Contoh Soal Fisika Kelas 12: Pembahasan Lengkap

Pendahuluan

Fisika kelas 12 SMA merupakan fondasi penting untuk memahami konsep-konsep fisika yang lebih mendalam di tingkat perguruan tinggi. Materi yang dipelajari meliputi listrik statis, listrik dinamis, kemagnetan, induksi elektromagnetik, relativitas, fisika kuantum, dan fisika inti. Menguasai materi ini tidak hanya penting untuk menghadapi ujian, tetapi juga untuk mengembangkan kemampuan berpikir logis dan analitis. Artikel ini akan membahas berbagai contoh soal fisika kelas 12 yang sering muncul, lengkap dengan pembahasan yang jelas dan mudah dipahami.

I. Listrik Statis

Listrik statis membahas tentang muatan listrik yang diam dan interaksi antar muatan tersebut.

• A. Hukum Coulomb

  Hukum Coulomb menjelaskan gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan listrik. Persamaannya adalah:

  F = k * |q1 * q2| / r^2

  di mana:

  • F adalah gaya Coulomb (N)
  • k adalah konstanta Coulomb (9 x 10^9 Nm²/C²)
  • q1 dan q2 adalah muatan listrik (C)
  • r adalah jarak antara dua muatan (m)

  Contoh Soal:

  Dua muatan listrik masing-masing 4 μC dan -8 μC terpisah sejauh 6 cm. Hitunglah gaya Coulomb antara kedua muatan tersebut!

  Pembahasan:

  1. Ubah satuan μC menjadi C: q1 = 4 x 10^-6 C, q2 = -8 x 10^-6 C
  2. Ubah satuan cm menjadi m: r = 6 x 10^-2 m

  3. Substitusikan nilai ke dalam rumus:

     F = (9 x 10^9 Nm²/C²) * |(4 x 10^-6 C) * (-8 x 10^-6 C)| / (6 x 10^-2 m)²
     F = (9 x 10^9) * (32 x 10^-12) / (36 x 10^-4)
     F = 80 N

  Karena salah satu muatan negatif, maka gaya Coulomb bersifat tarik-menarik.

• B. Medan Listrik

  Medan listrik adalah daerah di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. Kuat medan listrik (E) didefinisikan sebagai gaya listrik per satuan muatan:

  E = F / q

  Atau, jika diketahui muatan sumber Q dan jarak r:

  E = k * Q / r^2

  Contoh Soal:

  Sebuah muatan uji sebesar 2 x 10^-6 C diletakkan dalam medan listrik dan mengalami gaya sebesar 4 x 10^-4 N. Tentukan kuat medan listrik di titik tersebut!

  Pembahasan:

  E = F / q
  E = (4 x 10^-4 N) / (2 x 10^-6 C)
  E = 200 N/C

• C. Potensial Listrik

  Potensial listrik (V) adalah energi potensial listrik per satuan muatan. Potensial listrik oleh muatan titik:

  V = k * Q / r

  Contoh Soal:

  Hitung potensial listrik pada jarak 3 cm dari muatan 5 μC!

  Pembahasan:

  1. Ubah satuan cm menjadi m: r = 3 x 10^-2 m
  2. Ubah satuan μC menjadi C: Q = 5 x 10^-6 C

  3. Substitusikan nilai ke dalam rumus:

     V = (9 x 10^9 Nm²/C²) * (5 x 10^-6 C) / (3 x 10^-2 m)
     V = 1,5 x 10^6 V

II. Listrik Dinamis

Listrik dinamis membahas tentang muatan listrik yang bergerak atau arus listrik.

• A. Arus Listrik

  Arus listrik (I) adalah laju aliran muatan listrik. Dirumuskan:

  I = Q / t

  di mana:

  • I adalah arus listrik (A)
  • Q adalah muatan listrik (C)
  • t adalah waktu (s)

  Contoh Soal:

  Sebuah penghantar dialiri muatan 120 C dalam waktu 2 menit. Hitunglah kuat arus listrik yang mengalir!

  Pembahasan:

  1. Ubah satuan menit menjadi detik: t = 2 menit = 120 s

  2. Substitusikan nilai ke dalam rumus:

     I = Q / t
     I = 120 C / 120 s
     I = 1 A

• B. Hukum Ohm

  Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan (V) berbanding lurus dengan arus (I) dan hambatan (R):

  V = I * R

  Contoh Soal:

  Sebuah resistor 10 ohm dialiri arus 2 A. Hitunglah tegangan pada resistor tersebut!

