Menguasai Bab 2 IPA Kelas 7 Semester 2: Energi, Gerak, dan Perubahannya (Dilengkapi Contoh Soal dan Pembahasan)
Memasuki semester kedua di kelas 7, siswa akan dihadapkan pada materi yang semakin menarik dan relevan dengan kehidupan sehari-hari, salah satunya adalah Bab 2 yang membahas tentang Energi, Gerak, dan Perubahannya. Bab ini merupakan pondasi penting untuk memahami berbagai fenomena alam, mulai dari bagaimana benda bergerak hingga bagaimana energi dimanfaatkan. Memahami konsep-konsep dalam bab ini tidak hanya akan membantu dalam ulangan harian dan penilaian akhir semester, tetapi juga membuka wawasan terhadap berbagai aplikasi teknologi yang kita gunakan setiap hari.
Artikel ini akan mengupas tuntas Bab 2 IPA Kelas 7 Semester 2, meliputi konsep-konsep kunci, dan yang terpenting, menyajikan contoh-contoh soal beserta pembahasannya yang dapat menjadi bekal berharga bagi para siswa dalam belajar. Kita akan membedah berbagai tipe soal, mulai dari pilihan ganda, esai singkat, hingga soal cerita yang membutuhkan analisis.
Memahami Konsep Kunci dalam Bab 2: Energi, Gerak, dan Perubahannya
Sebelum kita melangkah ke contoh soal, mari kita segarkan kembali ingatan kita tentang konsep-konsep utama yang dibahas dalam bab ini.
-
Gerak:
- Pengertian Gerak: Gerak adalah perubahan posisi suatu benda terhadap titik acuan tertentu. Suatu benda dikatakan bergerak jika posisinya berubah dari waktu ke waktu relatif terhadap benda lain yang dianggap diam.
- Lintasan: Jalur yang ditempuh oleh benda yang bergerak. Lintasan bisa lurus, melengkung, atau bahkan berbentuk lingkaran.
- Kelajuan dan Kecepatan:
- Kelajuan: Seberapa cepat benda bergerak, diukur dari jarak yang ditempuh per satuan waktu. Kelajuan adalah besaran skalar.
- Kecepatan: Seberapa cepat benda bergerak dan ke arah mana benda itu bergerak. Kecepatan adalah besaran vektor.
- Percepatan: Perubahan kecepatan suatu benda per satuan waktu. Percepatan bisa positif (kecepatan bertambah), negatif (kecepatan berkurang/perlambatan), atau nol (kecepatan konstan).
- Hukum Newton tentang Gerak:
- Hukum I Newton (Hukum Kelembaman): Benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan jika tidak ada gaya luar yang bekerja padanya.
- Hukum II Newton: Percepatan yang dihasilkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan gaya tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda. (Rumus: $F = m times a$)
- Hukum III Newton: Untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah.
-
Energi:
- Pengertian Energi: Kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain (Hukum Kekekalan Energi).
- Bentuk-bentuk Energi: Energi kinetik, energi potensial (gravitasi dan elastis), energi panas, energi cahaya, energi listrik, energi kimia, energi nuklir, dll.
- Energi Kinetik (Energi Gerak): Energi yang dimiliki benda karena geraknya. Semakin besar massa dan kecepatan benda, semakin besar energi kinetiknya. (Rumus: $EK = frac12mv^2$)
- Energi Potensial Gravitasi: Energi yang dimiliki benda karena ketinggiannya terhadap suatu bidang acuan. Semakin tinggi benda, semakin besar energi potensial gravitasinya. (Rumus: $EP = mgh$)
- Hubungan Energi Kinetik dan Energi Potensial: Dalam sistem tertutup tanpa gesekan, total energi mekanik (jumlah energi kinetik dan energi potensial) adalah konstan. Energi dapat berubah dari potensial menjadi kinetik, dan sebaliknya.
-
Usaha (Kerja):
- Pengertian Usaha: Gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut berpindah sejauh jarak tertentu. Usaha hanya terjadi jika ada gaya yang menyebabkan perpindahan. (Rumus: $W = F times s$)
- Hubungan Usaha dan Energi: Usaha yang dilakukan pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut.
