Contoh Soal Hukum Pendinginan Newton Lengkap dengan Pembahasan Terbaru

Hukum Pendinginan Newton adalah konsep penting dalam Fisika yang menjelaskan laju perubahan suhu suatu benda terhadap lingkungan sekitarnya. Materi ini sering muncul dalam ujian sekolah, UTBK, dan olimpiade Fisika. Memahami hukum ini tidak hanya memerlukan pemahaman teori, tetapi juga kemampuan mengerjakan soal berbasis kasus.

Artikel ini menyajikan contoh soal Hukum Pendinginan Newton lengkap dengan pembahasan terbaru. Tujuannya agar siswa dapat memahami konsep secara mendalam dan terbiasa menyelesaikan soal dengan benar.

Baca juga:Contoh Soal Pilihan Ganda dan Isian tentang Clothes dalam Bahasa Inggris

Pengertian Hukum Pendinginan Newton

Hukum Pendinginan Newton menyatakan bahwa laju perubahan suhu suatu benda sebanding dengan selisih suhu benda dengan suhu lingkungan sekitarnya. Secara matematis dituliskan:$$\frac{dT}{dt} = -k(T – T_{\text{lingkungan}})$$dtdT​=−k(T−Tlingkungan​)

dimana:

• $T$T = suhu benda
• $T_{\text{lingkungan}}$Tlingkungan​ = suhu lingkungan
• $k$k = konstanta pendinginan
• $\frac{dT}{dt}$dtdT​ = laju perubahan suhu

Konsep ini digunakan untuk menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan benda untuk mendingin atau memanas sesuai kondisi lingkungan.

Contoh Soal Hukum Pendinginan Newton

Soal 1

Sebuah cangkir kopi panas memiliki suhu 90°C di dalam ruangan bersuhu 25°C. Jika konstanta pendinginan $k = 0,1$k=0,1 per menit, berapakah suhu kopi setelah 10 menit?

Pembahasan
Gunakan persamaan:$$T(t) = T_{\text{lingkungan}} + (T_0 – T_{\text{lingkungan}}) e^{-kt}$$T(t)=Tlingkungan​+(T0​−Tlingkungan​)e−kt$$T(10) = 25 + (90-25)e^{-0,1\times10}$$T(10)=25+(90−25)e−0,1×10$$T(10) = 25 + 65 \times e^{-1} \approx 25 + 65 \times 0,3679 \approx 25 + 23,91 \approx 48,91°C$$T(10)=25+65×e−1≈25+65×0,3679≈25+23,91≈48,91°C

Jawaban benar: 48,91°C

Soal 2

Jika air panas bersuhu 80°C diletakkan di ruangan 20°C dan mencapai 40°C setelah 15 menit, tentukan konstanta pendinginan $k$k.

Pembahasan
Gunakan persamaan:$$T(t) = T_{\text{lingkungan}} + (T_0 – T_{\text{lingkungan}}) e^{-kt}$$T(t)=Tlingkungan​+(T0​−Tlingkungan​)e−kt$$40 = 20 + (80-20)e^{-15k}$$40=20+(80−20)e−15k$$20 = 60 e^{-15k} \Rightarrow e^{-15k} = \frac{1}{3}$$20=60e−15k⇒e−15k=31​$$-15k = \ln \frac{1}{3} = -\ln 3 \Rightarrow k = \frac{\ln 3}{15} \approx 0,0733 \text{ per menit}$$−15k=ln31​=−ln3⇒k=15ln3​≈0,0733 per menit

Jawaban benar: 0,0733 per menit

Soal 3

Suhu tubuh sebuah benda adalah 60°C, diletakkan di udara 25°C. Setelah 5 menit suhunya menjadi 50°C. Tentukan suhu benda setelah 10 menit jika $k = 0,1$k=0,1 per menit.

Pembahasan$$T(t) = 25 + (60-25)e^{-0,1t} = 25 + 35 e^{-0,1t}$$T(t)=25+(60−25)e−0,1t=25+35e−0,1t$$T(10) = 25 + 35 e^{-1} \approx 25 + 35 \times 0,3679 \approx 25 + 12,88 \approx 37,88°C$$T(10)=25+35e−1≈25+35×0,3679≈25+12,88≈37,88°C

Jawaban benar: 37,88°C

Soal 4

Sebuah benda awalnya bersuhu 100°C, ditempatkan di ruang bersuhu 30°C. Suhu benda turun menjadi 70°C dalam 10 menit. Tentukan suhu benda setelah 20 menit.

Pembahasan
Hitung konstanta $k$k terlebih dahulu:$$70 = 30 + (100-30)e^{-10k} \Rightarrow 40 = 70 e^{-10k} \Rightarrow e^{-10k} = \frac{4}{7}$$70=30+(100−30)e−10k⇒40=70e−10k⇒e−10k=74​$$-10k = \ln \frac{4}{7} \Rightarrow k \approx 0,05578 \text{ per menit}$$−10k=ln74​⇒k≈0,05578 per menit

Suhu setelah 20 menit:$$T(20) = 30 + 70 e^{-0,05578 \times 20} = 30 + 70 e^{-1,1156} \approx 30 + 70 \times 0,327 \approx 30 + 22,89 \approx 52,89°C$$T(20)=30+70e−0,05578×20=30+70e−1,1156≈30+70×0,327≈30+22,89≈52,89°C

Jawaban benar: 52,89°C

Soal 5

Suhu kopi panas 85°C diletakkan di ruang 25°C dan didinginkan selama 15 menit. Jika setelah 15 menit suhunya menjadi 55°C, tentukan konstanta pendinginan $k$k.

