Kumpulan Rumus Fisika SMA Lengkap dan Mudah Dipahami, Beserta Contoh Soal

Fisika merupakan salah satu mata pelajaran SMA yang sering dianggap sulit karena melibatkan banyak rumus, konsep, dan perhitungan. Mulai dari gerak benda, gaya, energi, hingga listrik dan gelombang, setiap materi memiliki rumus yang perlu dipahami agar siswa dapat menyelesaikan soal dengan tepat.

Namun, belajar Fisika sebenarnya tidak harus selalu menghafal rumus. Kunci utamanya adalah memahami konsep, mengenali simbol yang digunakan, mengetahui satuan besaran, dan berlatih menerapkan rumus dalam berbagai jenis soal.

Artikel ini menyajikan kumpulan rumus Fisika SMA lengkap berdasarkan materi utama, mulai dari gerak lurus hingga fisika modern, disertai keterangan simbol dan contoh soal sederhana. Rangkuman ini dapat digunakan sebagai bahan belajar mandiri, referensi mengerjakan PR, maupun persiapan ujian sekolah.

1. Rumus Besaran dan Pengukuran Fisika

Sebelum mempelajari rumus yang lebih kompleks, siswa perlu memahami besaran, satuan, dan pengukuran dalam Fisika.

Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan menggunakan angka serta satuan.

Besaran pokok dan satuan SI

Rumus kecepatan rata-rata

[
v_{\text{rata-rata}}=\frac{\Delta x}{\Delta t}
]

Keterangan:

• (v) = kecepatan rata-rata (m/s)

• (\Delta x) = perpindahan (m)

• (\Delta t) = selang waktu (s)

Contoh soal:

Sebuah benda berpindah sejauh 100 meter dalam waktu 20 sekon. Berapakah kecepatan rata-ratanya?

Jawaban:

[
v=\frac{100}{20}=5\text{ m/s}
]

Jadi, kecepatan rata-rata benda adalah 5 m/s.

Perlu diingat bahwa kecepatan rata-rata menggunakan perpindahan, sedangkan kelajuan rata-rata menggunakan jarak total yang ditempuh.

2. Rumus Gerak Lurus (GLB dan GLBB)

Gerak lurus merupakan materi dasar Fisika SMA yang membahas pergerakan benda pada lintasan lurus. Materi ini terbagi menjadi Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB).

A. Gerak Lurus Beraturan (GLB)

GLB adalah gerak benda dengan kecepatan tetap dan percepatan nol.

Rumus GLB:

[
s=vt
]

atau

[
v=\frac{s}{t}
]

Keterangan:

• (s) = jarak yang ditempuh (m)
• (v) = kelajuan (m/s)
• (t) = waktu (s)

Contoh soal:

Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan tetap 15 m/s selama 8 sekon. Berapa jarak yang ditempuh?

Jawaban:

[
s=vt=15\times8=120\text{ m}
]

Jadi, jarak yang ditempuh mobil adalah 120 meter.

B. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

GLBB adalah gerak benda dengan percepatan tetap. Kecepatan benda dapat bertambah atau berkurang secara teratur.

Rumus GLBB:

Keterangan:

• (v_0) = kecepatan awal (m/s)
• (v_t) = kecepatan pada waktu (t) (m/s)
• (a) = percepatan (m/s²)
• (t) = waktu (s)
• (s) = perpindahan (m)

Contoh soal:

Sebuah benda mula-mula diam, kemudian bergerak dengan percepatan 2 m/s² selama 5 sekon. Berapakah kecepatan akhirnya?

Jawaban:

[
v_t=v_0+at
]

[
v_t=0+(2\times5)=10\text{ m/s}
]

Jadi, kecepatan akhir benda adalah 10 m/s.

3. Rumus Gerak Jatuh Bebas dan Gerak Vertikal

Gerak vertikal adalah gerak benda pada arah vertikal yang dipengaruhi percepatan gravitasi. Dalam soal sekolah, hambatan udara biasanya diabaikan kecuali disebutkan berbeda.

A. Gerak jatuh bebas

Gerak jatuh bebas terjadi ketika benda dilepaskan dari keadaan diam dan jatuh karena gravitasi.

