
$frac1s’ = frac330 – frac230$
$frac1s’ = frac130$

Maka, jarak bayangan ($s’$) adalah:
$s’ = 30$ cm

Karena $s’$ bernilai positif, bayangan terbentuk di depan cermin (di sisi yang sama dengan benda) dan bersifat nyata.

Selanjutnya, kita hitung perbesaran untuk mengetahui sifat bayangan lainnya:
$M = fracs’s$
$M = frac30 text cm15 text cm$
$M = 2$

Karena $M > 1$, bayangan diperbesar. Karena bayangan nyata, maka sifatnya terbalik.

Jadi, bayangan akan terbentuk pada jarak 30 cm di depan cermin, bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar.

4. Listrik Dinamis Sederhana: Aliran Elektron

Listrik dinamis mempelajari muatan listrik yang bergerak, yaitu arus listrik. Konsep dasar seperti tegangan, arus, dan hambatan sangat fundamental.

Konsep Penting:

Arus Listrik (I): Laju aliran muatan listrik. Satuannya Ampere (A). $I = Q/t$.
Tegangan Listrik (V): Perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian. Satuannya Volt (V).
Hambatan Listrik (R): Kemampuan suatu benda untuk menghambat aliran arus listrik. Satuannya Ohm ($Omega$).
Hukum Ohm: $V = IR$
Rangkaian Seri: Komponen disusun berurutan. Arus sama di setiap komponen, tegangan terbagi. $R_total = R_1 + R_2 + …$
Rangkaian Paralel: Komponen disusun bercabang. Tegangan sama di setiap komponen, arus terbagi. $frac1R_total = frac1R_1 + frac1R_2 + …$
Daya Listrik (P): Energi yang digunakan per satuan waktu. $P = VI = I^2R = V^2/R$.
Energi Listrik (W): $W = P times t = VIt = I^2Rt = (V^2/R)t$.

Contoh Soal 6:

Sebuah lampu memiliki hambatan 20 $Omega$ dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V. Berapakah kuat arus yang mengalir pada lampu tersebut?

Pembahasan Soal 6:

Kita gunakan Hukum Ohm: $V = IR$.

Diketahui:

$V = 12$ V
$R = 20 Omega$

Untuk mencari kuat arus ($I$):
$I = fracVR$
$I = frac12 text V20 Omega$
$I = 0.6$ A

Jadi, kuat arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah 0.6 Ampere.

Contoh Soal 7:

Dua buah resistor, $R_1 = 10 Omega$ dan $R_2 = 30 Omega$, dirangkai secara paralel. Rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan 24 V. Hitunglah:
a. Hambatan total rangkaian.
b. Kuat arus total yang mengalir.
c. Kuat arus yang mengalir pada $R_1$.

Pembahasan Soal 7:

a. Hambatan total rangkaian:
Karena dirangkai paralel, kita gunakan rumus:
$frac1R_total = frac1R_1 + frac1R2$
$frac1Rtotal = frac110 Omega + frac130 Omega$

Samakan penyebutnya (KPK dari 10 dan 30 adalah 30):
$frac1Rtotal = frac330 Omega + frac130 Omega$
$frac1Rtotal = frac430 Omega$

$Rtotal = frac30 Omega4$
$Rtotal = 7.5 Omega$

b. Kuat arus total yang mengalir:
Menggunakan Hukum Ohm untuk rangkaian total: $Itotal = fracVtotalR_total$

Diketahui:

$V_total = 24$ V
$R_total = 7.5 Omega$

$Itotal = frac24 text V7.5 Omega$
$Itotal = 3.2$ A

c. Kuat arus yang mengalir pada $R_1$:
Pada rangkaian paralel, tegangan pada setiap komponen sama dengan tegangan sumber. Jadi, tegangan pada $R_1$ adalah 24 V.
Menggunakan Hukum Ohm untuk $R_1$: $I_1 = fracV_1R_1$

Diketahui:

$V_1 = 24$ V
$R_1 = 10 Omega$

$I_1 = frac24 text V10 Omega$
$I_1 = 2.4$ A

Untuk mengecek, kita bisa hitung arus pada $R_2$:
$I_2 = fracV_2R2 = frac24 text V30 Omega = 0.8$ A
$Itotal = I_1 + I_2 = 2.4 text A + 0.8 text A = 3.2$ A. Hasilnya konsisten.

Jadi,
a. Hambatan total rangkaian adalah 7.5 $Omega$.
b. Kuat arus total yang mengalir adalah 3.2 A.
c. Kuat arus yang mengalir pada $R_1$ adalah 2.4 A.

Tips Jitu Menguasai Fisika

Pahami Konsep Dasar: Jangan hanya menghafal rumus. Pastikan Anda benar-benar memahami konsep di balik setiap rumus.
Latihan Soal Bervariasi: Kerjakan berbagai jenis soal, mulai dari yang paling mudah hingga yang menantang. Perhatikan pola penyelesaiannya.
Analisis Soal: Sebelum mengerjakan, baca soal dengan cermat. Identifikasi informasi yang diketahui, yang ditanya, dan konsep fisika yang relevan.
Buat Catatan Ringkas: Buat rangkuman rumus dan konsep penting. Ini akan sangat membantu saat mengulang materi.
Diskusi dengan Teman: Belajar bersama teman dapat membantu Anda memahami materi yang sulit dan mendapatkan perspektif baru.
Manfaatkan Sumber Belajar: Gunakan buku teks, modul, video pembelajaran online, dan bertanya kepada guru jika ada kesulitan.
Kaitkan dengan Kejuruan: Cobalah untuk menghubungkan konsep fisika yang dipelajari dengan bidang kejuruan yang Anda ambil. Ini akan membuat belajar menjadi lebih menarik dan relevan.

Kesimpulan

Fisika semester 2 kelas 1 SMK dirancang untuk memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang fenomena alam dan penerapannya. Topik seperti termodinamika, gelombang, optik, dan listrik dinamis sangat penting untuk membangun dasar pengetahuan yang kuat bagi siswa SMK. Dengan memahami konsep-konsep inti, berlatih soal secara konsisten, dan menerapkan strategi belajar yang efektif, Anda dapat menguasai fisika dan meraih kesuksesan di bidang kejuruan yang Anda pilih. Ingatlah, fisika bukan hanya tentang rumus, tetapi tentang cara memahami dunia di sekitar kita.