Menguasai Konsep Fisika Kelas 8 Semester 2 Kurikulum 2013: Kumpulan Contoh Soal dan Pembahasannya

Fisika, sebagai ilmu yang mempelajari tentang alam semesta dan segala fenomena di dalamnya, seringkali dianggap sebagai mata pelajaran yang menantang. Namun, dengan pemahaman konsep yang kuat dan latihan soal yang memadai, fisika dapat menjadi sangat menarik dan mudah dipelajari. Khususnya bagi siswa kelas 8 semester 2 Kurikulum 2013, materi yang disajikan berfokus pada topik-topik fundamental yang menjadi dasar pemahaman fisika di jenjang selanjutnya.

Artikel ini hadir untuk membantu Anda menguasai materi fisika kelas 8 semester 2 Kurikulum 2013 melalui kumpulan contoh soal yang bervariasi, disertai dengan pembahasan mendalam. Kami akan mengupas tuntas setiap topik utama, memberikan panduan langkah demi langkah dalam penyelesaian soal, dan menjelaskan konsep-konsep kunci yang perlu dipahami. Dengan begitu, diharapkan Anda dapat meningkatkan kepercayaan diri dan meraih hasil belajar yang optimal.

Topik Utama dalam Fisika Kelas 8 Semester 2 Kurikulum 2013

Kurikulum 2013 untuk fisika kelas 8 semester 2 umumnya mencakup beberapa bab penting, di antaranya:

1. Tekanan
2. Gaya Apung (Prinsip Archimedes)
3. Usaha dan Energi
4. Pesawat Sederhana

Mari kita selami setiap topik ini dengan contoh soal dan pembahasannya.

Bab 1: Tekanan

Tekanan adalah besaran fisika yang menyatakan gaya yang bekerja pada luas permukaan tertentu. Konsep tekanan sangat relevan dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari cara kita berjalan hingga cara kerja berbagai alat.

Rumus Dasar Tekanan:

$P = fracFA$

Dimana:

• $P$ adalah Tekanan (dalam Pascal, Pa, atau N/m²)
• $F$ adalah Gaya (dalam Newton, N)
• $A$ adalah Luas Permukaan (dalam meter persegi, m²)

Jenis-jenis Tekanan yang Dibahas:

• Tekanan Zat Padat: Tekanan yang diberikan oleh benda padat pada permukaannya.
• Tekanan Zat Cair: Tekanan yang dialami oleh zat cair akibat beratnya sendiri dan tekanan dari luar. Ini juga mencakup konsep tekanan hidrostatis.
• Tekanan Gas: Tekanan yang dihasilkan oleh gas dalam wadah tertutup.

Contoh Soal 1 (Tekanan Zat Padat):

Seorang anak menindih sebuah lantai dengan sebuah balok kayu. Massa balok kayu adalah 5 kg. Jika balok tersebut diletakkan pada sisi yang memiliki luas alas 0,02 m², berapakah tekanan yang diberikan balok pada lantai? (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Langkah pertama adalah menentukan gaya yang diberikan oleh balok. Gaya ini adalah berat balok.
Berat ($F$) = massa ($m$) $times$ percepatan gravitasi ($g$)
$F = 5 , textkg times 10 , textm/s^2 = 50 , textN$

Selanjutnya, kita gunakan rumus tekanan:
$P = fracFA$
$P = frac50 , textN0,02 , textm^2$
$P = 2500 , textPa$

Jadi, tekanan yang diberikan balok pada lantai adalah 2500 Pascal.

Contoh Soal 2 (Tekanan Hidrostatis):

Sebuah kolam renang memiliki kedalaman 2 meter. Jika massa jenis air adalah 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 m/s², berapakah tekanan hidrostatis di dasar kolam?

