Menguasai UAS Fisika Kelas X Semester 1: Kumpulan Contoh Soal dan Pembahasan Lengkap

Menguasai UAS Fisika Kelas X Semester 1: Kumpulan Contoh Soal dan Pembahasan Lengkap

Ujian Akhir Semester (UAS) adalah momen krusial bagi setiap siswa untuk mengevaluasi pemahaman mereka terhadap materi yang telah diajarkan sepanjang semester. Khususnya untuk mata pelajaran Fisika di kelas X semester 1, yang menjadi fondasi bagi konsep-konsep fisika yang lebih kompleks di jenjang berikutnya, persiapan yang matang adalah kunci utama meraih nilai optimal. Materi Fisika kelas X semester 1 umumnya mencakup Besaran dan Satuan, Kinematika Gerak Lurus, Dinamika Gerak (Hukum Newton), Usaha dan Energi, serta Impuls dan Momentum.

Artikel ini dirancang sebagai panduan komprehensif yang berisi kumpulan contoh soal UAS Fisika kelas X semester 1, lengkap dengan pembahasan langkah demi langkah. Tujuannya adalah membantu siswa memahami pola soal, mengaplikasikan rumus dengan tepat, dan memperkuat konsep dasar fisika yang telah dipelajari. Mari kita selami lebih dalam!

I. Besaran dan Satuan

Topik ini adalah dasar dari semua pembelajaran fisika. Pemahaman tentang besaran pokok, besaran turunan, dimensi, dan konversi satuan sangat penting.

Contoh Soal Pilihan Ganda:

Soal 1:
Besaran berikut yang merupakan besaran pokok dalam Sistem Internasional (SI) adalah…
A. Gaya, massa, waktu
B. Panjang, massa, kuat arus listrik
C. Kecepatan, percepatan, suhu
D. Massa, volume, tekanan
E. Waktu, luas, intensitas cahaya

Pembahasan:
Besaran pokok adalah besaran yang satuannya didefinisikan secara mandiri dan tidak diturunkan dari besaran lain. Dalam Sistem Internasional (SI), ada tujuh besaran pokok, yaitu:

1. Panjang (meter)
2. Massa (kilogram)
3. Waktu (sekon)
4. Kuat arus listrik (ampere)
5. Suhu (kelvin)
6. Jumlah zat (mol)
7. Intensitas cahaya (kandela)

Dari pilihan yang ada, kombinasi yang benar adalah Panjang, massa, kuat arus listrik.

Jawaban: B

Soal 2:
Dimensi dari daya adalah…
A. [M][L]²[T]⁻¹
B. [M][L]²[T]⁻²
C. [M][L]²[T]⁻³
D. [M][L]³[T]⁻²
E. [M][L]³[T]⁻³

Pembahasan:
Daya (P) didefinisikan sebagai usaha (W) per satuan waktu (t), atau P = W/t.
Usaha (W) didefinisikan sebagai gaya (F) dikalikan perpindahan (s), atau W = F × s.
Gaya (F) didefinisikan sebagai massa (m) dikalikan percepatan (a), atau F = m × a.

Mari kita tentukan dimensi dari masing-masing besaran:

• Massa (m): [M]
• Percepatan (a): [L][T]⁻² (karena a = kecepatan/waktu = (panjang/waktu)/waktu)
• Gaya (F): [M] × [L][T]⁻² = [M][L][T]⁻²
• Usaha (W): [M][L][T]⁻² × [L] = [M][L]²[T]⁻²
• Waktu (t): [T]

Maka, dimensi Daya (P):
P = W/t = ([M][L]²[T]⁻²) / [T] = [M][L]²[T]⁻³

Jawaban: C

Contoh Soal Uraian:

Soal 3:
Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. Ubahlah kecepatan tersebut ke dalam satuan SI (meter/sekon).

Pembahasan:
Diketahui: Kecepatan (v) = 72 km/jam
Ditanya: Kecepatan dalam m/s

Untuk mengonversi km/jam ke m/s, kita perlu mengubah kilometer ke meter dan jam ke sekon.
1 km = 1000 meter
1 jam = 3600 sekon

v = 72 km/jam
v = 72 × (1000 meter / 3600 sekon)
v = 72 × (10 / 36) m/s
v = 2 × 10 m/s
v = 20 m/s

Jadi, kecepatan mobil adalah 20 m/s.

