Soal Persiapan TKA Fisika SMA

Soal TKA Fisika SMA/MA – Paket Persiapan 25 Soal Lengkap

Nama Peserta	:
Tanggal Tes	:	-
Jumlah Soal	:	25 soal
Sisa Waktu	:	60:00

Petunjuk Pengerjaan Soal:
Waktu pengerjaan adalah 60 menit. Jika waktu habis, jawaban akan otomatis dievaluasi dan dikunci. Format pembobotan: Benar skor +4, Salah skor −1, dan Kosong skor 0.

1. Dinamika Rotasi – Momen Gaya (Torsi)

Saat berada di coffee shop, Raka mengamati seorang barista yang sedang memasang gagang penyaring kopi pada mesin kopi dengan memutarnya hingga terkunci yang dilakukan secara tegak lurus (gaya F = 40 N dengan panjang lengan r = 15 cm dari sumbu putar). Besar momen gaya yang timbul akibat putaran yang dilakukan barista adalah...

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 1

Kunci Jawaban: (C) 6 N·m
Pembahasan: Karena gaya bekerja tegak lurus terhadap lengan (θ = 90°):
τ = F × r = 40 N × 0,15 m = 6 N·m.

2. Kalor – Mekanisme Perpindahan Kalor (Konveksi)

Pada siang hari, daratan menerima kalor dari Matahari lebih cepat dibandingkan lautan. Akibatnya, udara di atas daratan menjadi lebih panas dan bergerak naik. Udara yang lebih dingin dari atas laut kemudian bergerak menggantikan udara panas tersebut sehingga terjadi angin laut. Peristiwa manakah yang menunjukkan mekanisme perpindahan kalor yang sama dengan fenomena pada ilustrasi tersebut?

(A) Tangan terasa hangat saat berada di dekat api unggun. (B) Memasak sayur dalam panci hingga air di dalamnya bergerak dan merata panasnya. (C) Gagang panci logam menjadi panas ketika digunakan memasak. (D) Pakaian berwarna hitam lebih cepat panas saat dijemur di bawah sinar Matahari. (E) Permukaan jalan aspal terasa panas pada siang hari karena terkena sinar Matahari.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 2

Kunci Jawaban: (B)
Pembahasan: Terjadinya angin laut merupakan contoh perpindahan kalor secara konveksi alamiah (disertai perpindahan partikel fluida). Memasak sayur dalam panci hingga air bersirkulasi juga menerapkan perpindahan kalor konveksi fluida.

3. Pengukuran – Mikrometer Sekrup (Diameter Dalam Pipa)

Gio ingin membuat wadah pipa untuk bola timah pemancing miliknya. Berdasarkan pengukuran mikrometer sekrup: diameter luar pipa terukur 12,23 mm dan ketebalan dinding pipa terukur 1,38 mm. Sehingga diameter dalam pipa adalah:
D_dalam = D_luar − 2 × (ketebalan) = 12,23 mm − 2(1,38 mm) = 12,23 − 2,76 = 9,47 mm.
Di antara beberapa bola timah berikut ini, diameter bola timah mana saja yang dapat masuk ke dalam wadah pipa yang dibuat? (Klik pada setiap jawaban benar! Jawaban benar lebih dari satu)

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 3

Kunci Jawaban: 8,45 mm dan 9,05 mm
Pembahasan: Agar bola timah dapat masuk ke dalam pipa, diameter bola harus lebih kecil dari diameter rongga dalam pipa (D_bola < 9,47 mm). Nilai yang memenuhi adalah 8,45 mm dan 9,05 mm.

4. Dinamika Rotasi – Menggelinding Murni pada Bidang Miring

Dua gulungan kabel diuji pada lintasan bidang miring kasar yang sama dari ketinggian yang sama tanpa tergelincir. Gulungan A adalah silinder pejal (k = 1/2) dan Gulungan B adalah silinder berongga tipis (k = 1). Keduanya bermassa dan berjari-jari sama. Bagaimana kondisi fisis kedua gulungan saat menuruni bidang miring? Tentukan Benar atau Salah untuk setiap pernyataan berikut:

Pernyataan	Benar	Salah
Waktu yang diperlukan gulungan A untuk mencapai dasar lintasan lebih lama dibandingkan gulungan B.
Kecepatan linear gulungan A lebih besar dibandingkan gulungan B saat mencapai dasar lintasan.
Percepatan sudut gulungan B lebih besar dibandingkan gulungan A saat menuruni lintasan.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 4

Kunci Jawaban: Salah, Benar, Salah
Pembahasan: Percepatan menggelinding: a = (g sin θ) / (1 + k). Karena nilai k Gulungan A (0,5) lebih kecil dari B (1), percepatan linear dan percepatan sudut Gulungan A lebih besar, sehingga mencapai dasar lebih cepat (waktu lebih singkat) dengan kecepatan akhir lebih tinggi.

5. Fluida Statis – Hukum Archimedes (Massa Jenis Fluida)

Bima melakukan percobaan menentukan massa jenis cairan pembersih lantai. Berat kelereng di udara terukur 0,98 N. Ketika dicelupkan seluruhnya ke dalam cairan pembersih, berat semunya menjadi 0,74 N. Volume kelereng adalah 24,5 cm³ (24,5 × 10⁻⁶ m³) dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m·s⁻². Berapakah massa jenis cairan pembersih tersebut?

