Menguasai Konsep Fisika Kelas 8 Semester 2: Panduan Lengkap dengan Contoh Soal dan Pembahasan

Fisika, sebagai ilmu yang mempelajari segala sesuatu tentang alam semesta, seringkali dianggap menantang oleh siswa. Namun, dengan pemahaman konsep yang kuat dan latihan soal yang terarah, fisika dapat menjadi mata pelajaran yang menarik dan menyenangkan. Khususnya di kelas 8 semester 2, materi fisika berfokus pada topik-topik penting yang menjadi pondasi untuk pemahaman fisika di jenjang selanjutnya.

Artikel ini akan menjadi panduan lengkap bagi siswa kelas 8 untuk mempersiapkan diri menghadapi ujian atau sekadar memperdalam pemahaman materi fisika semester 2. Kita akan mengupas tuntas beberapa topik utama, menyajikan contoh soal yang relevan, dan memberikan pembahasan mendalam untuk setiap soal. Dengan demikian, diharapkan siswa dapat lebih percaya diri dan menguasai konsep-konsep fisika yang diajarkan.

Topik Utama Fisika Kelas 8 Semester 2

Umumnya, materi fisika kelas 8 semester 2 mencakup beberapa bab krusial, antara lain:

1. Usaha dan Energi: Konsep dasar mengenai usaha yang dilakukan oleh gaya, berbagai bentuk energi (kinetik, potensial), hukum kekekalan energi mekanik, dan efisiensi mesin.
2. Tekanan: Pengertian tekanan pada zat padat, cair, dan gas, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari seperti prinsip Pascal dan Archimedes.
3. Getaran, Gelombang, dan Bunyi: Karakteristik getaran (frekuensi, amplitudo), jenis-jenis gelombang (mekanik, elektromagnetik), sifat-sifat gelombang (pemantulan, pembiasan, difraksi, interferensi), serta pembentukan dan perambatan bunyi.
4. Suhu dan Kalor: Konsep suhu, termometer, perpindahan kalor (konduksi, konveksi, radiasi), dan perubahan wujud zat akibat kalor.

Mari kita selami setiap topik dengan contoh soal dan pembahasannya.

1. Usaha dan Energi

Konsep Dasar:

• Usaha (W): Dilakukan oleh gaya ketika gaya tersebut menyebabkan perpindahan pada benda. Rumusnya adalah $W = F times s$, di mana $W$ adalah usaha (Joule), $F$ adalah gaya (Newton), dan $s$ adalah perpindahan (meter). Usaha bernilai positif jika arah gaya searah dengan perpindahan, negatif jika berlawanan arah, dan nol jika gaya tegak lurus perpindahan atau tidak ada perpindahan.
• Energi Kinetik ($E_k$): Energi yang dimiliki benda karena geraknya. Rumusnya adalah $E_k = frac12mv^2$, di mana $m$ adalah massa (kg) dan $v$ adalah kecepatan (m/s).
• Energi Potensial Gravitasi ($E_p$): Energi yang dimiliki benda karena posisinya terhadap suatu titik acuan (biasanya permukaan bumi). Rumusnya adalah $E_p = mgh$, di mana $m$ adalah massa (kg), $g$ adalah percepatan gravitasi (sekitar 9.8 m/s² atau dibulatkan 10 m/s²), dan $h$ adalah ketinggian (meter).
• Hukum Kekekalan Energi Mekanik: Dalam sistem terisolasi (tanpa gaya luar yang melakukan usaha, seperti gesekan), jumlah energi kinetik dan energi potensial selalu konstan. $E_mekanik = E_k + E_p = textkonstan$.

Contoh Soal 1:

Sebuah balok bermassa 5 kg didorong mendatar dengan gaya sebesar 20 N. Jika balok berpindah sejauh 4 meter, berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?

Pembahasan Soal 1:

Diketahui:

• Massa ($m$) = 5 kg
• Gaya ($F$) = 20 N
• Perpindahan ($s$) = 4 m

Ditanya: Usaha ($W$)

Menggunakan rumus usaha: $W = F times s$
$W = 20 , textN times 4 , textm$
$W = 80 , textJoule$

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah 80 Joule.