II. Kinematika Gerak Lurus

Bagian ini membahas gerak benda tanpa memperhatikan penyebab geraknya, meliputi Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB).

Contoh Soal Pilihan Ganda:

Soal 4:
Sebuah mobil bergerak dari keadaan diam dengan percepatan tetap 2 m/s². Jarak yang ditempuh mobil setelah 5 sekon adalah…
A. 10 m
B. 20 m
C. 25 m
D. 50 m
E. 100 m

Pembahasan:
Diketahui:
Kecepatan awal (v₀) = 0 m/s (karena dari keadaan diam)
Percepatan (a) = 2 m/s²
Waktu (t) = 5 s

Ditanya: Jarak tempuh (s)

Kita menggunakan rumus GLBB untuk jarak:
s = v₀t + ½at²

Substitusikan nilai-nilai yang diketahui:
s = (0 m/s)(5 s) + ½(2 m/s²)(5 s)²
s = 0 + ½(2)(25)
s = 25 meter

Jawaban: C

Soal 5:
Seorang pelari berlari lurus dengan kecepatan konstan 10 m/s selama 10 sekon, kemudian ia mengerem hingga berhenti dalam waktu 5 sekon. Jarak total yang ditempuh pelari tersebut adalah…
A. 100 m
B. 125 m
C. 150 m
D. 175 m
E. 200 m

Pembahasan:
Gerak pelari terbagi menjadi dua fase:
Fase 1: Gerak Lurus Beraturan (GLB)

• Kecepatan (v₁) = 10 m/s
• Waktu (t₁) = 10 s
• Jarak (s₁) = v₁ × t₁ = 10 m/s × 10 s = 100 m

Fase 2: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) – perlambatan

• Kecepatan awal (v₂) = 10 m/s (kecepatan akhir fase 1)
• Kecepatan akhir (v₃) = 0 m/s (berhenti)
• Waktu (t₂) = 5 s

Untuk mencari jarak pada fase 2 (s₂), kita bisa menggunakan rumus:
s₂ = (v₂ + v₃) / 2 × t₂
s₂ = (10 m/s + 0 m/s) / 2 × 5 s
s₂ = (10 / 2) × 5
s₂ = 5 × 5 = 25 m

Jarak total (s_total) = s₁ + s₂
s_total = 100 m + 25 m = 125 m

Jawaban: B

Contoh Soal Uraian:

Soal 6:
Sebuah batu dijatuhkan dari puncak gedung tanpa kecepatan awal. Jika batu tersebut menyentuh tanah setelah 3 sekon, hitunglah:
a. Ketinggian gedung.
b. Kecepatan batu saat menyentuh tanah.
(Gunakan percepatan gravitasi g = 10 m/s²)

Pembahasan:
Diketahui:
Kecepatan awal (v₀) = 0 m/s (dijatuhkan tanpa kecepatan awal)
Waktu (t) = 3 s
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s² (arah ke bawah, jadi positif dalam konteks gerak jatuh)

a. Ketinggian gedung (h):
Menggunakan rumus GLBB untuk jarak/ketinggian:
h = v₀t + ½gt²
h = (0 m/s)(3 s) + ½(10 m/s²)(3 s)²
h = 0 + ½(10)(9)
h = 5 × 9
h = 45 meter

Jadi, ketinggian gedung adalah 45 meter.

b. Kecepatan batu saat menyentuh tanah (v_akhir):
Menggunakan rumus GLBB untuk kecepatan akhir:
v_akhir = v₀ + gt
v_akhir = 0 m/s + (10 m/s²)(3 s)
v_akhir = 30 m/s

Jadi, kecepatan batu saat menyentuh tanah adalah 30 m/s.

III. Dinamika Gerak (Hukum Newton)

Topik ini membahas hubungan antara gaya, massa, dan gerak, serta jenis-jenis gaya seperti gaya gesek dan gaya berat.