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 5

Kunci Jawaban: (D) 979,6 kg·m⁻³
Pembahasan: Gaya ke atas Archimedes:
F_A = W_u − W_c = 0,98 − 0,74 = 0,24 N.
ρ_c = F_A / (g × V) = 0,24 / (9,8 × 24,5 × 10⁻⁶) ≈ 979,6 kg/m³.

6. Pemanasan Global – Analisis Data Lingkungan

Tahun ke-	Luas hutan (ha)	Suhu rata-rata (°C)	Ketinggian permukaan air laut
1	12.000	27,5	0
5	8.000	28,3	+7
10	6.000	29,1	+14

Data perubahan lingkungan selama 10 tahun menunjukkan luas hutan turun dari 12.000 ha menjadi 6.000 ha, suhu rata-rata naik dari 27,5°C menjadi 29,1°C, dan permukaan laut naik +14 cm. Pilihlah pernyataan yang menunjukkan hubungan yang benar akibat pemanasan global! (Jawaban benar lebih dari satu)

Penebangan hutan dalam jumlah besar menyebabkan peningkatan suhu global. Peningkatan suhu berkontribusi terhadap mencairnya es di kutub sehingga permukaan laut naik. Penurunan luas hutan meningkatkan fotosintesis dan mempercepat penurunan suhu global. Aktivitas manusia seperti deforestasi berkontribusi pada perubahan iklim secara signifikan. Kenaikan permukaan laut terjadi karena berkurangnya penguapan air laut akibat suhu tinggi.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 6

Kunci Jawaban: Pernyataan 1, 2, dan 4
Pembahasan: Deforestasi mengurangi penyerapan karbon dioksida sehingga suhu bumi meningkat. Kenaikan suhu global menyebabkan pencairan es kutub yang memicu kenaikan permukaan air laut.

7. Fluida Dinamis – Prinsip Kerja Cerobong Asap Pabrik

Cerobong asap didesain sedemikian rupa agar dapat melepas udara panas dan gas buang pembakaran ke atmosfer dengan efisien. Apa saja prinsip fisika yang digunakan pada cerobong asap tersebut? (Jawaban benar lebih dari satu)

Cerobong asap bagian atas bersuhu lebih tinggi sehingga udara di atas cerobong memiliki kerapatan dan tekanan yang lebih tinggi daripada bagian bawahnya. Udara di sekitar bagian atas bukaan cerobong bergerak cepat menyebabkan kenaikan tekanan udara. Tekanan udara dari dalam cerobong yang lebih besar mendorong asap naik ke atas dan keluar ke atmosfer. Tekanan udara yang rendah di bagian atas cerobong akibat angin yang bergerak cepat menarik asap naik dan keluar. Kecepatan angin di luar bukaan atas cerobong tidak mempengaruhi dorongan keluarnya asap dari dalam cerobong.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 7

Kunci Jawaban: Pernyataan 3 dan 4
Pembahasan: Asas Bernoulli menyatakan bahwa kelajuan udara yang tinggi di mulut cerobong menghasilkan tekanan yang lebih rendah dibandingkan tekanan di dasar cerobong, sehingga menciptakan perbedaan tekanan yang mendorong dan menarik asap keluar.

8. Metode Ilmiah – Evaluasi Prosedur Percobaan Kalor

Pada percobaan "Pengaruh Kalor terhadap Waktu Mencairnya Es", es batu 100 gram dipanaskan dengan pemanas listrik (50 W, 100 W, 150 W) lalu dicatat waktu hingga mencair seluruhnya. Berdasarkan rancangan percobaan, apa kelemahan dari percobaan tersebut sehingga mungkin diperoleh data yang tidak akurat?

(A) Stopwatch tidak digunakan untuk mencatat waktu pencairan es. (B) Es batu yang digunakan tidak disebut berasal dari bahan dan suhu awal yang sama. (C) Massa es yang digunakan terlalu besar untuk dicairkan dengan daya kecil. (D) Daya pemanas hanya digunakan pada nilai kelipatan 50 W. (E) Tidak dilakukan menggunakan massa es yang berbeda-beda.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 8

Kunci Jawaban: (B)
Pembahasan: Suhu awal es batu yang berbeda akan membutuhkan kalor peleburan awal yang berbeda pula, sehingga jika suhu awalnya tidak seragam, waktu pencairan tidak murni mencerminkan variasi daya pemanas.

9. Metode Ilmiah – Identifikasi Variabel Penelitian

Berdasarkan rancangan percobaan pengaruh kalor terhadap waktu mencairnya es batu pada soal nomor 8 di atas, pernyataan berikut yang tepat terkait variabel kontrol, variabel bebas, dan variabel terikat adalah...

(A) Variabel kontrol: massa es | Variabel bebas: waktu pencairan | Variabel terikat: daya pemanas (B) Variabel kontrol: massa es | Variabel bebas: daya pemanas | Variabel terikat: waktu pencairan (C) Variabel kontrol: volume es | Variabel bebas: waktu pencairan | Variabel terikat: daya pemanas (D) Variabel kontrol: waktu pencairan | Variabel bebas: daya pemanas | Variabel terikat: volume es (E) Variabel kontrol: daya pemanas | Variabel bebas: massa es | Variabel terikat: waktu pencairan

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 9

Kunci Jawaban: (B)
Pembahasan: Massa es dikontrol konstan (100 gram), daya pemanas merupakan variabel yang diubah-ubah secara bebas (50 W, 100 W, 150 W), dan waktu pencairan adalah variabel yang diukur hasilnya.