Contoh Soal IPA Kelas 7 Semester 2 Bab 2 Beserta Pembahasannya
Mari kita mulai dengan contoh-contoh soal yang mencakup berbagai aspek dari bab ini.
>
Bagian A: Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang paling tepat!
-
Sebuah mobil bergerak dari kota A ke kota B yang berjarak 150 km. Perjalanan ini ditempuh dalam waktu 3 jam. Berapakah kelajuan rata-rata mobil tersebut?
a. 40 km/jam
b. 50 km/jam
c. 60 km/jam
d. 75 km/jamPembahasan:
Soal ini meminta kita menghitung kelajuan rata-rata. Rumus kelajuan rata-rata adalah:
Kelajuan Rata-rata = Jarak / Waktu
Diketahui:
Jarak = 150 km
Waktu = 3 jam
Maka, Kelajuan Rata-rata = 150 km / 3 jam = 50 km/jam.
Jawaban: b -
Jika sebuah benda dilempar vertikal ke atas, maka pada titik tertinggi lintasannya, benda tersebut akan mengalami…
a. Percepatan positif
b. Percepatan nol
c. Kecepatan nol dan percepatan positif
d. Kecepatan nol dan percepatan negatifPembahasan:
Saat benda dilempar ke atas, ia akan mengalami perlambatan akibat gravitasi. Pada titik tertinggi, kecepatan sesaat benda adalah nol. Namun, gaya gravitasi (yang menyebabkan percepatan ke bawah) masih tetap bekerja. Oleh karena itu, benda tersebut memiliki kecepatan nol tetapi percepatan positif (menuju arah bawah). Jika kita menganggap arah ke atas sebagai positif, maka percepatan gravitasi adalah negatif. Namun, dalam konteks perubahan kecepatan, jika kecepatan sesaat adalah nol dan gaya gravitasi masih bekerja, benda akan mulai bergerak turun dengan percepatan. Pertanyaan ini menguji pemahaman bahwa percepatan gravitasi selalu bekerja, bahkan ketika kecepatan sesaat adalah nol.
Jawaban: c -
Benda manakah yang memiliki energi kinetik paling besar jika massa dan kecepatannya berbeda-beda?
a. Bola bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s
b. Mobil bermassa 1000 kg bergerak dengan kecepatan 5 m/s
c. Pesawat terbang bermassa 50.000 kg bergerak dengan kecepatan 200 m/s
d. Peluru bermassa 0.01 kg bergerak dengan kecepatan 500 m/sPembahasan:
Rumus energi kinetik adalah $EK = frac12mv^2$. Kita perlu menghitung energi kinetik masing-masing opsi.
a. $EK = frac12 times 2 times (10)^2 = 1 times 100 = 100$ Joule
b. $EK = frac12 times 1000 times (5)^2 = 500 times 25 = 12.500$ Joule
c. $EK = frac12 times 50000 times (200)^2 = 25000 times 40000 = 1.000.000.000$ Joule
d. $EK = frac12 times 0.01 times (500)^2 = 0.005 times 250000 = 1250$ Joule
Pesawat terbang memiliki energi kinetik paling besar.
Jawaban: c -
Seorang anak mendorong tembok dengan gaya 100 N, tetapi tembok tersebut tidak bergerak. Usaha yang dilakukan oleh anak tersebut adalah…
a. 0 Joule
b. 100 Joule
c. 1000 Joule
d. Tidak dapat ditentukanPembahasan:
Usaha dihitung dengan rumus $W = F times s$. Usaha terjadi jika ada gaya yang menyebabkan perpindahan. Dalam kasus ini, anak mendorong tembok, tetapi tembok tidak bergerak (perpindahan $s = 0$). Maka, $W = 100 text N times 0 text m = 0$ Joule.