Contoh Soal Pilihan Ganda:

Soal 7:
Sebuah balok bermassa 5 kg diletakkan di atas lantai mendatar yang kasar. Koefisien gesek statis antara balok dan lantai adalah 0,4 dan koefisien gesek kinetisnya 0,2. Jika balok ditarik dengan gaya mendatar sebesar 15 N, maka gaya gesek yang bekerja pada balok adalah… (g = 10 m/s²)
A. 10 N
B. 15 N
C. 20 N
D. 25 N
E. 50 N

Pembahasan:
Diketahui:
Massa balok (m) = 5 kg
Koefisien gesek statis (μs) = 0,4
Koefisien gesek kinetis (μk) = 0,2
Gaya tarik (F) = 15 N
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²

Langkah pertama adalah menghitung gaya normal (N). Karena balok di lantai mendatar, gaya normal sama dengan gaya berat (W).
W = m × g = 5 kg × 10 m/s² = 50 N
Jadi, N = 50 N.

Selanjutnya, hitung gaya gesek statis maksimum (fs_max) yang dapat ditahan oleh balok sebelum bergerak:
fs_max = μs × N = 0,4 × 50 N = 20 N

Bandingkan gaya tarik (F) dengan gaya gesek statis maksimum (fs_max):

• Jika F < fs_max, balok tetap diam, dan gaya gesek yang bekerja adalah sebesar gaya tarik (F).
• Jika F ≥ fs_max, balok akan bergerak, dan gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetis (fk).

Dalam kasus ini, F = 15 N dan fs_max = 20 N. Karena F < fs_max (15 N < 20 N), maka balok tidak bergerak. Gaya gesek yang bekerja pada balok adalah gaya gesek statis yang besarnya sama dengan gaya tarik yang diberikan, yaitu 15 N.

Jawaban: B

Contoh Soal Uraian:

Soal 8:
Dua balok A dan B masing-masing bermassa 2 kg dan 3 kg dihubungkan dengan tali dan diletakkan di atas lantai licin (tanpa gesekan). Balok B ditarik dengan gaya F sebesar 20 N seperti pada gambar.
(Anggap ada gambar: Balok A – Tali – Balok B -> Gaya F ke kanan)

Tentukan:
a. Percepatan sistem.
b. Tegangan tali penghubung antara balok A dan B.

Pembahasan:
Diketahui:
Massa balok A (mA) = 2 kg
Massa balok B (mB) = 3 kg
Gaya tarik (F) = 20 N
Lantai licin, berarti gaya gesek (f) = 0.

a. Percepatan sistem (a):
Karena kedua balok bergerak bersama sebagai satu sistem, kita dapat menggunakan Hukum II Newton untuk sistem secara keseluruhan:
ΣF = m_total × a
F = (mA + mB) × a
20 N = (2 kg + 3 kg) × a
20 N = 5 kg × a
a = 20 N / 5 kg
a = 4 m/s²

Jadi, percepatan sistem adalah 4 m/s².

b. Tegangan tali penghubung (T):
Untuk mencari tegangan tali, kita bisa meninjau salah satu balok secara terpisah. Mari kita tinjau balok A.
Pada balok A, hanya ada gaya tegangan tali (T) yang menariknya ke kanan.
Menggunakan Hukum II Newton untuk balok A:
ΣFA = mA × a
T = mA × a
T = 2 kg × 4 m/s²
T = 8 N

Jika kita tinjau balok B:
Pada balok B, ada gaya tarik F ke kanan dan gaya tegangan tali T ke kiri.
ΣFB = mB × a
F – T = mB × a
20 N – T = 3 kg × 4 m/s²
20 N – T = 12 N
T = 20 N – 12 N
T = 8 N

Kedua cara memberikan hasil yang sama, yaitu tegangan tali adalah 8 N.

IV. Usaha dan Energi

Materi ini membahas konsep usaha yang dilakukan oleh gaya, berbagai bentuk energi (kinetik, potensial), dan hukum kekekalan energi mekanik.

Contoh Soal Pilihan Ganda:

Soal 9:
Sebuah benda bermassa 2 kg mula-mula diam. Kemudian, benda tersebut didorong dengan gaya 10 N sejauh 5 meter searah dengan perpindahan. Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah…
A. 10 J
B. 20 J
C. 25 J
D. 50 J
E. 100 J

Pembahasan:
Diketahui:
Massa (m) = 2 kg (tidak relevan untuk menghitung usaha jika gaya dan perpindahan diketahui)
Gaya (F) = 10 N
Perpindahan (s) = 5 m
Arah gaya dan perpindahan searah, sehingga sudut (θ) = 0°, dan cos 0° = 1.