10. Kinematika – Kecepatan Relatif Vektor Pesawat

Sebuah pesawat perintis terbang dari Kota A menuju Kota B yang terletak di utara sejauh 400 km. Kecepatan jelajah pesawat terhadap udara tenang adalah 250 km/jam Di atmosfer bertiup angin kencang berkecepatan 150 km/jam dari arah barat ke timur.

Manakah pernyataan berikut yang benar agar misi penerbangan tiba tepat di Kota B? (Pilihlah lebih dari satu jawaban yang benar!)

A. Pilot harus mengarahkan hidung pesawat condong ke arah timur laut untuk memanfaatkan tiupan angin. B. Pilot harus mengarahkan hidung pesawat condong ke arah barat laut untuk mengimbangi dorongan angin ke timur. C. Kecepatan resultan pesawat bergerak lurus ke utara relatif terhadap tanah adalah 200 km/jam. D. Waktu tempuh perjalanan dari Kota A ke Kota B adalah 1,6 jam. E. Waktu tempuh perjalanan dari Kota A ke Kota B adalah 2,0 jam.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 10

Pembahasan:
Langkah Analisis Vektor Kecepatan Relatif
Arah Gerak Pesawat terhadap Udara:
Angin bertiup kencang ke arah timur dengan kecepatan v_angin = 150 km/jam. Agar lintasan gerak pesawat relatif terhadap tanah tetap lurus menuju Kota B di sebelah utara, komponen kecepatan pesawat pada sumbu barat-timur harus mengimbangi tiupan angin, yaitu sebesar 150 km/jam ke arah barat. Oleh karena itu, hidung pesawat harus diarahkan condong ke arah barat laut.

Kecepatan Resultan Relatif terhadap Tanah (v_tanah):
Menggunakan teorema Pythagoras pada segitiga vektor kecepatan:
v_tanah = √(v_pesawat² − v_angin²) = √(250² − 150²) = √(62.500 − 22.500) = √40.000 = 200 km/jam (lurus ke utara)

Waktu Tempuh (t):
Jarak dari Kota A ke Kota B adalah s = 400 km.
t = s / v_tanah = 400 km / (200 km/jam) = 2,0 jam

Kunci Jawaban: B, C, dan E

11. Kinematika – Analisis Grafik Kecepatan terhadap Waktu (v − t)

Perhatikan grafik kecepatan terhadap waktu (v − t) dari gerak sebuah partikel pada lintasan lurus sepanjang sumbu-x berikut:

Besar perpindahan dan jarak total yang ditempuh partikel selama 10 sekon pertama berturut-turut adalah...

A. 20 meter dan 40 meter B. 30 meter dan 50 meter C. 50 meter dan 50 meter D. 20 meter dan 80 meter E. 40 meter dan 80 meter

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 11

Pembahasan:
Untuk menentukan perpindahan dan jarak tempuh dari grafik v − t, hitung luas daerah antara kurva grafik dengan sumbu-t:
1. Luas di atas sumbu-t (t = 0 s sampai t = 6 s):
Grafik memotong sumbu-t (v = 0) pada titik tengah antara t = 4 s dan t = 8 s, yaitu pada t = 6 s. Bentuk daerah berupa trapesium dengan sisi sejajar 4 s dan 6 s, serta tinggi 10 m/s:
L₁ = [(4 + 6) / 2] × 10 = 50 m

2. Luas di bawah sumbu-t (t = 6 s sampai t = 10 s):
Bentuk daerah berupa trapesium dengan sisi sejajar 2 s (dari t = 8 s ke 10 s) dan 4 s (dari t = 6 s ke 10 s), serta tinggi 10 m/s:
L₂ = [(2 + 4) / 2] × 10 = 30 m

Perpindahan: Δx = L₁ − L₂ = 50 m − 30 m = 20 m
Jarak Total: s = L₁ + L₂ = 50 m + 30 m = 80 m

Jawaban yang benar adalah D. 20 meter dan 80 meter.

12. Kinematika – Gerak Lurus Beraturan dan Berubah Beraturan (Menyusul)

Dua mobil, Mobil P dan Mobil Q, bergerak pada lintasan lurus searah dan posisinya dicatat dari garis awal yang sama (x₀ = 0) pada t = 0 Grafik kecepatan terhadap waktu (v − t) kedua kendaraan digambarkan sebagai berikut:

Berdasarkan data grafik kedua gerak tersebut, manakah pernyataan berikut yang bernilai benar? (Pilihlah lebih dari satu jawaban yang benar!)

Pada detik ke-6, Mobil P berhasil menyusul Mobil Q. Pada saat t = 6 sekon, kedua mobil memiliki nilai kecepatan sesaat yang sama besar. Jarak pisah antara Mobil P dan Mobil Q mencapai nilai maksimum pada saat t = 6 sekon. Mobil P menempuh jarak 180 meter dalam selang waktu 6 sekon pertama. Mobil P menyusul Mobil Q tepat pada saat t = 12 sekon pada jarak 360 meter dari titik awal.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 12

Pembahasan:
Kecepatan Mobil Q (GLB): v_Q = 30 m/s konstan.
Percepatan Mobil P (GLBB): a_P = (30 − 0) / 6 = 5 m/s².

Analisis Setiap Pernyataan:
- Pada detik ke-6, Mobil P berhasil menyusul Mobil Q: SALAH. Pada t = 6 s, s_Q = 180 m dan s_P = 90 m.
- Pada saat t = 6 sekon, kedua mobil memiliki nilai kecepatan sesaat yang sama besar: BENAR (berpotongan di v = 30 m/s).
- Jarak pisah antara Mobil P dan Mobil Q mencapai nilai maksimum pada saat t = 6 sekon: BENAR (terjadi saat kelajuan keduanya sama).
- Mobil P menempuh jarak 180 meter dalam selang waktu 6 sekon pertama: SALAH (jarak Mobil P adalah 90 m).
- Mobil P menyusul Mobil Q tepat pada saat t = 12 sekon pada jarak 360 meter dari titik awal: BENAR. ½(5)t² = 30t ⇒ t = 12 s, s = 30 × 12 = 360 m.