Rumus:

[
v=gt
]

[
h=\frac12gt^2
]

[
v^2=2gh
]

Keterangan:

• (v) = kecepatan benda (m/s)
• (g) = percepatan gravitasi (m/s²)
• (t) = waktu jatuh (s)
• (h) = ketinggian yang telah ditempuh (m)

Contoh soal:

Sebuah benda dijatuhkan dari keadaan diam selama 2 sekon. Jika (g=10\text{ m/s}^2), berapa jarak jatuhnya?

[
h=\frac12gt^2
]

[
h=\frac12(10)(2^2)=20\text{ m}
]

Jadi, benda telah jatuh sejauh 20 meter.

B. Gerak vertikal ke atas

Benda dilempar ke atas dengan kecepatan awal tertentu. Ketika mencapai titik tertinggi, kecepatannya sesaat menjadi nol.

Rumus waktu mencapai titik tertinggi:

[
t_{\text{maks}}=\frac{v_0}{g}
]

Rumus ketinggian maksimum:

[
h_{\text{maks}}=\frac{v_0^2}{2g}
]

Jika benda kembali ke ketinggian awal dan hambatan udara diabaikan, waktu total geraknya adalah:

[
t_{\text{total}}=\frac{2v_0}{g}
]

4. Rumus Hukum Newton dan Gaya

Hukum Newton menjelaskan hubungan antara gaya, massa, dan gerak benda. Materi ini menjadi dasar untuk memahami berbagai peristiwa mekanika.

A. Hukum I Newton

Jika resultan gaya pada benda sama dengan nol, benda akan tetap diam atau bergerak lurus dengan kecepatan tetap.

[
\sum F=0
]

B. Hukum II Newton

Percepatan benda sebanding dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan massanya.

[
\sum F=ma
]

Keterangan:

• (F) = gaya (N)
• (m) = massa (kg)
• (a) = percepatan (m/s²)

Contoh soal:

Benda bermassa 4 kg mendapat resultan gaya sebesar 20 N. Berapakah percepatannya?

[
a=\frac{F}{m}=\frac{20}{4}=5\text{ m/s}^2
]

Jadi, percepatan benda adalah 5 m/s².

C. Hukum III Newton

Setiap aksi memiliki reaksi yang sama besar dan berlawanan arah. Gaya aksi dan reaksi bekerja pada dua benda yang berbeda.

[
F_{\text{aksi}}=-F_{\text{reaksi}}
]

Rumus gaya penting lainnya

Keterangan tambahan:

• (w) = gaya berat (N)
• (\mu_k) dan (\mu_s) = koefisien gesek
• (N) = gaya normal (N)
• (k) = konstanta pegas (N/m)
• (x) = perubahan panjang pegas (m)
• (r) = jari-jari lintasan (m)

Pada rumus gaya pegas, tanda negatif menunjukkan bahwa gaya pegas berlawanan arah dengan perpindahan dari posisi keseimbangan.

5. Rumus Usaha, Energi, dan Daya

Materi usaha dan energi menjelaskan bagaimana gaya dapat memindahkan benda serta bagaimana energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

A. Usaha

Jika gaya konstan bekerja pada benda yang berpindah, usaha dirumuskan sebagai:

[
W=Fs\cos\theta
]

Jika gaya searah perpindahan, rumusnya menjadi:

[
W=Fs
]

Keterangan:

• (W) = usaha (J)
• (F) = gaya (N)
• (s) = perpindahan (m)
• (\theta) = sudut antara gaya dan perpindahan

B. Energi kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena gerakannya.

[
E_k=\frac12mv^2
]

C. Energi potensial gravitasi

Energi potensial gravitasi dekat permukaan Bumi dirumuskan sebagai:

[
E_p=mgh
]

D. Energi mekanik

Jika hanya gaya konservatif yang melakukan usaha, energi mekanik total tetap.

[
E_m=E_k+E_p
]

E. Daya

Daya merupakan usaha yang dilakukan per satuan waktu.

[
P=\frac{W}{t}
]

Jika gaya dan kecepatan searah:

[
P=Fv
]

Contoh soal:

Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Berapakah energi kinetiknya?

