Pendahuluan

Fisika kelas 12 semester 2 mencakup berbagai konsep penting yang menjadi dasar pemahaman fenomena alam dan teknologi modern. Materi yang dipelajari meliputi Gelombang Elektromagnetik, Relativitas, Fisika Kuantum, dan Fisika Inti. Pemahaman yang kuat terhadap materi ini sangat penting untuk persiapan ujian dan studi lebih lanjut di bidang sains dan teknik. Artikel ini menyajikan contoh soal beserta pembahasan lengkap untuk membantu siswa memahami konsep-konsep tersebut secara mendalam.

I. Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik (GEM) adalah gangguan yang merambat melalui ruang dengan membawa energi. GEM terbentuk dari osilasi medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus dan tegak lurus terhadap arah rambatan gelombang.

• Konsep Utama:

  • Spektrum Gelombang Elektromagnetik: Urutan GEM berdasarkan frekuensi atau panjang gelombang (gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X, sinar gamma).
  • Sifat-sifat GEM: Merambat dalam ruang hampa, mengalami polarisasi, interferensi, difraksi, dan refraksi.
  • Energi GEM: Berbanding lurus dengan frekuensi (E = hf).
  • Momentum GEM: P = E/c.

• Contoh Soal 1:

  Sebuah stasiun radio memancarkan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi 100 MHz. Hitunglah panjang gelombang dan energi foton dari gelombang tersebut. (Konstanta Planck, h = 6.626 x 10^-34 Js, kecepatan cahaya, c = 3 x 10^8 m/s).

  • Penyelesaian:

    • Panjang gelombang (λ) = c / f = (3 x 10^8 m/s) / (100 x 10^6 Hz) = 3 meter.
    • Energi foton (E) = hf = (6.626 x 10^-34 Js) x (100 x 10^6 Hz) = 6.626 x 10^-26 Joule.

• Contoh Soal 2:

  Jelaskan mengapa gelombang radio dapat digunakan untuk komunikasi jarak jauh, sementara sinar ultraviolet berbahaya bagi kulit manusia.

  • Penyelesaian:

    • Gelombang radio memiliki panjang gelombang yang panjang dan frekuensi yang rendah, sehingga energinya rendah dan dapat menembus berbagai penghalang di atmosfer.
    • Sinar ultraviolet memiliki panjang gelombang yang pendek dan frekuensi yang tinggi, sehingga energinya tinggi dan dapat merusak sel-sel kulit.

II. Relativitas Khusus

Teori relativitas khusus yang dikemukakan oleh Albert Einstein menjelaskan hubungan antara ruang dan waktu untuk benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya.

• Konsep Utama:

  • Postulat Relativitas: Hukum-hukum fisika sama untuk semua pengamat dalam kerangka acuan inersia. Kecepatan cahaya dalam vakum sama untuk semua pengamat, tidak bergantung pada gerak sumber cahaya.
  • Dilatasi Waktu: Waktu berjalan lebih lambat untuk pengamat yang bergerak relatif terhadap pengamat diam.
  • Kontraksi Panjang: Panjang benda tampak lebih pendek bagi pengamat yang bergerak relatif terhadap benda tersebut.
  • Massa Relativistik: Massa benda meningkat seiring dengan kecepatannya.
  • Kesetaraan Massa dan Energi: E = mc^2.

• Contoh Soal 3:

  Sebuah pesawat ruang angkasa bergerak dengan kecepatan 0.8c relatif terhadap Bumi. Jika seorang pengamat di Bumi mengukur waktu yang dibutuhkan pesawat untuk melakukan perjalanan adalah 5 tahun, berapa lama waktu yang dirasakan oleh astronot di dalam pesawat?

  • Penyelesaian:

    • Gunakan rumus dilatasi waktu: t’ = t / √(1 – v^2/c^2)
    • t’ = 5 tahun / √(1 – (0.8c)^2/c^2) = 5 tahun / √(1 – 0.64) = 5 tahun / √0.36 = 5 tahun / 0.6 = 8.33 tahun.
    • Jadi, astronot merasakan waktu 8.33 tahun.

• Contoh Soal 4:

  Hitunglah energi yang setara dengan massa 1 gram. (c = 3 x 10^8 m/s).

  • Penyelesaian:

    • Gunakan rumus kesetaraan massa dan energi: E = mc^2
    • E = (0.001 kg) x (3 x 10^8 m/s)^2 = 9 x 10^13 Joule.