Kunci Jawaban: Pernyataan 2, 3, dan 5

13. Kinematika – Gerak Vertikal ke Atas Dua Roket Uji

Dua roket uji mini, Roket X dan Roket Y, diluncurkan vertikal ke atas dari tanah dengan data kecepatan awal: v₀ᵧ = 45 m/s, v₀ₓ = 30 m/s. Percepatan gravitasi adalah 10 m·s⁻² dan hambatan udara diabaikan.

Untuk setiap pernyataan analisis berikut, tentukan apakah pernyataan berikut Benar atau Salah!

Pernyataan	Benar	Salah
A. Selisih jarak ketinggian kedua roket setelah meluncur selama 2 detik adalah 30 meter.
B. Roket X mencapai ketinggian maksimum pada detik ke-3.
C. Ketinggian maksimum yang dicapai Roket Y adalah dua kali lipat ketinggian maksimum Roket X.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 13

Pembahasan:
A. Selisih ketinggian setelah 2 detik: Δh = (v₀ᵧ − v₀ₓ)t = (45 − 30) × 2 = 30 meter. (Benar)
B. Waktu puncak Roket X: t = v₀ₓ / g = 30 / 10 = 3 sekon. (Benar)
C. Rasio tinggi maksimum: h_maks,Y / h_maks,X = (45/30)² = 2,25 kali lipat, bukan 2 kali lipat. (Salah)

Kunci Jawaban: A = Benar, B = Benar, C = Salah

14. Kinematika – Gerak Parabola Lempar Lembing

Dua atlet lempar lembing, Atlet X dan Atlet Y, melempar lembing dari ketinggian awal yang sama di permukaan tanah dengan kelajuan awal yang sama v₀ = 30 m/s. Atlet X melempar dengan sudut elevasi α = 30°, sedangkan Atlet Y melempar dengan sudut elevasi β = 60° (g = 10 m/s²). Hambatan udara diabaikan.

Manakah pernyataan berikut yang bernilai BENAR mengenai karakteristik perbandingan lintasan kedua lembing tersebut? (Pilihlah setiap jawaban yang benar! Jawaban benar lebih dari satu.)

Jangkauan mendatar terjauh (R) kedua lembing saat kembali menyentuh tanah bernilai sama besar. Lembing yang dilempar oleh Atlet Y melayang di udara dengan selang waktu √3 kali lebih lama dibandingkan lembing Atlet X. Lembing yang dilempar Atlet X memiliki kelajuan di titik puncak yang lebih kecil dibandingkan lembing Atlet Y. Ketinggian maksimum yang dicapai lembing Atlet Y adalah tiga kali lipat ketinggian maksimum lembing Atlet X. Kedua lembing memiliki percepatan gerak yang berbeda saat berada di titik tertinggi lintasannya.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 14

Pembahasan:
- Jangkauan terjauh: R = v₀² sin(2θ) / g. Sudut komplementer (30° dan 60°) dengan kelajuan awal sama menghasilkan R yang identik (Benar).
- Waktu di udara: t_Y / t_X = sin 60° / sin 30° = √3 (Benar).
- Kelajuan di puncak: v_x = v₀ cos θ. Atlet X (30 cos 30° = 15√3 m/s) lebih besar daripada Atlet Y (30 cos 60° = 15 m/s) (Salah).
- Tinggi maksimum: H_Y / H_X = sin²60° / sin²30° = 3 (Benar).
- Percepatan: Keduanya sama-sama hanya dipengaruhi percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s² ke bawah (Salah).

Kunci Jawaban: Pernyataan 1, 2, dan 4

15. Kinematika – Gerak Parabola Pelepasan Logistik Drone SAR

Sebuah pesawat nirawak (drone) SAR terbang mendatar pada ketinggian tetap h = 45 meter dengan kelajuan konstan v = 30 m/s Drone melepaskan sebuah kotak logistik darurat tanpa kecepatan awal relatif terhadap pesawat (g = 10 m/s² hambatan udara diabaikan).

Manakah pernyataan berikut yang bernilai BENAR mengenai gerak jatuh kotak logistik tersebut? (Pilihlah setiap jawaban yang benar! Jawaban benar lebih dari satu.)

Kotak logistik membutuhkan waktu 3 sekon sejak dilepaskan hingga menyentuh tanah. Komponen percepatan kotak pada arah mendatar bernilai 10 m/s². Jarak mendatar yang ditempuh kotak sejak titik pelepasan hingga mendarat di tanah adalah 90 meter. Sesaat sebelum menyentuh tanah, besar kelajuan total kotak adalah 30√2 m/s. Lintasan yang ditempuh kotak menurut pengamat di dalam drone berbentuk busur parabola melengkung.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 15

Pembahasan:
- Waktu jatuh vertikal: 45 = ½(10)t² ⇒ t = 3 sekon. (Benar)
- Percepatan mendatar bernilai nol (GLB mendatar). (Salah)
- Jarak horizontal: x = v₀ₓ · t = 30 × 3 = 90 meter. (Benar)
- Kelajuan akhir: v_x = 30 m/s, v_y = 10 × 3 = 30 m/s ⇒ v = √(30² + 30²) = 30√2 m/s. (Benar)
- Menurut pengamat di drone, kotak tampak jatuh lurus vertikal ke bawah karena posisi horizontalnya selalu sejajar. (Salah)