Contoh Soal 2:

Sebuah bola bermassa 2 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², tentukan:
a. Energi kinetik awal bola.
b. Energi potensial bola saat mencapai ketinggian maksimum.
c. Kecepatan bola saat kembali ke titik pelemparan (abaikan hambatan udara).

Pembahasan Soal 2:

Diketahui:

• Massa ($m$) = 2 kg
• Kecepatan awal ($v_0$) = 10 m/s
• Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²

Ditanya:
a. Energi kinetik awal ($Ek0$)
b. Energi potensial maksimum ($Ep, textmax$)
c. Kecepatan saat kembali ke titik pelemparan ($v_textakhir$)

a. Energi Kinetik Awal:
Menggunakan rumus energi kinetik: $Ek = frac12mv^2$
$Ek0 = frac12 times 2 , textkg times (10 , textm/s)^2$
$Ek0 = frac12 times 2 times 100 , textJoule$
$Ek0 = 100 , textJoule$

b. Energi Potensial Maksimum:
Saat mencapai ketinggian maksimum, kecepatan bola adalah 0 m/s.
Energi kinetik pada ketinggian maksimum ($Ek, textmax$) = 0 Joule.
Menurut hukum kekekalan energi mekanik, energi mekanik awal sama dengan energi mekanik pada ketinggian maksimum.
Energi mekanik awal ($Emekanik, 0$) = $Ek0 + Ep0$
Karena bola dilempar dari titik pelemparan, kita anggap ketinggian awal ($h0$) = 0, sehingga $Ep0$ = 0.
$E_mekanik, 0 = 100 , textJoule + 0 , textJoule = 100 , textJoule$.

Energi mekanik pada ketinggian maksimum ($Emekanik, textmax$) = $Ek, textmax + Ep, textmax$
$100 , textJoule = 0 , textJoule + Ep, textmax$
$E_p, textmax = 100 , textJoule$

Kita juga bisa mencari ketinggian maksimum terlebih dahulu:
Saat kecepatan akhir ($v$) = 0, $v^2 = v0^2 – 2gh$ (gerak vertikal ke atas)
$0^2 = (10 , textm/s)^2 – 2 times 10 , textm/s^2 times htextmax$
$0 = 100 – 20htextmax$
$20htextmax = 100$
$htextmax = 5 , textmeter$
Kemudian hitung $Ep, textmax = mgh_textmax = 2 , textkg times 10 , textm/s^2 times 5 , textm = 100 , textJoule$.

c. Kecepatan saat kembali ke titik pelemparan:
Ketika bola kembali ke titik pelemparan, ketinggiannya kembali menjadi 0 meter.
Menggunakan hukum kekekalan energi mekanik:
Energi mekanik saat di titik pelemparan awal = Energi mekanik saat kembali di titik pelemparan.
$Emekanik, 0 = Emekanik, textakhir$
$Ek0 + Ep0 = Ek, textakhir + Ep, textakhir$
$100 , textJoule + 0 , textJoule = frac12mvtextakhir^2 + 0 , textJoule$
$100 = frac12 times 2 , textkg times vtextakhir^2$
$100 = vtextakhir^2$
$vtextakhir = sqrt100 , textm/s$
$v_textakhir = 10 , textm/s$

Jadi, kecepatan bola saat kembali ke titik pelemparan adalah 10 m/s (arah ke bawah).

2. Tekanan

Konsep Dasar:

• Tekanan (P): Gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu luas permukaan. Rumusnya adalah $P = fracFA$, di mana $P$ adalah tekanan (Pascal atau N/m²), $F$ adalah gaya (Newton), dan $A$ adalah luas permukaan (m²).
• Tekanan pada Zat Padat: Semakin kecil luas permukaan, semakin besar tekanan yang dihasilkan oleh gaya yang sama.
• Tekanan pada Zat Cair (Hidrostatis): Tekanan yang disebabkan oleh berat kolom zat cair. Rumusnya adalah $P = rho g h$, di mana $rho$ adalah massa jenis zat cair (kg/m³), $g$ adalah percepatan gravitasi (m/s²), dan $h$ adalah kedalaman zat cair (meter). Tekanan hidrostatis hanya bergantung pada kedalaman, massa jenis, dan gravitasi, tidak pada bentuk wadah.
• Prinsip Pascal: Tekanan yang diberikan pada zat cair tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan besaran yang sama. Prinsip ini digunakan pada dongkrak hidrolik.
• Prinsip Archimedes: Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Gaya apung ($FA$) = $rhotextfluida times g times Vtextcelup$, di mana $Vtextcelup$ adalah volume benda yang tercelup.