Pembahasan$$T(t) = T_{\text{lingkungan}} + (T_0 – T_{\text{lingkungan}}) e^{-kt}$$T(t)=Tlingkungan​+(T0​−Tlingkungan​)e−kt$$55 = 25 + (85-25)e^{-15k} \Rightarrow 30 = 60 e^{-15k} \Rightarrow e^{-15k} = \frac{1}{2}$$55=25+(85−25)e−15k⇒30=60e−15k⇒e−15k=21​$$-15k = \ln \frac{1}{2} = -\ln 2 \Rightarrow k = \frac{\ln 2}{15} \approx 0,0462 \text{ per menit}$$−15k=ln21​=−ln2⇒k=15ln2​≈0,0462 per menit

Jawaban benar: 0,0462 per menit

Soal 6

Air panas suhu 90°C berada di ruangan bersuhu 20°C. Jika dalam 8 menit suhunya menjadi 60°C, tentukan konstanta pendinginan $k$k.

Pembahasan$$60 = 20 + (90-20)e^{-8k} \Rightarrow 40 = 70 e^{-8k} \Rightarrow e^{-8k} = \frac{4}{7}$$60=20+(90−20)e−8k⇒40=70e−8k⇒e−8k=74​$$-8k = \ln \frac{4}{7} \Rightarrow k \approx 0,06695 \text{ per menit}$$−8k=ln74​⇒k≈0,06695 per menit

Jawaban benar: 0,06695 per menit

Soal 7

Sebuah benda bersuhu 75°C ditempatkan di udara 25°C. Konstanta pendinginan $k = 0,05$k=0,05 per menit. Tentukan suhu benda setelah 20 menit.

Pembahasan$$T(t) = 25 + (75-25)e^{-0,05 \times 20} = 25 + 50 e^{-1} \approx 25 + 50 \times 0,3679 \approx 25 + 18,395 \approx 43,40°C$$T(t)=25+(75−25)e−0,05×20=25+50e−1≈25+50×0,3679≈25+18,395≈43,40°C

Jawaban benar: 43,40°C

Soal 8

Suhu kopi 80°C didinginkan di ruangan 30°C. Setelah 10 menit suhunya 60°C. Hitung konstanta $k$k.

Pembahasan$$60 = 30 + (80-30)e^{-10k} \Rightarrow 30 = 50 e^{-10k} \Rightarrow e^{-10k} = 0,6$$60=30+(80−30)e−10k⇒30=50e−10k⇒e−10k=0,6$$-10k = \ln 0,6 \Rightarrow k = -\frac{\ln 0,6}{10} \approx 0,05108 \text{ per menit}$$−10k=ln0,6⇒k=−10ln0,6​≈0,05108 per menit

Jawaban benar: 0,05108 per menit

Soal 9

Sebuah benda awal 100°C berada di ruang 25°C. Konstanta pendinginan $k = 0,07$k=0,07. Tentukan suhu benda setelah 15 menit.

Pembahasan$$T(15) = 25 + (100-25)e^{-0,07 \times 15} = 25 + 75 e^{-1,05} \approx 25 + 75 \times 0,349 \approx 25 + 26,18 \approx 51,18°C$$T(15)=25+(100−25)e−0,07×15=25+75e−1,05≈25+75×0,349≈25+26,18≈51,18°C

Jawaban benar: 51,18°C

Soal 10

Benda panas 90°C diletakkan di ruangan 20°C. Suhu benda turun menjadi 50°C dalam 20 menit. Tentukan suhu benda setelah 40 menit.

Pembahasan
Hitung $k$k terlebih dahulu:$$50 = 20 + (90-20)e^{-20k} \Rightarrow 30 = 70 e^{-20k} \Rightarrow e^{-20k} = \frac{3}{7}$$50=20+(90−20)e−20k⇒30=70e−20k⇒e−20k=73​$$-20k = \ln \frac{3}{7} \Rightarrow k \approx 0,0425$$−20k=ln73​⇒k≈0,0425

Suhu setelah 40 menit:$$T(40) = 20 + 70 e^{-0,0425 \times 40} = 20 + 70 e^{-1,7} \approx 20 + 70 \times 0,183 \approx 32,81°C$$T(40)=20+70e−0,0425×40=20+70e−1,7≈20+70×0,183≈32,81°C

Jawaban benar: 32,81°C

Strategi Mengerjakan Soal Hukum Pendinginan Newton

• Identifikasi suhu awal, suhu lingkungan, waktu, dan suhu akhir
• Gunakan persamaan $T(t) = T_{\text{lingkungan}} + (T_0 – T_{\text{lingkungan}}) e^{-kt}$T(t)=Tlingkungan​+(T0​−Tlingkungan​)e−kt
• Hitung konstanta $k$k jika belum diketahui
• Gunakan logaritma untuk soal yang meminta $k$k

Baca juga:Mahasiswa Teknokrat Berprestasi sebagai Juara KTI dan Best Expo di PIMPI 2025 IPB University, Memberikan Dampak Positif

Kesalahan Umum yang Harus Dihindari

• Salah memasukkan nilai suhu atau waktu
• Mengabaikan tanda negatif pada persamaan
• Tidak mengubah satuan waktu jika diperlukan

Kesimpulan

Menguasai soal Hukum Pendinginan Newton memerlukan pemahaman konsep, latihan soal, dan strategi pengerjaan yang tepat. Dengan memahami persamaan, menghitung konstanta $k$k, dan berlatih soal prediksi, siswa dapat menyelesaikan soal dengan cepat dan tepat serta siap menghadapi ujian Fisika.

Penulis:kiara salsabilla