Kunci Jawaban: Pernyataan 1, 3, dan 4

16. Dinamika – Hukum Newton dan Gesekan pada Bak Truk

Sebuah truk ekspedisi sedang mengangkut sebuah kotak kayu bermassa 20 kg yang diletakkan di atas lantai bak terbuka tanpa diikat. Koefisien gesek statis antara kotak dan lantai bak truk adalah μ_s = 0,4, sedangkan koefisien gesek kinetisnya μ_k = 0,3 (percepatan gravitasi g = 10 m/s²). Awalnya, truk melaju lurus ke depan dengan kelajuan konstan 15 m/s. Tiba-tiba pengemudi melihat lampu lalu lintas menyala merah dan menginjak pedal rem, sehingga truk mengalami perlambatan tetap sebesar a = 5 m/s² hingga berhenti total.

Berdasarkan peristiwa tersebut, analisislah interaksi gaya dan gerak yang dialami kotak serta pilihlah setiap pernyataan yang BENAR! (Jawaban benar lebih dari satu)

Ketika truk melaju dengan kelajuan konstan, resultan gaya mendatar yang bekerja pada kotak bernilai nol sesuai dengan Hukum I Newton. Gaya gesek statis maksimum antara permukaan bawah kotak dan lantai bak truk adalah sebesar 80 N. Saat pengereman berlangsung, kotak tetap diam melekat terhadap lantai truk karena gaya gesek yang timbul mampu menahan kecenderungan gerak kotak. Terhadap pengamat diam di pinggir jalan, kotak bergerak meluncur maju relatif terhadap lantai bak truk karena kotak mempertahankan kecepatan awalnya (kelembaman). Gaya normal dari lantai truk pada kotak dan gaya berat kotak merupakan pasangan gaya aksi-reaksi menurut Hukum III Newton.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 16

Pembahasan:
- Gaya gesek statis maksimum: f_s,maks = μ_s · N = 0,4 × 200 = 80 N. Gaya yang dibutuhkan agar tidak slip: F = m · a = 20 × 5 = 100 N. Karena 100 N > 80 N, kotak slip dan meluncur ke depan.
- Pernyataan 1 Benar (kecepatan konstan ⇒ resultan gaya nol).
- Pernyataan 2 Benar (f_s,maks = 80 N).
- Pernyataan 3 Salah (kotak meluncur ke depan).
- Pernyataan 4 Benar (akibat sifat kelembaman).
- Pernyataan 5 Salah (gaya normal dan berat bekerja pada benda yang sama, bukan aksi-reaksi).

Kunci Jawaban: Pernyataan 1, 2, dan 4

17. Dinamika – Pasangan Gaya Aksi-Reaksi Hukum III Newton

Sebuah balok kayu diletakkan di atas sebuah meja datar yang kokoh di dalam ruangan. Balok berada dalam keadaan diam setimbang.

Diketahui beberapa gaya yang teridentifikasi dalam sistem tersebut adalah:
W = Gaya gravitasi Bumi yang menarik balok ke arah pusat Bumi (bawah).
W' = Gaya gravitasi balok yang menarik Bumi ke arah atas.
N = Gaya tegak lurus (normal) permukaan meja yang menopang balok ke arah atas.
N' = Gaya tekan balok terhadap permukaan meja ke arah bawah.

Manakah pernyataan berikut yang mendeskripsikan penerapan Hukum III Newton secara tepat? (Pilihlah lebih dari satu jawaban yang benar!)

Gaya W dan gaya N merupakan pasangan aksi-reaksi karena keduanya memiliki besar yang sama dan arahnya saling berlawanan. Gaya N (meja pada balok) dan gaya N' (balok pada meja) merupakan pasangan gaya aksi-reaksi sejati karena bekerja pada dua benda yang berbeda dan jenis gayanya sama. Pasangan gaya aksi-reaksi selalu bekerja pada dua objek yang berbeda, sehingga keduanya tidak pernah saling menjumlahkan menjadi resultan nol pada satu benda. Pasangan aksi-reaksi dari gaya berat W (Bumi menarik balok) adalah gaya W' (balok menarik Bumi) yang sama besar ke arah atas. Ketika balok dipindahkan ke atas meja yang lebih lunak hingga melengkung ke bawah, gaya aksi dari balok menjadi lebih besar daripada gaya reaksi dari meja.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 17

Pembahasan:
Pasangan aksi-reaksi harus bekerja pada dua benda berbeda, berlawanan arah, dan jenis gayanya sama.
- Pernyataan 1 Salah (N dan W bekerja pada balok yang sama).
- Pernyataan 2 Benar (N meja pada balok dan N' balok pada meja).
- Pernyataan 3 Benar (tidak pernah saling meniadakan pada satu benda).
- Pernyataan 4 Benar (W bumi pada balok pasangannya W' balok pada bumi).
- Pernyataan 5 Salah (aksi dan reaksi selalu sama besar dalam kondisi apa pun).

Kunci Jawaban: Pernyataan 2, 3, dan 4

18. Impuls dan Momentum – Konsep Selang Waktu Kontak

Seorang atlet lompat jauh selalu mendarat di bak pasir dengan cara menekuk kedua lututnya saat menyentuh pasir. Di sisi lain, mobil modern dirancang dengan bagian depan yang mudah ringsek (crumple zone) saat terjadi tabrakan.