Jawaban: a -
Manakah dari pernyataan berikut yang paling tepat menggambarkan Hukum I Newton?
a. Semakin besar gaya yang diberikan, semakin besar percepatannya.
b. Jika tidak ada gaya luar, benda yang diam akan tetap diam.
c. Gaya aksi selalu berbanding lurus dengan gaya reaksi.
d. Energi dapat berubah bentuk tetapi tidak dapat hilang.Pembahasan:
Hukum I Newton (Hukum Kelembaman) menyatakan bahwa benda akan cenderung mempertahankan keadaannya, yaitu tetap diam jika sedang diam, atau bergerak lurus beraturan jika sedang bergerak, kecuali jika ada gaya luar yang bekerja padanya.
Opsi a adalah Hukum II Newton. Opsi c berkaitan dengan Hukum III Newton. Opsi d adalah Hukum Kekekalan Energi.
Jawaban: b -
Sebuah bola jatuh bebas dari ketinggian 10 meter. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², berapakah energi potensial gravitasi bola saat berada di ketinggian 10 meter, dengan asumsi massa bola adalah 0.5 kg?
a. 5 Joule
b. 50 Joule
c. 100 Joule
d. 0 JoulePembahasan:
Rumus energi potensial gravitasi adalah $EP = mgh$.
Diketahui:
massa (m) = 0.5 kg
percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²
ketinggian (h) = 10 m
Maka, $EP = 0.5 text kg times 10 text m/s^2 times 10 text m = 50$ Joule.
Jawaban: b -
Ketika sebuah pemukul memukul bola kasti, bola tersebut bergerak. Ini menunjukkan bahwa pemukul telah memberikan…
a. Energi kinetik pada bola
b. Energi potensial pada bola
c. Usaha pada bola
d. Jawaban b dan c benarPembahasan:
Pemukul memberikan gaya pada bola yang menyebabkan bola berpindah. Pemberian gaya yang menyebabkan perpindahan ini disebut usaha. Akibat dari usaha tersebut, bola memperoleh energi kinetik (energi gerak). Jadi, pemukul memberikan usaha dan energi kinetik pada bola.
Jawaban: c (Lebih tepatnya, usaha yang dilakukan pemukul mengubah energi bola menjadi energi kinetik). Namun, dalam pilihan ganda, ‘usaha’ adalah tindakan langsung yang dilakukan oleh pemukul. -
Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak benda pada lintasan lurus dengan…
a. Percepatan berubah-ubah
b. Kecepatan yang berubah-ubah
c. Kelajuan dan arah yang konstan
d. Gaya yang berubah-ubahPembahasan:
Gerak lurus beraturan (GLB) dicirikan oleh kecepatan yang konstan (baik besar maupun arahnya). Ini berarti percepatan bernilai nol.
Jawaban: c -
Sebuah benda bermassa 4 kg ditarik dengan gaya konstan 20 N. Berapakah percepatan yang dialami benda tersebut?
a. 2 m/s²
b. 5 m/s²
c. 10 m/s²
d. 20 m/s²Pembahasan:
Menggunakan Hukum II Newton, $F = m times a$.
Diketahui:
Gaya (F) = 20 N
massa (m) = 4 kg
Maka, $a = fracFm = frac20 text N4 text kg = 5 text m/s^2$.
Jawaban: b -
Energi yang dimiliki benda karena posisinya disebut energi…
a. Kinetik
b. Potensial
c. Mekanik
d. TermalPembahasan:
Energi yang dimiliki benda karena kedudukannya atau posisinya disebut energi potensial. Energi kinetik adalah energi karena geraknya. Energi mekanik adalah jumlah energi kinetik dan potensial. Energi termal berkaitan dengan panas.
Jawaban: b
>
Bagian B: Esai Singkat
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas!
-
Jelaskan perbedaan antara kelajuan dan kecepatan! Berikan contohnya!
Jawaban:
Perbedaan utama antara kelajuan dan kecepatan terletak pada sifatnya:- Kelajuan adalah besaran skalar, yaitu hanya memiliki nilai besarnya saja. Kelajuan menyatakan seberapa cepat suatu benda bergerak.
- Kecepatan adalah besaran vektor, yaitu memiliki nilai besar dan arah. Kecepatan menyatakan seberapa cepat suatu benda bergerak dan ke arah mana ia bergerak.
Contoh:
Seorang pelari berlari sejauh 100 meter dalam waktu 10 detik. Kelajuannya adalah 100 m / 10 s = 10 m/s.