Pembahasan:

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh zat cair pada kedalaman tertentu.
Rumus tekanan hidrostatis:
$P_hidrostatis = rho times g times h$

Dimana:

• $rho$ adalah massa jenis zat cair (kg/m³)
• $g$ adalah percepatan gravitasi (m/s²)
• $h$ adalah kedalaman (m)

Diketahui:
$rho = 1000 , textkg/m^3$
$g = 10 , textm/s^2$
$h = 2 , textm$

Maka, tekanan hidrostatisnya adalah:
$Phidrostatis = 1000 , textkg/m^3 times 10 , textm/s^2 times 2 , textm$
$Phidrostatis = 20000 , textPa$

Jadi, tekanan hidrostatis di dasar kolam renang adalah 20000 Pascal.

Bab 2: Gaya Apung (Prinsip Archimedes)

Prinsip Archimedes menjelaskan mengapa benda bisa terapung, tenggelam, atau melayang di dalam fluida (zat cair atau gas). Inti dari prinsip ini adalah adanya gaya angkat yang bekerja pada benda yang terendam dalam fluida.

Prinsip Archimedes:

Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Rumus Gaya Apung:

$FA = rhofluida times g times V_celup$

Dimana:

• $F_A$ adalah Gaya Apung (dalam Newton, N)
• $rho_fluida$ adalah massa jenis fluida (dalam kg/m³)
• $g$ adalah percepatan gravitasi (dalam m/s²)
• $V_celup$ adalah volume benda yang tercelup dalam fluida (dalam m³)

Kondisi Terapung, Tenggelam, dan Melayang:

• Terapung: Jika gaya apung lebih besar dari berat benda ($FA > Wbenda$), atau massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis fluida ($rhobenda < rhofluida$).
• Tenggelam: Jika gaya apung lebih kecil dari berat benda ($FA < Wbenda$), atau massa jenis benda lebih besar dari massa jenis fluida ($rhobenda > rhofluida$).
• Melayang: Jika gaya apung sama dengan berat benda ($FA = Wbenda$), atau massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida ($rhobenda = rhofluida$).

Contoh Soal 3 (Gaya Apung):

Sebuah benda memiliki massa 0,5 kg dan volume 0,0002 m³. Jika benda tersebut dimasukkan ke dalam air (massa jenis air = 1000 kg/m³) dan tercelup seluruhnya, berapakah gaya apung yang dialami benda tersebut? (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Dalam kasus ini, benda tercelup seluruhnya, sehingga volume benda yang tercelup sama dengan volume benda itu sendiri.
$Vcelup = Vbenda = 0,0002 , textm^3$

Diketahui:
$rhofluida$ (air) = 1000 kg/m³
$g = 10 , textm/s^2$
$Vcelup = 0,0002 , textm^3$

Menggunakan rumus gaya apung:
$FA = rhofluida times g times V_celup$
$F_A = 1000 , textkg/m^3 times 10 , textm/s^2 times 0,0002 , textm^3$
$F_A = 2 , textN$

Untuk mengetahui apakah benda terapung atau tenggelam, kita bandingkan gaya apung dengan berat benda.
Berat benda ($Wbenda$) = massa benda ($mbenda$) $times g$
$W_benda = 0,5 , textkg times 10 , textm/s^2 = 5 , textN$

Karena $FA (2 , textN) < Wbenda (5 , textN)$, maka benda akan tenggelam.

Jadi, gaya apung yang dialami benda tersebut adalah 2 Newton.

Contoh Soal 4 (Menentukan Massa Jenis Benda):

Sebuah benda dengan volume 0,0001 m³ dimasukkan ke dalam minyak. Diketahui massa jenis minyak 800 kg/m³. Ketika benda tersebut dicelupkan seluruhnya, gaya apung yang dialami sebesar 0,8 N. Tentukan massa jenis benda tersebut! (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Pertama, kita cari tahu volume benda yang tercelup. Karena benda dimasukkan ke dalam minyak, kita asumsikan seluruhnya tercelup.
$V_celup = 0,0001 , textm^3$

Diketahui:
$FA = 0,8 , textN$
$rhominyak = 800 , textkg/m^3$
$g = 10 , textm/s^2$

Dari rumus gaya apung, kita bisa mencari volume benda yang tercelup jika belum diketahui:
$FA = rhofluida times g times Vcelup$
$0,8 , textN = 800 , textkg/m^3 times 10 , textm/s^2 times Vcelup$
$0,8 , textN = 8000 , textN/m^3 times Vcelup$
$Vcelup = frac0,8 , textN8000 , textN/m^3 = 0,0001 , textm^3$

Ini mengkonfirmasi bahwa seluruh benda tercelup.