Kedua peristiwa tersebut menerapkan konsep impuls dan momentum dengan tujuan utama yaitu...

A. Memperbesar perubahan momentum agar gaya impulsif yang dialami tubuh atau penumpang menjadi minimal. B. Memperpanjang selang waktu kontak sehingga gaya impulsif yang bekerja pada tubuh atau penumpang menjadi lebih kecil. C. Memperpendek selang waktu kontak agar impuls yang bekerja bernilai nol saat berhenti. D. Mengurangi energi kinetik secara instan tanpa menimbulkan gaya hambatan dari media pendaratan atau tabrakan. E. Memperbesar gaya impulsif agar kecepatan akhir benda berkurang lebih cepat.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 18

Pembahasan:
Hubungan impuls dan gaya benturan: F̄ = Δp / Δt. Dengan memperpanjang durasi waktu kontak (Δt), gaya impulsif rata-rata yang dialami tubuh atau penumpang menjadi jauh lebih kecil.

Jawaban yang benar adalah B.

19. Dinamika Rotasi – Torsi dan Hukum Kekekalan Momentum Sudut

Dua orang anak bermain jungkat-jungkit di taman. Papan jungkat-jungkit dapat berputar bebas pada penumpu di bagian tengahnya. Di tempat lain di taman yang sama, seorang atlet senam artistik sedang melakukan putaran di udara dengan cara merapatkan tangan dan kakinya ke dada (posisi tuck). Selain itu, pintu pagar dorong putar di taman dipasangi pegangan tepat di ujung luar daun pintu.

Manakah pernyataan-pernyataan berikut yang menjelaskan konsep momen gaya (torsi) dan momen inersia pada situasi di atas secara tepat? (Pilihlah lebih dari satu jawaban yang benar!)

Pegangan pintu diletakkan di tepi terluar daun pintu yang jauh dari engsel agar lengan gaya (r) semakin besar, sehingga gaya tekan yang dibutuhkan untuk membuka pintu menjadi lebih kecil. Pada jungkat-jungkit yang seimbang horizontal, anak yang memiliki berat badan lebih besar harus duduk lebih dekat ke poros tumpuan dibanding anak yang lebih ringan agar resultan momen gayanya nol (Στ = 0). Saat atlet senam menarik lengan dan kakinya mendekat ke sumbu putar badannya, momen inersianya bertambah besar sehingga ia berputar lebih lambat. Berdasarkan hukum kekekalan momentum sudut, mengecilnya momen inersia atlet saat meringkuk ke dada menyebabkan kecepatan sudut putarannya (w) meningkat pesat. Momen inersia suatu benda tegar hanya bergantung pada massa total benda tersebut dan tidak dipengaruhi oleh bagaimana massa tersebut terdistribusi relatif terhadap poros putarnya.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 19

Pembahasan:
- Pernyataan 1 Benar (τ = F · r, lengan r besar meminimalkan kebutuhan gaya F).
- Pernyataan 2 Benar (kesetimbangan torsi w₁ · r₁ = w₂ · r₂ mengharuskan beban berat berada lebih dekat ke poros).
- Pernyataan 3 Salah (merapatkan tubuh membuat momen inersia mengecil, bukan membesar).
- Pernyataan 4 Benar (hukum kekekalan momentum sudut L = I · ω, inersia mengecil menyebabkan ω meningkat pesat).
- Pernyataan 5 Salah (inersia bergantung kuat pada distribusi massa terhadap poros).

Kunci Jawaban: Pernyataan 1, 2, dan 4

20. Gelombang Bunyi – Resonansi Pipa Organa Tertutup

Seorang siswa melakukan eksperimen resonansi akustik dengan meniup bagian atas botol kaca silindris yang memiliki panjang total 60 cm. Botol tersebut diisi air hingga menyisakan kolom udara setinggi L = 20 cm dari bibir atas botol. Permukaan air di dalam botol berperan sebagai ujung tertutup pantul, sedangkan bibir botol berfungsi sebagai ujung terbuka (pipa organa tertutup). Cepat rambat bunyi di udara pada saat percobaan adalah v = 340 m/s.

Ketika bibir botol ditiup perlahan, terdengar dengungan bunyi nada dasar (f₀) Kemudian siswa tersebut meniupnya lebih kuat sehingga terbentuk resonansi pada nada atas pertama (f₁) Berdasarkan fenomena akustik dan data eksperimen tersebut, tentukan apakah setiap pernyataan berikut Benar atau Salah!

Pernyataan	Benar	Salah
A. Panjang gelombang bunyi untuk nada dasar yang dihasilkan oleh kolom udara tersebut adalah 0,8 meter.
B. Frekuensi nada dasar (f₀) yang dihasilkan saat ditiup perlahan adalah 425 Hz.
C. Jika siswa meniup lebih kuat hingga menghasilkan nada atas pertama (f₁), frekuensi gelombang bunyi yang terukur adalah 850 Hz.
D. Jika volume air ditambah sehingga kolom udara menjadi lebih pendek (L < 20 cm), maka nada bunyi yang dihasilkan akan terdengar semakin tinggi (melengking).

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 20

Pembahasan:
- A. Benar: λ₀ = 4L = 4 × 0,2 = 0,8 meter.
- B. Benar: f₀ = v / λ₀ = 340 / 0,8 = 425 Hz.
- C. Salah: Pada pipa organa tertutup f₁ = 3 × f₀ = 3 × 425 = 1.275 Hz (bukan 850 Hz).
- D. Benar: Frekuensi berbanding terbalik dengan L, kolom udara memendek membuat frekuensi membesar (melengking).