III. Fisika Kuantum

Fisika kuantum mempelajari perilaku materi dan energi pada skala atom dan subatomik.

• Konsep Utama:

  • Dualisme Gelombang-Partikel: Materi memiliki sifat gelombang dan partikel.
  • Hipotesis de Broglie: Panjang gelombang partikel (λ = h/p).
  • Ketidakpastian Heisenberg: Tidak mungkin menentukan posisi dan momentum partikel secara bersamaan dengan akurasi yang tinggi.
  • Efek Fotolistrik: Emisi elektron dari permukaan logam ketika disinari cahaya.
  • Fungsi Kerja: Energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam.

• Contoh Soal 5:

  Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 1 x 10^6 m/s. Hitunglah panjang gelombang de Broglie elektron tersebut. (massa elektron = 9.11 x 10^-31 kg, h = 6.626 x 10^-34 Js).

  • Penyelesaian:

    • Gunakan rumus panjang gelombang de Broglie: λ = h / p = h / (mv)
    • λ = (6.626 x 10^-34 Js) / (9.11 x 10^-31 kg x 1 x 10^6 m/s) = 7.27 x 10^-10 meter.

• Contoh Soal 6:

  Sebuah logam memiliki fungsi kerja 2 eV. Hitunglah frekuensi ambang cahaya yang dapat menyebabkan efek fotolistrik. (1 eV = 1.6 x 10^-19 J).

  • Penyelesaian:

    • Energi foton minimum (E) = Fungsi Kerja (W) = 2 eV = 2 x 1.6 x 10^-19 J = 3.2 x 10^-19 J.
    • Gunakan rumus E = hf untuk mencari frekuensi (f): f = E / h = (3.2 x 10^-19 J) / (6.626 x 10^-34 Js) = 4.83 x 10^14 Hz.

IV. Fisika Inti

Fisika inti mempelajari struktur dan sifat inti atom, serta reaksi-reaksi yang melibatkan inti atom.

• Konsep Utama:

  • Struktur Inti: Proton dan neutron (nukleon).
  • Gaya Inti Kuat: Gaya yang mengikat nukleon di dalam inti.
  • Defek Massa: Selisih antara massa inti atom dan jumlah massa nukleon penyusunnya.
  • Energi Ikat Inti: Energi yang dibutuhkan untuk memisahkan nukleon di dalam inti.
  • Radioaktivitas: Peluruhan inti atom yang tidak stabil.
  • Jenis-jenis Peluruhan: Alfa, beta, gamma.
  • Waktu Paruh: Waktu yang dibutuhkan untuk setengah dari jumlah inti radioaktif meluruh.
  • Reaksi Inti: Reaksi yang melibatkan perubahan inti atom.
  • Fisi: Pembelahan inti berat menjadi inti yang lebih ringan.
  • Fusi: Penggabungan inti ringan menjadi inti yang lebih berat.

• Contoh Soal 7:

  Inti atom uranium-238 (²³⁸U₉₂) meluruh menjadi inti torium-234 (²³⁴Th₉₀) dengan memancarkan partikel alfa. Tuliskan persamaan reaksi peluruhan tersebut.

  • Penyelesaian:

    • ²³⁸U₉₂ → ²³⁴Th₉₀ + ⁴He₂ (⁴He₂ adalah partikel alfa)

• Contoh Soal 8:

  Suatu sampel radioaktif memiliki waktu paruh 10 hari. Berapa persen inti atom yang belum meluruh setelah 30 hari?

  • Penyelesaian:

    • Jumlah waktu paruh (n) = 30 hari / 10 hari = 3
    • Fraksi inti yang tersisa = (1/2)^n = (1/2)^3 = 1/8
    • Persentase inti yang tersisa = (1/8) x 100% = 12.5%

Kesimpulan

Memahami konsep-konsep fisika kelas 12 semester 2 memerlukan latihan soal dan pemahaman yang mendalam terhadap teori. Artikel ini menyediakan contoh soal beserta pembahasan yang rinci untuk membantu siswa menguasai materi dan mempersiapkan diri menghadapi ujian. Dengan berlatih secara teratur, siswa dapat meningkatkan kemampuan pemecahan masalah dan memperdalam pemahaman mereka tentang fenomena alam. Selain contoh soal di atas, sangat disarankan untuk mencari sumber belajar lain dan berlatih dengan berbagai jenis soal untuk menguji pemahaman secara komprehensif.