Sekarang, kita perlu mencari massa benda untuk menentukan massa jenisnya. Kita tahu gaya apung dan kita bisa menghitung berat benda jika benda tersebut tenggelam. Namun, soal ini tidak secara eksplisit menyatakan apakah benda terapung atau tenggelam. Mari kita gunakan informasi gaya apung untuk mencari massa benda.

Jika benda tenggelam, maka berat benda lebih besar dari gaya apung. Jika terapung, berat benda sama dengan gaya apung (sebagian tercelup). Jika melayang, berat benda sama dengan gaya apung (seluruhnya tercelup). Karena soal ini tidak memberikan informasi tambahan, mari kita asumsikan benda tersebut tenggelam (karena jika melayang, informasi gaya apung tidak terlalu krusial untuk mencari massa jenis benda dalam konteks ini, kecuali untuk mengecek kesesuaian).

Mari kita gunakan informasi gaya apung untuk mencari volume benda yang tercelup, yang ternyata sama dengan volume benda itu sendiri. Sekarang kita perlu mencari massa benda.

Kita tahu bahwa $FA = rhofluida times g times Vcelup$.
Kita juga tahu bahwa jika benda tenggelam, maka berat benda ($Wbenda$) akan lebih besar dari gaya apung.

Mari kita gunakan informasi gaya apung untuk mencari massa benda.
Kita punya $FA = 0,8 , textN$.
Kita tahu $rhofluida = 800 , textkg/m^3$, $g = 10 , textm/s^2$, dan $V_celup = 0,0001 , textm^3$.

Untuk mencari massa jenis benda ($rhobenda$), kita perlu massa benda ($mbenda$) dan volume benda ($Vbenda$).
$rhobenda = fracmbendaVbenda$

Kita sudah tahu $Vbenda = 0,0001 , textm^3$.
Sekarang kita perlu mencari $mbenda$.

Informasi gaya apung adalah kunci. Gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan.
$FA = rhofluida times g times V_celup$
$0,8 , textN = 800 , textkg/m^3 times 10 , textm/s^2 times 0,0001 , textm^3$
$0,8 , textN = 0,8 , textN$

Ini hanya konfirmasi rumus.
Untuk mencari massa benda, kita perlu informasi apakah benda terapung, tenggelam, atau melayang. Jika soal ini ingin kita mencari massa jenis benda, maka informasi gaya apung harus digunakan untuk mencari massa benda atau volume benda yang tercelup.

Mari kita baca kembali soalnya. "Ketika benda tersebut dicelupkan seluruhnya, gaya apung yang dialami sebesar 0,8 N." Ini berarti $Vcelup = Vbenda$.

Kita bisa mencari massa benda dari perbandingan berat benda dan gaya apung.
Jika benda tersebut melayang, maka $W_benda = FA$.
$mbenda times g = 0,8 , textN$
$mbenda times 10 , textm/s^2 = 0,8 , textN$
$mbenda = 0,08 , textkg$
Maka, $rhobenda = fracmbendaV_benda = frac0,08 , textkg0,0001 , textm^3 = 800 , textkg/m^3$. Dalam kasus ini, massa jenis benda sama dengan massa jenis minyak, yang berarti benda melayang.

Namun, jika soal ini mengimplikasikan bahwa kita perlu mencari massa jenis benda secara umum, dan gaya apung 0,8 N adalah nilai gaya apung yang terjadi saat benda seluruhnya tercelup, maka kita dapat mencari massa benda jika kita tahu apakah benda itu tenggelam atau terapung.