Usaha (W) didefinisikan sebagai W = F × s × cos θ.
W = 10 N × 5 m × cos 0°
W = 10 × 5 × 1
W = 50 Joule

Jawaban: D

Soal 10:
Sebuah bola bermassa 0,5 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Energi kinetik bola saat berada pada ketinggian 10 meter adalah… (g = 10 m/s²)
A. 25 J
B. 50 J
C. 75 J
D. 100 J
E. 125 J

Pembahasan:
Diketahui:
Massa (m) = 0,5 kg
Kecepatan awal (v₀) = 20 m/s
Ketinggian (h) = 10 m
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²

Kita bisa menggunakan hukum kekekalan energi mekanik atau mencari kecepatan pada ketinggian tersebut terlebih dahulu. Mari kita gunakan hukum kekekalan energi mekanik.

Energi Mekanik awal (EM₀) = Energi Kinetik awal (EK₀) + Energi Potensial awal (EP₀)
Pada awal, h₀ = 0 (di permukaan tanah), jadi EP₀ = 0.
EK₀ = ½mv₀² = ½(0,5 kg)(20 m/s)² = ½(0,5)(400) = 0,5 × 200 = 100 J
EM₀ = 100 J + 0 J = 100 J

Energi Mekanik pada ketinggian h (EM_h) = Energi Kinetik pada ketinggian h (EK_h) + Energi Potensial pada ketinggian h (EP_h)
EP_h = mgh = (0,5 kg)(10 m/s²)(10 m) = 50 J
EM_h = EK_h + 50 J

Menurut hukum kekekalan energi mekanik, EM₀ = EM_h.
100 J = EK_h + 50 J
EK_h = 100 J – 50 J
EK_h = 50 J

Jawaban: B

Contoh Soal Uraian:

Soal 11:
Sebuah benda bermassa 2 kg meluncur dari puncak bidang miring yang licin (tanpa gesekan) seperti gambar. Jika ketinggian puncak bidang miring adalah 5 meter, hitunglah kecepatan benda saat tiba di dasar bidang miring. (g = 10 m/s²)
(Anggap ada gambar: Bidang miring licin, benda di puncak ketinggian h=5m)

Pembahasan:
Diketahui:
Massa benda (m) = 2 kg (tidak relevan karena akan saling menghilangkan dalam rumus)
Ketinggian awal (h₁) = 5 m
Kecepatan awal (v₁) = 0 m/s (meluncur dari puncak, diasumsikan diam)
Ketinggian akhir (h₂) = 0 m (saat tiba di dasar)
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²

Ditanya: Kecepatan akhir (v₂)

Menggunakan Hukum Kekekalan Energi Mekanik:
EM₁ = EM₂
EK₁ + EP₁ = EK₂ + EP₂
½mv₁² + mgh₁ = ½mv₂² + mgh₂

Karena v₁ = 0 dan h₂ = 0, persamaan menjadi:
½m(0)² + mgh₁ = ½mv₂² + mg(0)
mgh₁ = ½mv₂²

Kita bisa menghilangkan massa (m) dari kedua sisi:
gh₁ = ½v₂²
(10 m/s²)(5 m) = ½v₂²
50 = ½v₂²
100 = v₂²
v₂ = √100
v₂ = 10 m/s

Jadi, kecepatan benda saat tiba di dasar bidang miring adalah 10 m/s.

V. Impuls dan Momentum

Topik terakhir di semester 1 ini membahas konsep impuls (perubahan momentum), momentum (ukuran kesukaran menghentikan gerak benda), serta hukum kekekalan momentum pada tumbukan.

