Rangkuman Materi & Rumus Fisika SMA Kelas 10, 11, dan 12 Lengkap!

Fisika adalah salah satu cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari fenomena alam dan prinsip dasar yang mengatur alam semesta. Dalam kurikulum Merdeka, pembelajaran fisika di kelas 10, 11, dan 12 dirancang untuk memberikan pemahaman mendalam tentang berbagai konsep penting mulai dari gerak, hukum Newton, termodinamika, hingga fisika kuantum. Artikel ini menyajikan rangkuman lengkap dan detail materi fisika untuk ketiga tingkat tersebut, dilengkapi dengan contoh soal sulit beserta pembahasannya. Tujuan dari rangkuman ini adalah untuk membantu siswa menguasai materi dengan lebih baik dan siap menghadapi ujian serta tantangan akademis di masa depan.

Kelas 10

1. Gerak

Definisi:
Gerak adalah perubahan posisi suatu benda terhadap titik acuan tertentu dalam selang waktu tertentu.

Jenis Gerak:

• Gerak Lurus Beraturan (GLB)
• Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
• Gerak Melingkar Berubah Beraturan

Rumus GLB:
$s=v\times t$
Rumus GLBB:
$v=u+a\mathrm{t<span\; style="font-family:\; Nunito,\; "\; segoe=""\; ui",=""\; arial;"=""></span>}$$s = ut + \frac{1}{2}at^2$,  $v^2=u^2+2as$

Contoh Soal:
Seorang pelari berlari dengan kecepatan awal 5 m/s dan percepatan 2 m/s². Tentukan jarak yang ditempuh setelah 10 detik.

Pembahasan:
$u = 5 \, \text{m/s}, \, a = 2 \, \text{m/s}^2, \, t = 10 \, \text{detik}$ $s = ut + \frac{1}{2}at^2$
 $s = 5 \times 10 + \frac{1}{2} \times 2 \times 10^2$$s = 50 + 100 = 150 \, \text{m}$

2. Hukum Newton

Definisi:
Hukum Newton menjelaskan hubungan antara gaya dan gerak benda.

Hukum Newton I:
Setiap benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali jika diberi gaya yang mengubah keadaan tersebut.

Hukum Newton II:
$F = m \times a$

Hukum Newton III:
Untuk setiap aksi, ada reaksi yang sama besar tetapi berlawanan arah.

Contoh Soal:
Sebuah benda dengan massa 10 kg didorong dengan gaya 50 N. Tentukan percepatan benda tersebut.

Pembahasan:
$F = 50 \, \text{N}, \, m = 10 \, \text{kg}$
 $a = \frac{F}{m}$
$a = \frac{50}{10}$$$=5 m/s^2

3. Usaha dan Energi

Definisi:
Usaha adalah hasil kali gaya dan perpindahan yang searah dengan gaya.

Rumus Usaha:
$W = F \times s$

Energi Kinetik:
$E_k = \frac{1}{2}mv^2$

Energi Potensial:
$E_p = mgh$

Contoh Soal:
Sebuah benda dengan massa 5 kg jatuh dari ketinggian 10 meter. Hitung energi kinetiknya tepat sebelum menyentuh tanah.

Pembahasan:
Gunakan prinsip konservasi energi.
$E_p = mgh$$E_p = 5 \times 10 \times 10 = 500 \, \text{J}$
 Energi potensial akan diubah menjadi energi kinetik saat jatuh.
$E_k = E_p = 500 \, \text{J}$

Kelas 11

4. Gelombang dan Bunyi

Definisi:
Gelombang adalah getaran yang merambat. Gelombang mekanik memerlukan medium untuk merambat.

Rumus Gelombang:
$v = f \lambda$ di mana $v$ adalah kecepatan gelombang, $f$adalah frekuensi, dan $\lambda$ adalah panjang gelombang.

Contoh Soal:
Sebuah gelombang bunyi memiliki frekuensi 500 Hz dan merambat dengan kecepatan 340 m/s. Tentukan panjang gelombangnya.

Pembahasan:
$v = 340 \, \text{m/s}, \, f = 500 \, \text{Hz}$
$\lambda = \frac{v}{f}$$\lambda = \frac{340}{500}$
$\lambda = 0.68 \, \text{m}$

5. Termodinamika

Definisi:
Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hubungan antara panas dan energi.

Hukum Pertama Termodinamika:
$\Delta U = Q - W$

Hukum Kedua Termodinamika:
Energi panas tidak dapat sepenuhnya diubah menjadi usaha mekanik tanpa adanya perubahan lainnya.

Contoh Soal:
Jika 500 J panas ditambahkan ke sistem dan 200 J digunakan untuk melakukan usaha, hitung perubahan energi dalam sistem.