Contoh Soal 3:

Sebuah paku memiliki luas penampang ujungnya 0.1 mm² dan ujung kepalanya 1 cm². Jika gaya sebesar 50 N diberikan pada kepala paku, berapakah tekanan yang diterima oleh:
a. Kepala paku.
b. Ujung paku.

Pembahasan Soal 3:

Diketahui:

• Gaya ($F$) = 50 N
• Luas penampang ujung paku ($A_textujung$) = 0.1 mm² = $0.1 times 10^-6$ m²
• Luas penampang kepala paku ($A_textkepala$) = 1 cm² = $1 times 10^-4$ m²

Ditanya:
a. Tekanan pada kepala paku ($Ptextkepala$)
b. Tekanan pada ujung paku ($Ptextujung$)

a. Tekanan pada Kepala Paku:
Menggunakan rumus tekanan: $P = fracFA$
$Ptextkepala = fracFAtextkepala$
$Ptextkepala = frac50 , textN1 times 10^-4 , textm^2$
$Ptextkepala = 50 times 10^4 , textPa = 500.000 , textPa$

b. Tekanan pada Ujung Paku:
Gaya yang diberikan pada kepala paku akan diteruskan ke ujung paku.
$Ptextujung = fracFAtextujung$
$Ptextujung = frac50 , textN0.1 times 10^-6 , textm^2$
$Ptextujung = frac500.1 times 10^6 , textPa$
$P_textujung = 500 times 10^6 , textPa = 5 times 10^8 , textPa$

Terlihat bahwa tekanan pada ujung paku jauh lebih besar daripada tekanan pada kepala paku, karena luas penampang ujungnya jauh lebih kecil.

Contoh Soal 4:

Sebuah tangki air berbentuk balok memiliki luas alas 2 m² dan tinggi 3 m. Massa jenis air adalah 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 m/s². Tentukan tekanan hidrostatis pada dasar tangki.

Pembahasan Soal 4:

Diketahui:

• Luas alas tangki = 2 m²
• Tinggi total tangki = 3 m
• Massa jenis air ($rho_textair$) = 1000 kg/m³
• Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²

Ditanya: Tekanan hidrostatis pada dasar tangki ($P_textdasar$)

Menggunakan rumus tekanan hidrostatis: $P = rho g h$
Di sini, $h$ adalah kedalaman air pada dasar tangki, yang sama dengan tinggi tangki jika terisi penuh.
$h = 3 , textm$

$Ptextdasar = rhotextair times g times h$
$Ptextdasar = 1000 , textkg/m^3 times 10 , textm/s^2 times 3 , textm$
$Ptextdasar = 30.000 , textPa$

Jadi, tekanan hidrostatis pada dasar tangki adalah 30.000 Pascal. Luas alas tangki tidak mempengaruhi tekanan hidrostatis.

Contoh Soal 5:

Sebuah benda berbentuk kubus dengan panjang rusuk 10 cm dicelupkan ke dalam air. Massa jenis air 1000 kg/m³. Jika 80% volume benda tercelup dalam air, berapakah gaya apung yang dialami benda tersebut? (Gunakan $g = 10 , textm/s^2$).