Kunci Jawaban: A = Benar, B = Benar, C = Salah, D = Benar

21. Gelombang Bunyi – Efek Doppler Kereta Api

Seorang petugas palang pintu kereta api yang sedang berdiri diam di posnya mendengar suara sirene lokomotif kereta yang sedang melaju mendekati stasiun pada lintasan lurus. Sirene lokomotif memancarkan bunyi dengan frekuensi asli 680 Hz. Cepat rambat bunyi di udara saat itu adalah 340 m/s. Jika frekuensi nada sirene yang terdeteksi oleh telinga petugas palang pintu terdengar meningkat menjadi 720 Hz, maka kelajuan lokomotif kereta api tersebut saat mendekati stasiun adalah...

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 21

Pembahasan:
Efek Doppler: f_p = [v / (v − v_s)] f_s
720 = [340 / (340 − v_s)] × 680 ⇒ 340 − v_s = 321,11 ⇒ v_s ≈ 18,9 m/s.

Jawaban yang benar adalah B. 18,9 m/s.

22. Optik – Sifat-Sifat Cahaya dan Pembentukan Bayangan

Perhatikan infografis teks dan skenario eksperimen sederhana berikut! Seorang siswa melakukan serangkaian pengamatan sifat cahaya di laboratorium sekolah: 1. Pembiasan Air Kolam, 2. Kaca Pembesar (Lup), 3. Serat Optik, 4. Cermin Rias (Cermin Cekung). Berdasarkan analisis sifat-sifat cahaya dan pembentukan bayangan pada peristiwa di atas, tentukan setiap pernyataan berikut yang BENAR! (Pilihlah semua pernyataan yang tepat)

Dasar kolam renang tampak lebih dangkal akibat pembiasan cahaya, di mana sinar yang datang dari air (medium lebih rapat) menuju udara (medium kurang rapat) dibiaskan menjauhi garis normal. Bayangan perangko yang dihasilkan oleh kaca pembesar (lup) saat benda berada di ruang I (antara O dan F) bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar. Sinyal cahaya dapat merambat di dalam inti (core) kabel serat optik tanpa bocor keluar karena menerapkan prinsip pemantulan internal total, yang mensyaratkan indeks bias inti lebih besar daripada indeks bias selubung (cladding). Cermin cekung yang digunakan untuk cermin rias menghasilkan bayangan wajah yang bersifat maya, tegak, dan diperbesar saat objek diletakkan lebih dekat daripada titik fokusnya (s < f). Sudut kritis pemantulan internal total akan tercapai ketika seberkas sinar merambat dari medium dengan indeks bias lebih kecil menuju medium dengan indeks bias lebih besar dengan sudut bias sebesar 90°.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 22

Pembahasan:
- Pernyataan 1 Benar (sinar dibiaskan menjauhi garis normal membuat dasar tampak lebih dangkal).
- Pernyataan 2 Salah (benda di ruang I lup menghasilkan bayangan maya, tegak, diperbesar).
- Pernyataan 3 Benar (pemantulan internal total mensyaratkan n_inti > n_selubung).
- Pernyataan 4 Benar (cermin cekung dengan s < f menghasilkan bayangan maya, tegak, diperbesar).
- Pernyataan 5 Salah (pemantulan internal total hanya terjadi saat merambat dari medium lebih rapat ke kurang rapat).

Kunci Jawaban: Pernyataan 1, 3, dan 4

23. Termodinamika – Hukum Gas Ideal dan Siklus Proses

Suatu gas ideal monoatomik sebanyak n = 2 mol terperangkap di dalam silinder tertutup yang dilengkapi piston yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Mula-mula, gas berada pada keadaan A dengan tekanan P_A = 2 × 10⁵ Pa, volume V_A = 4 liter (4 × 10⁻³ m³), dan suhu mutlak T_A = 300 K. Gas tersebut kemudian mengalami serangkaian proses termodinamika bertahap: 1. Proses A → B (Isobarik): Gas dipanaskan pada tekanan konstan hingga volumenya membesar menjadi dua kali lipat (V_B = 8 liter). 2. Proses B → C (Isokhorik): Piston dikunci sehingga volume gas tetap, lalu gas didinginkan hingga tekanannya turun kembali menjadi P_C = 1 × 10⁵ Pa. (Diketahui: tetapan umum gas ideal R = 8,314 J/mol·K, anggap gas berperilaku ideal). Berdasarkan analisis hukum-hukum gas ideal (Boyle, Charles, Gay-Lussac) dan persamaan keadaan gas pada proses di atas, manakah pernyataan-pernyataan berikut yang bernilai BENAR? (Pilihlah lebih dari satu jawaban yang benar!)

Pada proses A → B, suhu mutlak gas pada keadaan B meningkat menjadi dua kali suhu awalnya, yaitu bernilai 600 K. Usaha luar (W) yang dilakukan oleh gas selama memuai pada proses isobarik A → B adalah sebesar 800 Joule. Pada proses B → C, penurunan tekanan gas berbanding lurus dengan penurunan energi kinetik rata-rata partikel gas di dalam ruang tertutup. Suhu akhir gas pada keadaan C tepat sama dengan suhu awal gas pada keadaan A (T_C = T_A = 300 K). Jika pada keadaan awal A volume wadah diperkecil secara isotermal menjadi setengahnya (2 liter), maka tekanan gas akan turun menjadi 1 × 10⁵ Pa.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 23

Pembahasan:
- 1. Benar: T_B = T_A × (V_B/V_A) = 300 × (8/4) = 600 K.
- 2. Benar: W = P · ΔV = (2 × 10⁵) × (4 × 10⁻³) = 800 Joule.
- 3. Benar: Proses isokhorik P ∝ T dan energi kinetik EK̄ ∝ T, sehingga P ∝ EK̄.
- 4. Benar: T_C = 300 × [(1 × 10⁵ × 8) / (2 × 10⁵ × 4)] = 300 K.
- 5. Salah: Isotermal volume berkurang menjadi setengahnya menyebabkan tekanan naik menjadi 4 × 10⁵ Pa.