  Pembahasan:

  V = I * R
  V = 2 A * 10 ohm
  V = 20 V

• C. Rangkaian Seri dan Paralel

  • Seri: Hambatan total (R_total) = R1 + R2 + R3 + …
  • Paralel: 1/R_total = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

  Contoh Soal:

  Tiga buah resistor masing-masing 2 ohm, 4 ohm, dan 6 ohm dirangkai seri. Hitunglah hambatan total rangkaian!

  Pembahasan:

  R_total = R1 + R2 + R3
  R_total = 2 ohm + 4 ohm + 6 ohm
  R_total = 12 ohm

III. Kemagnetan

Kemagnetan membahas tentang medan magnet dan gaya magnet.

• A. Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus

  Medan magnet di sekitar kawat lurus berarus:

  B = (μ0 * I) / (2 * π * r)

  Medan magnet di pusat lingkaran kawat berarus:

  B = (μ0 * I * N) / (2 * r)

  di mana:

  • B adalah kuat medan magnet (T)
  • μ0 adalah permeabilitas vakum (4π x 10^-7 Tm/A)
  • I adalah arus listrik (A)
  • r adalah jarak dari kawat (m)
  • N adalah jumlah lilitan

  Contoh Soal:

  Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus 5 A. Hitunglah kuat medan magnet pada jarak 2 cm dari kawat!

  Pembahasan:

  1. Ubah satuan cm menjadi m: r = 2 x 10^-2 m

  2. Substitusikan nilai ke dalam rumus:

     B = (4π x 10^-7 Tm/A * 5 A) / (2 * π * 2 x 10^-2 m)
     B = 5 x 10^-5 T

• B. Gaya Lorentz

  Gaya Lorentz adalah gaya yang dialami oleh muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet.

  F = q * v * B * sin θ

  Atau, gaya Lorentz pada kawat berarus dalam medan magnet:

  F = B * I * L * sin θ

  di mana:

  • F adalah gaya Lorentz (N)
  • q adalah muatan listrik (C)
  • v adalah kecepatan muatan (m/s)
  • B adalah kuat medan magnet (T)
  • θ adalah sudut antara v dan B
  • I adalah arus listrik (A)
  • L adalah panjang kawat (m)

  Contoh Soal:

  Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 2 x 10^6 m/s memasuki medan magnet 0,5 T secara tegak lurus. Hitunglah gaya Lorentz yang dialami elektron! (Muatan elektron = -1,6 x 10^-19 C)

  Pembahasan:

  Karena tegak lurus, sin θ = sin 90° = 1

  F = q * v * B * sin θ
  F = (-1,6 x 10^-19 C) * (2 x 10^6 m/s) * (0,5 T) * 1
  F = -1,6 x 10^-13 N

IV. Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik membahas tentang timbulnya arus listrik akibat perubahan medan magnet.

• A. Hukum Faraday

  GGL induksi (ε) sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik (ΔΦ/Δt):

  ε = -N * (ΔΦ / Δt)

  di mana:

  • ε adalah GGL induksi (V)
  • N adalah jumlah lilitan
  • ΔΦ adalah perubahan fluks magnetik (Wb)
  • Δt adalah perubahan waktu (s)

  Contoh Soal:

  Sebuah kumparan dengan 100 lilitan mengalami perubahan fluks magnetik dari 0,05 Wb menjadi 0,02 Wb dalam waktu 0,1 detik. Hitunglah GGL induksi yang timbul!

  Pembahasan:

  ε = -N * (ΔΦ / Δt)
  ε = -100 * ((0,02 Wb - 0,05 Wb) / 0,1 s)
  ε = -100 * (-0,3 Wb / s)
  ε = 30 V

V. Fisika Modern (Relativitas, Kuantum, Inti)

Bagian ini mencakup konsep relativitas khusus, efek fotolistrik, dualisme gelombang-partikel, dan radioaktivitas. Contoh soal akan bervariasi tergantung pada fokus kurikulum.

Kesimpulan

Pemahaman konsep dan kemampuan menyelesaikan soal-soal fisika kelas 12 membutuhkan latihan yang konsisten. Artikel ini menyediakan contoh-contoh soal yang sering muncul, beserta pembahasan yang detail. Dengan mempelajari contoh-contoh ini dan mengerjakan soal-soal latihan lainnya, siswa diharapkan dapat meningkatkan pemahaman dan kemampuan dalam fisika. Selain itu, penting untuk memahami konsep dasar dan rumus-rumus yang relevan, serta berlatih mengaplikasikannya dalam berbagai situasi soal. Jangan ragu untuk mencari bantuan dari guru atau teman jika mengalami kesulitan. Selamat belajar!