Pembahasan Soal 5:

Diketahui:

• Panjang rusuk kubus ($s$) = 10 cm = 0.1 m
• Volume total kubus ($V_texttotal$) = $s^3 = (0.1 , textm)^3 = 0.001 , textm^3$
• Massa jenis air ($rho_textair$) = 1000 kg/m³
• Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²
• Volume benda yang tercelup ($Vtextcelup$) = 80% dari $Vtexttotal$

Ditanya: Gaya apung ($F_A$)

Pertama, hitung volume benda yang tercelup:
$Vtextcelup = 0.80 times Vtexttotal$
$Vtextcelup = 0.80 times 0.001 , textm^3$
$Vtextcelup = 0.0008 , textm^3$

Menggunakan rumus gaya apung (Prinsip Archimedes): $FA = rhotextfluida times g times V_textcelup$
$F_A = 1000 , textkg/m^3 times 10 , textm/s^2 times 0.0008 , textm^3$
$F_A = 10000 times 0.0008 , textN$
$F_A = 8 , textN$

Jadi, gaya apung yang dialami benda tersebut adalah 8 Newton.

3. Getaran, Gelombang, dan Bunyi

Konsep Dasar:

• Getaran: Gerak bolak-balik secara teratur melalui titik kesetimbangan.
  • Amplitudo (A): Simpangan terjauh dari titik kesetimbangan.
  • Frekuensi (f): Jumlah getaran yang terjadi dalam satu detik. Satuannya Hertz (Hz).
  • Periode (T): Waktu yang dibutuhkan untuk satu kali getaran. $T = frac1f$.
• Gelombang: Gangguan yang merambat dan membawa energi.
  • Gelombang Mekanik: Membutuhkan medium untuk merambat (contoh: gelombang bunyi, gelombang air).
  • Gelombang Elektromagnetik: Tidak membutuhkan medium untuk merambat (contoh: cahaya, gelombang radio).
  • Cepat Rambat Gelombang (v): Hubungannya dengan frekuensi dan panjang gelombang ($lambda$) adalah $v = f lambda$.
• Bunyi: Gelombang longitudinal yang dihasilkan oleh getaran benda dan merambat melalui medium.
  • Pemantulan Bunyi: Terjadi ketika bunyi mengenai permukaan keras dan kembali ke sumbernya. Gema adalah pemantulan bunyi yang masih dapat dibedakan dari bunyi asli.
  • Resonansi: Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain yang bergetar dan memiliki frekuensi yang sama atau berdekatan.

Contoh Soal 6:

Sebuah pegas bergetar sebanyak 30 kali dalam waktu 10 detik. Tentukan:
a. Frekuensi getaran pegas.
b. Periode getaran pegas.

Pembahasan Soal 6:

Diketahui:

• Jumlah getaran ($n$) = 30 kali
• Waktu ($t$) = 10 detik

Ditanya:
a. Frekuensi ($f$)
b. Periode ($T$)

a. Frekuensi:
Menggunakan rumus frekuensi: $f = fracnt$
$f = frac30 , textkali10 , textdetik$
$f = 3 , textHz$

b. Periode:
Menggunakan rumus periode: $T = frac1f$
$T = frac13 , textHz$
$T = frac13 , textdetik$

Jadi, frekuensi getaran pegas adalah 3 Hz dan periodenya adalah 1/3 detik.

Contoh Soal 7:

Sebuah sumber bunyi mengeluarkan bunyi dengan frekuensi 680 Hz. Bunyi tersebut merambat di udara dengan kecepatan 340 m/s. Berapakah panjang gelombang bunyi tersebut?

Pembahasan Soal 7:

Diketahui:

• Frekuensi ($f$) = 680 Hz
• Cepat rambat bunyi ($v$) = 340 m/s

Ditanya: Panjang gelombang ($lambda$)

Menggunakan rumus cepat rambat gelombang: $v = f lambda$
$lambda = fracvf$
$lambda = frac340 , textm/s680 , textHz$
$lambda = 0.5 , textmeter$

Jadi, panjang gelombang bunyi tersebut adalah 0.5 meter.

Contoh Soal 8:

Seorang pendaki gunung berteriak ke arah tebing yang berjarak 102 meter. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, berapa lama waktu yang dibutuhkan sampai pendaki mendengar gema dari teriakannya?

Pembahasan Soal 8:

Diketahui:

• Jarak tebing = 102 meter
• Cepat rambat bunyi ($v$) = 340 m/s

Ditanya: Waktu ($t$) untuk mendengar gema.