Jika pelari tersebut berlari lurus ke depan sejauh 100 meter dalam waktu 10 detik, maka kecepatannya adalah 10 m/s ke depan. Namun, jika pelari tersebut berlari mengelilingi lintasan dan kembali ke titik awal sejauh 100 meter dalam 10 detik, kelajuannya tetap 10 m/s, tetapi kecepatannya rata-rata adalah 0 m/s karena perpindahannya nol.
-
Jelaskan Hukum II Newton menggunakan kata-kata Anda sendiri dan sebutkan rumus matematisnya!
Jawaban:
Hukum II Newton menyatakan bahwa jika sebuah benda dikenai gaya total, maka benda tersebut akan mengalami percepatan. Besarnya percepatan ini berbanding lurus dengan besar gaya total yang bekerja pada benda tersebut, dan berbanding terbalik dengan massa benda. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja.
Rumus matematisnya adalah: $Sigma F = m times a$
Di mana:
$Sigma F$ = resultan gaya yang bekerja pada benda (dalam Newton, N)
$m$ = massa benda (dalam kilogram, kg)
$a$ = percepatan benda (dalam meter per sekon kuadrat, m/s²) -
Sebuah benda jatuh dari ketinggian tertentu. Jelaskan bagaimana energi kinetik dan energi potensialnya berubah selama jatuh, dengan asumsi tidak ada gesekan udara!
Jawaban:
Ketika benda berada di ketinggian awal, ia memiliki energi potensial gravitasi maksimum dan energi kinetik nol (jika mulai dari keadaan diam). Saat benda mulai jatuh, ketinggiannya berkurang, sehingga energi potensialnya menurun. Sebaliknya, kecepatannya bertambah, sehingga energi kinetiknya meningkat. Energi potensial yang hilang berubah menjadi energi kinetik. Tepat sebelum menyentuh tanah, energi potensialnya mendekati nol dan energi kinetiknya maksimum. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi Mekanik, jumlah energi kinetik dan energi potensial tetap konstan sepanjang geraknya (jika gesekan diabaikan). -
Mengapa mendorong tembok yang kokoh tidak menghasilkan usaha meskipun Anda mengerahkan tenaga?
Jawaban:
Usaha dalam fisika didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya yang diberikan pada suatu benda dengan perpindahan benda tersebut dalam arah gaya. Meskipun Anda mengerahkan tenaga (memberikan gaya) untuk mendorong tembok, tembok tersebut tidak bergerak (perpindahannya adalah nol). Karena perpindahannya nol, maka usaha yang Anda lakukan pada tembok adalah nol, meskipun Anda merasa lelah. -
Sebutkan dua contoh penerapan Hukum III Newton dalam kehidupan sehari-hari!
Jawaban:
Dua contoh penerapan Hukum III Newton adalah:- Saat berjalan: Ketika kita melangkah, kaki kita mendorong tanah ke belakang (aksi). Tanah kemudian mendorong kaki kita ke depan dengan gaya yang sama besar dan berlawanan arah (reaksi), sehingga kita bisa bergerak maju.
- Saat roket meluncur: Roket menyemburkan gas panas ke bawah dengan sangat kuat (aksi). Gas yang disemburkan tersebut mendorong roket ke atas dengan gaya yang sama besar dan berlawanan arah (reaksi), sehingga roket dapat terangkat dan meluncur ke angkasa.
>
Bagian C: Soal Cerita/Analisis
Bacalah soal cerita berikut dan jawablah pertanyaan-pertanyaannya!
Sebuah bola bermassa 2 kg dilepaskan dari puncak sebuah perosotan licin setinggi 5 meter. Bola tersebut meluncur menuruni perosotan dan mencapai dasar perosotan. Diasumsikan tidak ada gaya gesekan pada perosotan.
-
Berapakah energi potensial gravitasi bola saat berada di puncak perosotan? (Gunakan $g = 10 text m/s^2$)
Pembahasan:
Diketahui:
massa (m) = 2 kg
ketinggian (h) = 5 m
percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²
Rumus energi potensial: $EP = mgh$
$EP = 2 text kg times 10 text m/s^2 times 5 text m = 100$ Joule.