Kunci Jawaban: Pernyataan 1, 2, 3, dan 4

24. Listrik Statis – Medan Listrik Bola Konduktor Berongga

Sebuah bola konduktor berongga dengan jari-jari R = 10 cm berada di udara. Bola tersebut diberi muatan listrik positif sebesar q = +4 μC yang tersebar merata hanya pada permukaan luarnya. Seorang peneliti mengukur nilai kuat medan listrik (E) dari pusat bola (r = 0) hingga ke titik yang berjarak r = 30 cm di luar bola. Berdasarkan grafik dan karakteristik medan listrik konduktor bola berongga tersebut, pernyataan manakah yang paling tepat?

A. Kuat medan listrik bernilai konstan sebesar 3,6 × 10⁶ N/C di setiap titik di dalam rongga bola (0 ≤ r < 10 cm). B. Kuat medan listrik tepat di permukaan luar bola (r = 10 cm) bernilai maksimum yaitu 3,6 × 10⁶ N/C, dan di dalam bola (r < 10 cm) bernilai 0 N/C. C. Pada jarak r = 20 cm di luar bola, kuat medan listrik berkurang menjadi setengah dari nilai di permukaan, yaitu 1,8 × 10⁶ N/C. D. Di luar permukaan bola (r ≥ 10 cm), nilai kuat medan listrik berkurang secara linier berbanding terbalik terhadap jarak (E ∝ 1/r). E. Potensial listrik di pusat rongga bola (r = 0) bernilai nol karena kuat medan listriknya bernilai nol.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 24

Pembahasan:
Di dalam rongga bola konduktor medan listrik selalu nol (E = 0). Di permukaan kulit luar (r = R = 0,1 m), medan listrik bernilai maksimum E_maks = k · q / R² = (9 × 10⁹) × (4 × 10⁻⁶) / 0,01 = 3,6 × 10⁶ N/C. Di luar bola, medan berkurang secara kuadrat terbalik (E ∝ 1/r²).

Jawaban yang benar adalah B.

25. Listrik Dinamis – Hukum Ohm dan Rangkaian Tertutup Resistor

Sebuah sumber tegangan ggl ε = 24 V dengan hambatan dalam r = 1 Ω dihubungkan ke kombinasi tiga resistor: R₂ = 6 Ω, R₁ = 3 Ω, R₃ = 12 Ω. Ketika sakelar S ditutup, arus listrik mengalir secara stabil ke seluruh rangkaian. Berdasarkan analisis Hukum Ohm dan Hukum Kirchhoff pada rangkaian listrik di atas, tentukan setiap pernyataan berikut yang bernilai BENAR! (Pilihlah semua pernyataan yang tepat)

Hambatan luar total pengganti (R_total) dari ketiga resistor R₁, R₂, dan R₃ adalah sebesar 7 Ω. Kuat arus utama (I) yang keluar dari sumber tegangan saat sakelar ditutup adalah sebesar 3 Ampere. Tegangan jepit (V_jepit) antara kutub-kutub sumber tegangan saat arus mengalir adalah sebesar 21 Volt. Kuat arus listrik yang melewati resistor R₂ bernilai sama besar dengan kuat arus listrik yang melewati resistor R₃ yaitu masing-masing sebesar 1,5 Ampere. Daya disipasi listrik pada resistor R₁ adalah sebesar 27 Watt.

💡 Evaluasi & Pembahasan Soal 25

Pembahasan:
- R_p = (6 × 12) / (6 + 12) = 4 Ω ⇒ R_total = 3 + 4 = 7 Ω (Benar).
- Kuat arus utama: I = ε / (R_total + r) = 24 / (7 + 1) = 3 A (Benar).
- Tegangan jepit: V_jepit = I · R_total = 3 × 7 = 21 V (Benar).
- Arus cabang: V_p = 3 × 4 = 12 V ⇒ I₂ = 12/6 = 2 A dan I₃ = 12/12 = 1 A (arus tidak sama besar) (Salah).
- Daya resistor R₁: P₁ = I² · R₁ = 3² × 3 = 27 Watt (Benar).

Kunci Jawaban: Pernyataan 1, 2, 3, dan 5

Rangkaian 25 soal ini menggabungkan uji kompetensi Kinematika, Dinamika Rotasi, Mekanika Fluida, Gelombang Akustik, dan Termodinamika untuk persiapan TKA Fisika SMA.

💡 Tips Belajar: Pahami analisis vektor, prinsip kekekalan, serta interpretasi grafik fisis untuk menaklukkan soal-soal HOTS berikutnya.

FISIKA-OK3

Latihan 25 Soal TO TKA Fisika Sesuai Standar Pusmendik-P2

Soal Persiapan TKA Fisika SMA

Latihan 25 Soal TO TKA Fisika Sesuai Standar Pusmendik-P2

Soal Persiapan TKA Fisika SMA

Oops, Lupa Isi Nama