Gema terjadi ketika bunyi merambat dari sumber ke tebing dan kembali lagi ke sumber. Jadi, total jarak yang ditempuh bunyi adalah dua kali jarak tebing.
Jarak total ($s_texttotal$) = 2 $times$ 102 meter = 204 meter.

Menggunakan rumus jarak, kecepatan, dan waktu: $s = v times t$
$t = fracs_texttotalv$
$t = frac204 , textmeter340 , textm/s$
$t = 0.6 , textdetik$

Jadi, waktu yang dibutuhkan sampai pendaki mendengar gema dari teriakannya adalah 0.6 detik.

4. Suhu dan Kalor

Konsep Dasar:

• Suhu: Ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda. Diukur menggunakan termometer.
• Kalor: Energi panas yang berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah.
  • Kalor untuk menaikkan suhu (Q): $Q = mcDelta T$, di mana $m$ adalah massa benda (kg), $c$ adalah kalor jenis benda (J/kg°C atau J/kgK), dan $Delta T$ adalah perubahan suhu (°C atau K).
  • Kalor untuk perubahan wujud zat (Q): $Q = mL$, di mana $m$ adalah massa zat (kg) dan $L$ adalah kalor laten (kalor lebur jika melebur/membeku, kalor uap jika menguap/mengembun) (J/kg).
• Perpindahan Kalor:
  • Konduksi: Perpindahan kalor melalui zat padat tanpa disertai perpindahan partikel zat tersebut.
  • Konveksi: Perpindahan kalor melalui aliran zat cair atau gas.
  • Radiasi: Perpindahan kalor tanpa memerlukan medium.

Contoh Soal 9:

Air sebanyak 2 kg memiliki suhu awal 20°C. Kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C. Jika air dipanaskan hingga suhunya menjadi 80°C, berapakah kalor yang dibutuhkan?

Pembahasan Soal 9:

Diketahui:

• Massa air ($m$) = 2 kg
• Suhu awal ($T_1$) = 20°C
• Suhu akhir ($T_2$) = 80°C
• Kalor jenis air ($c$) = 4200 J/kg°C

Ditanya: Kalor yang dibutuhkan ($Q$)

Perubahan suhu ($Delta T$) = $T_2 – T_1 = 80°C – 20°C = 60°C$.

Menggunakan rumus kalor untuk menaikkan suhu: $Q = mcDelta T$
$Q = 2 , textkg times 4200 , textJ/kg°C times 60°C$
$Q = 8400 times 60 , textJoule$
$Q = 504.000 , textJoule$

Jadi, kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air tersebut adalah 504.000 Joule.

Contoh Soal 10:

Berapa joule kalor yang diperlukan untuk melebur 5 kg es pada suhu 0°C menjadi air pada suhu 0°C? Jika kalor lebur es adalah 336.000 J/kg.

Pembahasan Soal 10:

Diketahui:

• Massa es ($m$) = 5 kg
• Suhu lebur es = 0°C
• Kalor lebur es ($L$) = 336.000 J/kg

Ditanya: Kalor yang diperlukan untuk melebur es ($Q$)

Menggunakan rumus kalor untuk perubahan wujud zat (melebur): $Q = mL$
$Q = 5 , textkg times 336.000 , textJ/kg$
$Q = 1.680.000 , textJoule$

Jadi, kalor yang diperlukan untuk melebur 5 kg es adalah 1.680.000 Joule.

Penutup

Mempelajari fisika memerlukan latihan yang konsisten. Dengan memahami konsep-konsep dasar dan mencoba mengerjakan berbagai variasi soal, siswa akan semakin terampil dalam menganalisis masalah dan menemukan solusinya. Contoh-contoh soal yang disajikan dalam artikel ini mencakup beberapa topik kunci di kelas 8 semester 2.

Ingatlah untuk selalu memperhatikan satuan yang digunakan, mengidentifikasi besaran yang diketahui dan ditanya, serta memilih rumus yang tepat. Jangan ragu untuk bertanya kepada guru atau teman jika menemui kesulitan. Dengan kerja keras dan dedikasi, fisika akan menjadi mata pelajaran yang tidak hanya dipahami, tetapi juga dinikmati. Selamat belajar dan semoga sukses!