Jawaban: 100 Joule -
Berapakah energi kinetik bola saat berada di puncak perosotan?
Pembahasan:
Saat dilepaskan dari puncak, bola masih diam sebelum mulai bergerak. Oleh karena itu, energi kinetiknya adalah nol.
Jawaban: 0 Joule -
Berapakah energi mekanik total bola saat berada di puncak perosotan?
Pembahasan:
Energi mekanik ($EM$) adalah jumlah energi potensial ($EP$) dan energi kinetik ($EK$).
$EM = EP + EK$
$EM = 100 text Joule + 0 text Joule = 100$ Joule.
Jawaban: 100 Joule -
Berapakah energi kinetik bola saat mencapai dasar perosotan?
Pembahasan:
Karena diasumsikan tidak ada gesekan udara, maka berlaku Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Energi mekanik total bola akan tetap sama dari puncak hingga dasar perosotan.
Energi mekanik di puncak = Energi mekanik di dasar
$EMtextpuncak = EMtextdasar$
$100 text Joule = EPtextdasar + EKtextdasar$
Saat di dasar perosotan, ketinggiannya adalah 0 meter, sehingga energi potensialnya adalah nol ($EPtextdasar = mgh = 2 times 10 times 0 = 0$ Joule).
Maka, $100 text Joule = 0 text Joule + EKtextdasar$
$EK_textdasar = 100$ Joule.
Jawaban: 100 Joule -
Berapakah kecepatan bola saat mencapai dasar perosotan? (Gunakan rumus $EK = frac12mv^2$)
Pembahasan:
Kita tahu energi kinetik di dasar adalah 100 Joule, massa bola adalah 2 kg.
$EK = frac12mv^2$
$100 text J = frac12 times 2 text kg times v^2$
$100 text J = 1 text kg times v^2$
$v^2 = frac100 text J1 text kg = 100 text m^2/texts^2$
$v = sqrt100 text m^2/texts^2 = 10 text m/s$.
Jawaban: 10 m/s
>
Tips Tambahan untuk Menguasai Bab 2
- Pahami Konsep Dasar: Pastikan Anda benar-benar mengerti definisi dari gerak, kecepatan, percepatan, energi kinetik, energi potensial, dan usaha.
- Hafalkan Rumus Penting: Rumus-rumus seperti $F=ma$, $W=Fs$, $EK=frac12mv^2$, dan $EP=mgh$ adalah kunci. Latihlah diri Anda untuk dapat menggunakannya.
- Visualisasikan: Cobalah memvisualisasikan fenomena gerak dan perubahan energi yang terjadi. Membayangkan bola jatuh, mobil bergerak, atau roket meluncur akan sangat membantu pemahaman.
- Hubungkan dengan Kehidupan Nyata: Materi ini sangat dekat dengan kehidupan sehari-hari. Perhatikan bagaimana energi digunakan dalam berbagai peralatan, bagaimana benda bergerak di sekitar Anda, dan bagaimana hukum-hukum fisika bekerja.
- Latihan Soal Secara Berkala: Kunci utama keberhasilan adalah latihan. Kerjakan berbagai macam soal, mulai dari yang mudah hingga yang menantang. Jika menemui kesulitan, jangan ragu untuk bertanya kepada guru atau teman.
- Diskusi Kelompok: Belajar bersama teman dapat membantu Anda melihat masalah dari sudut pandang yang berbeda dan saling menjelaskan konsep yang sulit.
Penutup
Bab 2 tentang Energi, Gerak, dan Perubahannya adalah bab yang fundamental dalam fisika. Dengan pemahaman yang kuat tentang konsep-konsep dasarnya, serta kemampuan menerapkan rumus-rumus yang relevan, Anda akan siap menghadapi berbagai tantangan soal. Contoh-contoh soal yang telah dibahas di atas diharapkan dapat memberikan gambaran yang jelas mengenai tipe soal yang mungkin muncul dan bagaimana cara menyelesaikannya. Teruslah berlatih dan jangan pernah berhenti belajar, karena fisika adalah ilmu yang menarik dan penuh dengan penemuan!
>