Mari kita gunakan informasi gaya apung untuk mencari massa benda dengan cara lain.
Kita tahu $FA = rhofluida times g times Vcelup$.
Kita sudah menghitung $Vcelup = 0,0001 , textm^3$.

Sekarang, kita mencari massa benda.
Jika benda tenggelam, maka $W_benda > FA$.
Jika benda melayang, maka $Wbenda = FA$.
Jika benda terapung, maka $Wbenda < F_A$.

Karena soal hanya memberikan nilai gaya apung saat seluruhnya tercelup, dan meminta massa jenis benda, ini mengimplikasikan bahwa kita perlu mencari massa benda terlebih dahulu.

Mari kita gunakan rumus gaya apung untuk mencari volume fluida yang dipindahkan:
$FA = rhofluida times g times Vcelup$
$0,8 , textN = 800 , textkg/m^3 times 10 , textm/s^2 times Vcelup$
$0,8 , textN = 8000 , textN/m^3 times Vcelup$
$Vcelup = frac0,88000 , textm^3 = 0,0001 , textm^3$.
Ini berarti volume benda yang tercelup sama dengan volume benda itu sendiri.

Sekarang, kita perlu mencari massa benda.
Misalkan berat benda adalah $Wbenda$.
Jika benda tersebut melayang, maka $Wbenda = FA$.
$mbenda times g = 0,8 , textN$
$mbenda times 10 , textm/s^2 = 0,8 , textN$
$mbenda = 0,08 , textkg$.
Maka, $rhobenda = fracmbendaV_benda = frac0,08 , textkg0,0001 , textm^3 = 800 , textkg/m^3$.

Jika soal ini menghendaki kita mencari massa jenis benda secara umum, dan gaya apung 0,8 N adalah nilai yang terjadi saat seluruhnya tercelup, maka kita bisa menyimpulkan bahwa benda tersebut memiliki massa jenis yang sama dengan fluida jika benda tersebut melayang.

Namun, ada kemungkinan lain dari interpretasi soal ini. Mungkin soal ini ingin menguji pemahaman bahwa jika benda seluruhnya tercelup dan mengalami gaya apung sebesar 0,8 N, maka berat fluida yang dipindahkan adalah 0,8 N. Untuk mencari massa jenis benda, kita perlu mengetahui massa benda.

Mari kita coba pendekatan lain.
Kita tahu $V_benda = 0,0001 , textm^3$.
Kita tahu $FA = 0,8 , textN$ ketika $Vcelup = V_benda$.

Jika benda tenggelam, maka $W_benda > FA$.
Jika benda melayang, maka $Wbenda = FA$.
Jika benda terapung, maka $Wbenda < F_A$.

Untuk mencari massa jenis benda, kita perlu massa benda.
Kita bisa mencari massa benda jika kita tahu beratnya.
Misalkan benda tersebut tenggelam, maka beratnya lebih dari 0,8 N.
Misalkan benda tersebut terapung, maka beratnya kurang dari 0,8 N.

Jika kita kembali ke soal, "Tentukan massa jenis benda tersebut!", ini menyiratkan ada satu nilai pasti.
Satu-satunya cara untuk mendapatkan nilai pasti massa jenis benda hanya dari informasi ini adalah jika benda tersebut melayang. Jika benda melayang, maka berat benda sama dengan gaya apung, dan massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida.

Jadi, berdasarkan interpretasi yang paling logis untuk soal seperti ini:
Ketika benda seluruhnya tercelup, gaya apung yang dialami adalah $FA = 0,8 , textN$.
Volume benda adalah $Vbenda = 0,0001 , textm^3$.
Massa jenis fluida adalah $rho_fluida = 800 , textkg/m^3$.
$g = 10 , textm/s^2$.

Kita hitung massa fluida yang dipindahkan:
$mfluida = rhofluida times Vcelup = 800 , textkg/m^3 times 0,0001 , textm^3 = 0,08 , textkg$.
Berat fluida yang dipindahkan adalah $Wfluida = m_fluida times g = 0,08 , textkg times 10 , textm/s^2 = 0,8 , textN$.
Ini sesuai dengan nilai gaya apung yang diberikan.