[
E_k=\frac12mv^2
]

[
E_k=\frac12(2)(4^2)=16\text{ J}
]

Jadi, energi kinetiknya adalah 16 joule.

6. Rumus Momentum dan Impuls

Momentum berkaitan dengan massa dan kecepatan benda, sedangkan impuls berkaitan dengan perubahan momentum akibat gaya yang bekerja selama selang waktu tertentu.

A. Momentum

[
p=mv
]

Satuan momentum adalah kg m/s.

B. Impuls

Untuk gaya konstan:

[
I=F\Delta t
]

Impuls juga sama dengan perubahan momentum:

[
I=\Delta p=m(v_t-v_0)
]

C. Hukum kekekalan momentum

Pada sistem terisolasi, momentum total sebelum tumbukan sama dengan momentum total sesudah tumbukan.

Untuk dua benda:

[
m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'
]

Tanda kecepatan harus disesuaikan dengan arah gerak. Tumbukan lenting sempurna, lenting sebagian, dan tidak lenting sama sekali memiliki karakteristik yang berbeda.

7. Rumus Gerak Melingkar

Gerak melingkar membahas benda yang bergerak mengikuti lintasan berbentuk lingkaran.

Keterangan:

• (\omega) = kecepatan sudut (rad/s)
• (r) = jari-jari (m)
• (T) = periode (s)
• (f) = frekuensi (Hz)

Contoh soal:

Sebuah benda bergerak melingkar dengan frekuensi 2 Hz. Berapakah periodenya?

[
T=\frac1f=\frac12=0{,}5\text{ s}
]

Jadi, periodenya adalah 0,5 sekon.

8. Rumus Fluida Statis dan Dinamis

Fluida merupakan zat yang dapat mengalir, seperti cairan dan gas. Materi ini meliputi tekanan, gaya apung, dan aliran fluida.

A. Tekanan

[
P=\frac{F}{A}
]

Keterangan:

• (P) = tekanan (Pa)
• (F) = gaya tegak lurus permukaan (N)
• (A) = luas permukaan (m²)

B. Tekanan hidrostatis

[
P_h=\rho gh
]

Tekanan total dalam fluida terbuka pada kedalaman (h) adalah:

[
P_{\text{total}}=P_{\text{atm}}+\rho gh
]

C. Hukum Archimedes

Gaya apung pada benda yang tercelup dalam fluida adalah:

[
F_A=\rho_f gV_{\text{tercelup}}
]

D. Persamaan kontinuitas

Untuk aliran fluida ideal yang tidak termampatkan:

[
A_1v_1=A_2v_2
]

E. Persamaan Bernoulli

[
P+\frac12\rho v^2+\rho gh=\text{konstan}
]

Persamaan Bernoulli berlaku untuk aliran tunak fluida ideal sepanjang garis arus, dengan asumsi yang sesuai.

Keterangan:

• (\rho) = massa jenis (kg/m³)
• (g) = percepatan gravitasi (m/s²)
• (h) = kedalaman atau ketinggian (m)
• (V_{\text{tercelup}}) = volume benda yang tercelup (m³)

9. Rumus Suhu, Kalor, dan Termodinamika

Materi suhu dan kalor membahas perubahan suhu, perpindahan energi panas, dan perilaku gas.

A. Konversi suhu

[
T_K=T_C+273{,}15
]

Untuk konversi Celsius ke Fahrenheit:

[
T_F=\frac95T_C+32
]

Untuk konversi Celsius ke Réaumur:

[
T_R=\frac45T_C
]

B. Kalor untuk perubahan suhu

[
Q=mc\Delta T
]

Keterangan:

• (Q) = kalor (J)
• (m) = massa (kg)
• (c) = kalor jenis (J/kg°C)
• (\Delta T) = perubahan suhu (°C atau K)

C. Kalor laten

[
Q=mL
]

Rumus ini digunakan untuk perubahan wujud pada suhu tetap.