Contoh Soal Pilihan Ganda:

Soal 12:
Sebuah bola golf bermassa 0,05 kg dipukul dengan stik sehingga bergerak dengan kecepatan 40 m/s. Jika stik menyentuh bola selama 0,01 sekon, besar gaya rata-rata yang diberikan stik pada bola adalah…
A. 50 N
B. 100 N
C. 150 N
D. 200 N
E. 400 N

Pembahasan:
Diketahui:
Massa bola (m) = 0,05 kg
Kecepatan awal (v₀) = 0 m/s (bola mula-mula diam)
Kecepatan akhir (v_akhir) = 40 m/s
Waktu kontak (Δt) = 0,01 s

Impuls (I) = perubahan momentum (Δp)
I = m(v_akhir – v₀)
I = 0,05 kg (40 m/s – 0 m/s)
I = 0,05 × 40
I = 2 Ns

Impuls juga didefinisikan sebagai gaya rata-rata (F) dikalikan waktu kontak (Δt):
I = F × Δt
2 Ns = F × 0,01 s
F = 2 Ns / 0,01 s
F = 200 N

Jawaban: D

Contoh Soal Uraian:

Soal 13:
Sebuah bola A bermassa 1 kg bergerak ke kanan dengan kecepatan 4 m/s menumbuk bola B bermassa 2 kg yang diam. Setelah tumbukan, bola A bergerak ke kiri dengan kecepatan 2 m/s. Tentukan kecepatan bola B setelah tumbukan.

Pembahasan:
Diketahui:
Massa bola A (mA) = 1 kg
Kecepatan awal bola A (vA₁) = +4 m/s (kita ambil arah ke kanan sebagai positif)
Massa bola B (mB) = 2 kg
Kecepatan awal bola B (vB₁) = 0 m/s (diam)
Kecepatan akhir bola A (vA₂) = -2 m/s (ke kiri, jadi negatif)

Ditanya: Kecepatan akhir bola B (vB₂)

Menggunakan Hukum Kekekalan Momentum:
Momentum total sebelum tumbukan = Momentum total setelah tumbukan
p_total₁ = p_total₂
mA.vA₁ + mB.vB₁ = mA.vA₂ + mB.vB₂

Substitusikan nilai-nilai yang diketahui:
(1 kg)(+4 m/s) + (2 kg)(0 m/s) = (1 kg)(-2 m/s) + (2 kg)(vB₂)
4 + 0 = -2 + 2vB₂
4 = -2 + 2vB₂
4 + 2 = 2vB₂
6 = 2vB₂
vB₂ = 6 / 2
vB₂ = +3 m/s

Karena hasilnya positif (+), ini berarti bola B bergerak ke kanan dengan kecepatan 3 m/s setelah tumbukan.

Tips Sukses Menghadapi UAS Fisika

1. Pahami Konsep Dasar: Jangan hanya menghafal rumus, tetapi pahami dari mana rumus itu berasal dan kapan harus menggunakannya. Fisika adalah tentang pemahaman konsep.
2. Latihan Soal Beragam: Semakin banyak jenis soal yang kamu kerjakan, semakin terbiasa kamu dengan berbagai variasi dan jebakan soal.
3. Buat Rangkuman Rumus: Kumpulkan semua rumus penting per bab dalam satu catatan singkat. Ini akan sangat membantu saat mereview.
4. Fokus pada Pembahasan: Setelah mengerjakan soal, jangan hanya melihat jawaban benar atau salah, tetapi pelajari langkah-langkah pembahasannya. Di situlah letak pembelajaran yang sebenarnya.
5. Manajemen Waktu: Latih diri untuk mengerjakan soal dalam batas waktu yang ditentukan, terutama untuk soal pilihan ganda.
6. Jaga Kondisi Fisik dan Mental: Tidur cukup, makan teratur, dan hindari stres berlebihan sebelum ujian. Pikiran yang tenang akan membantu kamu berpikir lebih jernih.
7. Jangan Ragu Bertanya: Jika ada konsep atau soal yang belum dipahami, segera tanyakan kepada guru atau teman.

Kesimpulan

Mempersiapkan diri untuk UAS Fisika kelas X semester 1 memang membutuhkan dedikasi dan latihan yang konsisten. Dengan memahami setiap contoh soal dan pembahasannya dalam artikel ini, diharapkan kamu mendapatkan gambaran yang jelas mengenai jenis soal yang mungkin muncul dan bagaimana cara menyelesaikannya. Ingatlah, kunci keberhasilan bukan hanya pada hasil akhir, melainkan pada proses belajar dan pemahaman yang mendalam. Selamat belajar dan semoga sukses dalam UAS-mu!