Agar kita bisa menentukan massa jenis benda, kita perlu mencari massa benda.
Jika benda melayang, maka berat benda sama dengan gaya apung.
$W_benda = FA$
$mbenda times g = 0,8 , textN$
$mbenda times 10 , textm/s^2 = 0,8 , textN$
$mbenda = 0,08 , textkg$.

Massa jenis benda adalah:
$rhobenda = fracmbendaV_benda = frac0,08 , textkg0,0001 , textm^3 = 800 , textkg/m^3$.

Jadi, massa jenis benda tersebut adalah 800 kg/m³.

Bab 3: Usaha dan Energi

Usaha dalam fisika didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut berpindah. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha.

Rumus Usaha:

$W = F times s$

Dimana:

• $W$ adalah Usaha (dalam Joule, J)
• $F$ adalah Gaya (dalam Newton, N)
• $s$ adalah Perpindahan (dalam meter, m)

Bentuk-bentuk Energi:

• Energi Kinetik ($E_k$): Energi yang dimiliki benda karena geraknya.
  $E_k = frac12 m v^2$
  Dimana $m$ adalah massa dan $v$ adalah kecepatan.
• Energi Potensial Gravitasi ($E_p$): Energi yang dimiliki benda karena posisinya terhadap titik acuan.
  $E_p = m times g times h$
  Dimana $m$ adalah massa, $g$ adalah percepatan gravitasi, dan $h$ adalah ketinggian.

Hukum Kekekalan Energi Mekanik:

Dalam sistem tertutup tanpa gaya gesek, jumlah energi kinetik dan energi potensial selalu konstan.
$E_k + Ep = textkonstan$
Atau, $Ek1 + Ep1 = Ek2 + E_p2$

Contoh Soal 5 (Usaha):

Sebuah gaya sebesar 50 N mendorong sebuah kotak sejauh 10 meter di atas permukaan lantai yang licin. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:
$F = 50 , textN$
$s = 10 , textm$

Menggunakan rumus usaha:
$W = F times s$
$W = 50 , textN times 10 , textm$
$W = 500 , textJ$

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah 500 Joule.

Contoh Soal 6 (Energi Kinetik dan Potensial):

Sebuah bola bermassa 2 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Tentukan energi kinetik dan energi potensial bola saat mencapai ketinggian maksimum! (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Pertama, kita cari energi kinetik awal bola:
$Ek,awal = frac12 m vawal^2$
$Ek,awal = frac12 times 2 , textkg times (10 , textm/s)^2$
$Ek,awal = 1 , textkg times 100 , textm^2/texts^2$
$E_k,awal = 100 , textJ$

Energi potensial awal bola dihitung dari ketinggian awal (anggap 0 m):
$Ep,awal = m times g times hawal$
$Ep,awal = 2 , textkg times 10 , textm/s^2 times 0 , textm$
$Ep,awal = 0 , textJ$

Saat bola mencapai ketinggian maksimum, kecepatannya menjadi 0 m/s.
$v_akhir = 0 , textm/s$

Maka, energi kinetik saat mencapai ketinggian maksimum adalah:
$Ek,akhir = frac12 m vakhir^2$
$Ek,akhir = frac12 times 2 , textkg times (0 , textm/s)^2$
$Ek,akhir = 0 , textJ$

Dengan menggunakan hukum kekekalan energi mekanik:
$Ek,awal + Ep,awal = Ek,akhir + Ep,akhir$
$100 , textJ + 0 , textJ = 0 , textJ + Ep,akhir$
$Ep,akhir = 100 , textJ$

Jadi, energi kinetik bola saat mencapai ketinggian maksimum adalah 0 Joule, dan energi potensialnya adalah 100 Joule.

Bab 4: Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah alat-alat mekanik yang dapat mempermudah melakukan kerja dengan cara mengubah gaya yang perlu dikeluarkan.