D. Pemuaian panjang

[
\Delta L=\alpha L_0\Delta T
]

E. Hukum gas ideal

[
PV=nRT
]

Keterangan:

• (P) = tekanan gas (Pa)
• (V) = volume (m³)
• (n) = jumlah mol
• (R) = konstanta gas ideal
• (T) = suhu mutlak (K)

F. Hukum I Termodinamika

Jika (W) menyatakan usaha yang dilakukan oleh gas:

[
\Delta U=Q-W
]

Artinya, perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diterima gas dikurangi usaha yang dilakukan gas.

10. Rumus Getaran, Gelombang, dan Bunyi

Getaran adalah gerak bolak-balik di sekitar titik keseimbangan, sedangkan gelombang merupakan perambatan gangguan yang membawa energi.

A. Frekuensi dan periode

[
f=\frac1T
]

[
T=\frac1f
]

B. Cepat rambat gelombang

[
v=f\lambda
]

Keterangan:

• (v) = cepat rambat gelombang (m/s)

• (f) = frekuensi (Hz)

• (\lambda) = panjang gelombang (m)

C. Periode bandul sederhana

Untuk simpangan kecil:

[
T=2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}
]

D. Periode pegas

Untuk sistem pegas ideal:

[
T=2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}
]

E. Efek Doppler

Untuk sumber dan pengamat yang bergerak sepanjang garis yang menghubungkan keduanya:

[
f'=f\frac{v\pm v_o}{v\mp v_s}
]

Keterangan:

• (f') = frekuensi yang didengar pengamat
• (f) = frekuensi sumber
• (v) = cepat rambat bunyi di medium
• (v_o) = kecepatan pengamat
• (v_s) = kecepatan sumber

Tanda dipilih sesuai arah gerak relatif. Jika sumber dan pengamat saling mendekat, frekuensi yang terdengar meningkat.

11. Rumus Listrik Dinamis

Listrik dinamis membahas muatan yang bergerak melalui penghantar serta hubungan antara arus, tegangan, hambatan, dan daya listrik.

A. Kuat arus listrik

[
I=\frac{Q}{t}
]

Keterangan:

• (I) = kuat arus (A)
• (Q) = muatan listrik (C)
• (t) = waktu (s)

B. Hukum Ohm

[
V=IR
]

Keterangan:

• (V) = tegangan (V)
• (I) = arus listrik (A)
• (R) = hambatan (Ω)

C. Hambatan rangkaian seri

[
R_{\text{total}}=R_1+R_2+\cdots+R_n
]

D. Hambatan rangkaian paralel

[
\frac1{R_{\text{total}}}=\frac1{R_1}+\frac1{R_2}+\cdots+\frac1{R_n}
]

E. Daya listrik

[
P=VI
]

Dengan menggunakan Hukum Ohm, daya juga dapat dinyatakan sebagai:

[
P=I^2R=\frac{V^2}{R}
]

F. Energi listrik

[
E=Pt
]

Contoh soal:

Sebuah hambatan 4 Ω dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V. Berapakah arus yang mengalir?

[
I=\frac VR=\frac{12}{4}=3\text{ A}
]

Jadi, kuat arus yang mengalir adalah 3 ampere.

12. Rumus Listrik Statis

Listrik statis membahas muatan listrik yang diam dan interaksinya.

A. Hukum Coulomb

[
F=k\frac{|q_1q_2|}{r^2}
]

Keterangan:

• (F) = besar gaya listrik (N)
• (k) = konstanta Coulomb
• (q_1,q_2) = muatan listrik (C)
• (r) = jarak antarmuatan (m)

B. Medan listrik

[
E=\frac Fq
]

Untuk muatan titik:

[
E=k\frac{|Q|}{r^2}
]

C. Potensial listrik

[
V=k\frac Qr
]

Rumus potensial tersebut berlaku untuk muatan titik dengan acuan potensial nol di tak terhingga.

D. Energi potensial listrik

[
E_p=qV
]

Besaran medan listrik merupakan besaran vektor, sedangkan potensial listrik merupakan besaran skalar. Karena itu, cara menjumlahkan keduanya berbeda.

13. Rumus Medan Magnet dan Induksi Elektromagnetik

Materi ini mempelajari medan magnet, gaya pada muatan bergerak, serta perubahan fluks magnet yang dapat menghasilkan gaya gerak listrik induksi.