Pembahasan:
$Q = 500 \, \text{J}, \, W = 200 \, \text{J}$
 $\Delta U = Q - W$$\Delta U = 500 - 200$
$\Delta U = 300 \, \text{J}$

6. Listrik dan Magnet

Definisi:
Listrik dan magnet adalah fenomena yang berhubungan dengan muatan listrik dan medan magnet.

Hukum Ohm:
$V = I \times R$

Hukum Faraday:
GGL induksi yang dihasilkan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang memotong sirkuit.

Contoh Soal:
Jika sebuah resistor dengan resistansi 10 Ω dihubungkan dengan sumber tegangan 20 V, hitung arus yang mengalir.

Pembahasan:
$$V=20V, R=10Ω
$\mathrm{<br>}$$I = \frac{V}{R}$
$I = \frac{20}{10}$
$I = 2 \, \text{A}$

Kelas 12

7. Gelombang Elektromagnetik

Definisi:
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang merambat melalui ruang tanpa memerlukan medium, terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang bergetar tegak lurus satu sama lain.

Rumus Gelombang Elektromagnetik:
$c = f \lambda$ di mana $c$ adalah kecepatan cahaya (3 × 10^8 m/s), $f$ adalah frekuensi, dan $\lambda$ adalah panjang gelombang.

Contoh Soal:
Gelombang radio memiliki frekuensi 100 MHz. Hitung panjang gelombangnya.

Pembahasan:
$f = 100 \times 10^6 \, \text{Hz}$$\lambda = \frac{c}{f}$
$\lambda = \frac{3 \times 10^8}{100 \times 10^6}$
$\lambda = 3 \, \text{m}$

8. Relativitas

Definisi:
Teori relativitas dikembangkan oleh Albert Einstein, yang mencakup relativitas khusus dan umum.

Relativitas Khusus:
$E = mc^2$

Contoh Soal:
Sebuah partikel memiliki massa 2 kg. Hitung energinya saat bergerak dengan kecepatan cahaya.

Pembahasan:
$m = 2 \, \text{kg}, \, c = 3 \times 10^8 \, \text{m/s}$
$E = mc^2$

$E = 2 \times (3 \times 10^8)^2$
$E = 2 \times 9 \times 10^{16}$
$E = 18 \times 10^{16}$
$E = 1.8 \times 10^{17} \, \text{J}$

9. Fisika Kuantum

Definisi:
Fisika kuantum mempelajari fenomena pada skala atom dan subatom.

Rumus Efek Fotoelektrik:
$E = h \nu - \phi$
di mana $E$ adalah energi elektron yang terlepas, $h$ adalah konstanta Planck, $\mathrm{\nu \; adalah\; frekuensi\; cahaya\; dan }$

$\mathrm{<span\; class="katex-html"\; aria-hidden="true"\; style="font-family:\; Nunito,\; "\; segoe=""\; ui",=""\; arial;"=""><span\; class="base"><span\; class="mord\; mathnormal">\varphi </span></span>adalah\; fungsi\; kerja.</span>}$

Contoh Soal:
Cahaya dengan frekuensi 6 × 10^14 Hz memukul permukaan logam dengan fungsi kerja 2 eV. Hitung energi elektron yang terlepas.

Pembahasan:
$h = 6.63 \times 10^{-34} \, \text{Js}, \, \nu = 6 \times 10^{14} \, \text{Hz}, \, \phi = 2 \, \text{eV} = 3.2 \times 10^{-19} \, \text{J}$
$E = h \nu - \phi$
$E = (6.63 \times 10^{-34} \times 6 \times 10^{14}) - 3.2 \times 10^{-19}$
$E = 3.978 \times 10^{-19} - 3.2 \times 10^{-19}$

$E = 7.78 \times 10^{-20} \, \text{J}$

10. Fisika Inti

Definisi:
Fisika inti mempelajari struktur dan perilaku inti atom.

Rumus Massa Defek:
$\Delta m = (Z m_p + (A - Z) m_n) - m_{\text{inti}}$

Rumus Energi Ikat:
$E_b=\mathrm{\Delta }m\times c^2$

Contoh Soal:
Inti atom helium memiliki 2 proton dan 2 neutron. Massa proton = 1.007276 u, massa neutron = 1.008665 u, massa inti helium = 4.001506 u. Hitung energi ikatnya.

Pembahasan:
$m_p = 1.007276 \, \text{u}, \, m_n = 1.008665 \, \text{u}$$m_{\text{inti}} = 4.001506 \, \text{u}$
$\Delta m = (2 \times 1.007276 + 2 \times 1.008665) - 4.001506$
$\Delta m = (2.014552 + 2.01733) - 4.001506$ $$

$\Delta m = 4.031882 - 4.001506$$\Delta m = 0.030376 \, \text{u}$
$1 \, \text{u} = 931.5 \, \text{MeV}$
$E_b = \Delta m \times 931.5$
$E_b = 0.030376 \times 931.5$

$$
$E_b \approx 28.3 \, \text{MeV}$