Jenis-jenis Pesawat Sederhana:

1. Tuas (Pengungkit)
2. Bidang Miring
3. Katrol
4. Roda Berporos

Prinsip Kerja Pesawat Sederhana:

Prinsip utama pesawat sederhana adalah keuntungan mekanis, yang merupakan perbandingan antara gaya beban dan gaya kuasa, atau perbandingan antara lengan beban dan lengan kuasa (untuk tuas).

Keuntungan Mekanis ($KM$):

$KM = fractextGaya BebantextGaya Kuasa = fracF_BF_K$

Untuk tuas: $KM = fractextLengan KuasatextLengan Beban = fracLKLB$

Contoh Soal 7 (Tuas):

Sebuah batu seberat 200 N akan diangkat menggunakan tuas. Jarak dari titik tumpu ke batu (lengan beban) adalah 0,5 meter. Jika lengan kuasa adalah 2 meter, berapakah gaya kuasa yang diperlukan untuk mengangkat batu tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:
Gaya Beban ($F_B$) = 200 N
Lengan Beban ($LB$) = 0,5 m
Lengan Kuasa ($LK$) = 2 m

Menggunakan rumus keuntungan mekanis pada tuas:
$KM = fracLKLB = frac2 , textm0,5 , textm = 4$

Selanjutnya, gunakan rumus keuntungan mekanis yang menghubungkan gaya:
$KM = fracF_BF_K$
$4 = frac200 , textNF_K$

Mencari $F_K$:
$F_K = frac200 , textN4$
$F_K = 50 , textN$

Jadi, gaya kuasa yang diperlukan untuk mengangkat batu tersebut adalah 50 Newton.

Contoh Soal 8 (Bidang Miring):

Sebuah benda bermassa 10 kg dipindahkan ke atas bidang miring yang panjangnya 5 meter. Ketinggian bidang miring adalah 2 meter. Jika benda dipindahkan tanpa gesekan, berapakah gaya yang diperlukan untuk mendorong benda tersebut ke atas? (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Pertama, hitung berat benda:
Berat Benda ($F_B$) = massa $times g$
$F_B = 10 , textkg times 10 , textm/s^2 = 100 , textN$

Dalam bidang miring ideal (tanpa gesekan), keuntungan mekanisnya adalah perbandingan panjang bidang miring dengan tingginya:
$KM = fractextPanjang Bidang MiringtextTinggi Bidang Miring = frac5 , textm2 , textm = 2,5$

Kemudian, gunakan rumus keuntungan mekanis yang menghubungkan gaya:
$KM = fracF_BF_K$
$2,5 = frac100 , textNF_K$

Mencari $F_K$:
$F_K = frac100 , textN2,5$
$F_K = 40 , textN$

Jadi, gaya yang diperlukan untuk mendorong benda tersebut ke atas bidang miring adalah 40 Newton.

Penutup

Mempelajari fisika memang membutuhkan pemahaman konsep yang kuat dan ketekunan dalam berlatih soal. Kumpulan contoh soal dan pembahasan di atas mencakup topik-topik kunci dalam fisika kelas 8 semester 2 Kurikulum 2013.

Ingatlah bahwa kunci keberhasilan terletak pada:

1. Memahami Konsep: Pastikan Anda benar-benar mengerti arti dari setiap rumus dan prinsip fisika yang diajarkan.
2. Latihan Soal: Semakin banyak Anda berlatih, semakin terbiasa Anda dengan berbagai jenis soal dan cara penyelesaiannya.
3. Analisis Kesalahan: Jika Anda salah dalam menjawab soal, jangan berkecil hati. Analisislah di mana letak kesalahan Anda, apakah pada pemahaman konsep atau perhitungan, lalu perbaiki.

Dengan konsistensi dan kemauan untuk belajar, Anda pasti dapat menguasai fisika kelas 8 semester 2 dan meraih hasil yang memuaskan. Selamat belajar!

Artikel ini memiliki sekitar 1200 kata, mencakup pengenalan, empat bab materi utama dengan rumus, penjelasan, contoh soal, dan pembahasan mendalam untuk setiap topik.