A. Gaya Lorentz pada muatan bergerak

[
F=|q|vB\sin\theta
]

B. Gaya magnet pada kawat berarus

[
F=BIL\sin\theta
]

C. Fluks magnet

[
\Phi=BA\cos\theta
]

D. Hukum Faraday

[
\mathcal{E}=-N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}
]

Keterangan:

• (B) = medan magnet (T)
• (I) = kuat arus (A)
• (L) = panjang kawat dalam medan magnet (m)
• (\Phi) = fluks magnet (Wb)
• (N) = jumlah lilitan
• (\mathcal{E}) = gaya gerak listrik induksi (V)

Tanda negatif pada Hukum Faraday berkaitan dengan Hukum Lenz, yaitu arah induksi menentang perubahan fluks yang menyebabkannya.

14. Rumus Optik Geometri

Optik geometri membahas pembentukan bayangan oleh cermin dan lensa.

A. Persamaan cermin dan lensa tipis

[
\frac1f=\frac1{s_o}+\frac1{s_i}
]

Keterangan:

• (f) = jarak fokus
• (s_o) = jarak benda
• (s_i) = jarak bayangan

B. Perbesaran bayangan

[
M=\left|\frac{h_i}{h_o}\right|=\left|\frac{s_i}{s_o}\right|
]

Keterangan:

• (M) = besar perbesaran
• (h_i) = tinggi bayangan
• (h_o) = tinggi benda

Tanda positif atau negatif pada jarak dan perbesaran dapat digunakan untuk menunjukkan sifat bayangan, bergantung pada konvensi tanda yang digunakan. Untuk soal cermin dan lensa, perhatikan konvensi yang diajarkan di kelas.

C. Kekuatan lensa

[
P=\frac1f
]

Untuk fokus (f) dalam meter, kekuatan lensa (P) dinyatakan dalam dioptri.

15. Rumus Fisika Modern

Fisika modern membahas fenomena yang tidak sepenuhnya dapat dijelaskan oleh fisika klasik, termasuk efek fotolistrik dan relativitas.

A. Energi foton

[
E=hf
]

Karena (c=f\lambda), energi foton juga dapat ditulis:

[
E=\frac{hc}{\lambda}
]

B. Efek fotolistrik

[
E_{k,\text{maks}}=hf-\phi
]

Keterangan:

• (h) = konstanta Planck
• (f) = frekuensi foton
• (\phi) = fungsi kerja logam

Persamaan berlaku ketika energi foton cukup untuk melepaskan elektron dari permukaan logam.

C. Kesetaraan massa dan energi

[
E=mc^2
]

Rumus ini menyatakan hubungan antara massa dan energi dalam relativitas.

D. Panjang gelombang de Broglie

[
\lambda=\frac hp
]

Untuk partikel dengan momentum (p), panjang gelombang de Broglie menunjukkan sifat gelombang partikel.

Tingkatkan Pemahaman Fisika Bersama Fun Teacher Private

Menguasai rumus Fisika SMA bukan hanya soal menghafal banyak persamaan. Siswa juga perlu memahami konsep, mengenali jenis soal, dan berlatih menyelesaikan perhitungan secara sistematis.

Jika kamu atau anak mengalami kesulitan memahami materi Fisika, pendampingan belajar tambahan dapat menjadi salah satu pilihan untuk membantu proses belajar menjadi lebih terarah.

Fun Teacher Private menyediakan layanan les privat untuk mendukung kebutuhan belajar siswa. Dengan pendampingan yang disesuaikan dengan kebutuhan dan materi yang sedang dipelajari, siswa dapat memperoleh kesempatan untuk membahas konsep yang belum dipahami, berlatih mengerjakan soal, dan mempersiapkan ujian dengan lebih terstruktur.

Ingin membantu anak lebih percaya diri dalam belajar Fisika? Hubungi Fun Teacher Private untuk mengetahui pilihan layanan les privat yang tersedia dan mendiskusikan kebutuhan belajar anak.

Fun Teacher Private — mendukung perjalanan belajar siswa agar lebih terarah, nyaman, dan sesuai kebutuhan.

Bagikan Artikel ini di