Kumpulan Soal Hukum Pendinginan Newton untuk Latihan Mandiri Siswa SMA

Hukum Pendinginan Newton adalah salah satu materi penting dalam Fisika SMA yang menjelaskan laju perubahan suhu suatu benda terhadap suhu lingkungannya. Pemahaman hukum ini penting untuk menghadapi ujian sekolah, UTBK, dan kompetisi Fisika.

Artikel ini menyajikan kumpulan soal Hukum Pendinginan Newton untuk latihan mandiri siswa SMA lengkap dengan pembahasan, sehingga siswa dapat menguasai konsep, terbiasa mengerjakan soal, dan meningkatkan kemampuan analisis.

Baca juga:Contoh Soal Perbandingan Matematika dan Cara Menyelesaikannya Step by Step

Pengertian Hukum Pendinginan Newton

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

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

Kumpulan Soal Hukum Pendinginan Newton

Soal 1

Suhu kopi panas 85°C diletakkan di ruang bersuhu 25°C. Jika konstanta pendinginan $k = 0,05$k=0,05 per menit, tentukan suhu kopi setelah 10 menit.

Pembahasan$$T(t) = T_{\text{lingkungan}} + (T_0 – T_{\text{lingkungan}}) e^{-kt}$$T(t)=Tlingkungan​+(T0​−Tlingkungan​)e−kt $$T(10) = 25 + (85-25)e^{-0,05 \times 10} = 25 + 60 e^{-0,5} \approx 25 + 60 \times 0,6065 \approx 25 + 36,39 \approx 61,39°C$$T(10)=25+(85−25)e−0,05×10=25+60e−0,5≈25+60×0,6065≈25+36,39≈61,39°C

Jawaban benar: 61,39°C

Soal 2

Benda bersuhu 100°C ditempatkan di ruang 20°C dan suhunya menjadi 60°C setelah 15 menit. Tentukan konstanta pendinginan $k$k.

Pembahasan$$60 = 20 + (100-20)e^{-15k} \Rightarrow 40 = 80 e^{-15k} \Rightarrow e^{-15k} = \frac{1}{2}$$60=20+(100−20)e−15k⇒40=80e−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 3

Air panas 90°C berada di ruangan 25°C dan suhunya menjadi 50°C dalam 20 menit. Tentukan suhu air setelah 40 menit.

Pembahasan
Hitung konstanta $k$k:$$50 = 25 + (90-25)e^{-20k} \Rightarrow 25 = 65 e^{-20k} \Rightarrow e^{-20k} = \frac{25}{65} = 0,3846$$50=25+(90−25)e−20k⇒25=65e−20k⇒e−20k=6525​=0,3846 $$-20k = \ln 0,3846 \Rightarrow k \approx 0,0477$$−20k=ln0,3846⇒k≈0,0477

Suhu setelah 40 menit:$$T(40) = 25 + 65 e^{-0,0477 \times 40} = 25 + 65 e^{-1,908} \approx 25 + 65 \times 0,148 \approx 25 + 9,62 \approx 34,62°C$$T(40)=25+65e−0,0477×40=25+65e−1,908≈25+65×0,148≈25+9,62≈34,62°C

Jawaban benar: 34,62°C

Soal 4

Sebuah benda panas 70°C diletakkan di udara 20°C. Jika dalam 10 menit suhunya turun menjadi 50°C, tentukan suhu benda setelah 20 menit.

Pembahasan
Hitung konstanta $k$k:$$50 = 20 + (70-20) e^{-10k} \Rightarrow 30 = 50 e^{-10k} \Rightarrow e^{-10k} = 0,6$$50=20+(70−20)e−10k⇒30=50e−10k⇒e−10k=0,6 $$-10k = \ln 0,6 \Rightarrow k \approx 0,05108 \text{ per menit}$$−10k=ln0,6⇒k≈0,05108 per menit

Suhu setelah 20 menit:$$T(20) = 20 + 50 e^{-0,05108 \times 20} = 20 + 50 e^{-1,0216} \approx 20 + 50 \times 0,360 \approx 38°C$$T(20)=20+50e−0,05108×20=20+50e−1,0216≈20+50×0,360≈38°C

Jawaban benar: 38°C

Soal 5

Suhu benda awal 80°C, suhu lingkungan 25°C, konstanta pendinginan $k = 0,06$k=0,06 per menit. Tentukan suhu benda setelah 15 menit.

Pembahasan$$T(t) = 25 + (80-25) e^{-0,06 \times 15} = 25 + 55 e^{-0,9} \approx 25 + 55 \times 0,4066 \approx 25 + 22,36 \approx 47,36°C$$T(t)=25+(80−25)e−0,06×15=25+55e−0,9≈25+55×0,4066≈25+22,36≈47,36°C

Jawaban benar: 47,36°C

Soal 6

Benda panas 95°C diletakkan di ruangan 20°C dan suhunya menjadi 65°C dalam 10 menit. Tentukan konstanta pendinginan $k$k.

Pembahasan$$65 = 20 + (95-20) e^{-10k} \Rightarrow 45 = 75 e^{-10k} \Rightarrow e^{-10k} = 0,6$$65=20+(95−20)e−10k⇒45=75e−10k⇒e−10k=0,6 $$-10k = \ln 0,6 \Rightarrow k \approx 0,05108 \text{ per menit}$$−10k=ln0,6⇒k≈0,05108 per menit

Jawaban benar: 0,05108 per menit

Soal 7

Suhu awal 100°C, suhu lingkungan 25°C, konstanta pendinginan $k = 0,05$k=0,05 per menit. Tentukan suhu benda setelah 30 menit.

Pembahasan$$T(30) = 25 + (100-25) e^{-0,05 \times 30} = 25 + 75 e^{-1,5} \approx 25 + 75 \times 0,2231 \approx 25 + 16,73 \approx 41,73°C$$T(30)=25+(100−25)e−0,05×30=25+75e−1,5≈25+75×0,2231≈25+16,73≈41,73°C

Jawaban benar: 41,73°C

Soal 8

Suhu kopi panas 85°C berada di ruangan 25°C. Suhu kopi turun menjadi 55°C dalam 15 menit. Tentukan konstanta pendinginan $k$k.

Pembahasan$$55 = 25 + (85-25) e^{-15k} \Rightarrow 30 = 60 e^{-15k} \Rightarrow e^{-15k} = 0,5$$55=25+(85−25)e−15k⇒30=60e−15k⇒e−15k=0,5 $$-15k = \ln 0,5 = -0,6931 \Rightarrow k = \frac{0,6931}{15} \approx 0,0462 \text{ per menit}$$−15k=ln0,5=−0,6931⇒k=150,6931​≈0,0462 per menit

Jawaban benar: 0,0462 per menit

Soal 9

Benda bersuhu 90°C berada di ruangan 30°C. Konstanta pendinginan $k = 0,07$k=0,07 per menit. Tentukan suhu benda setelah 20 menit.

Pembahasan$$T(20) = 30 + (90-30) e^{-0,07 \times 20} = 30 + 60 e^{-1,4} \approx 30 + 60 \times 0,2466 \approx 30 + 14,80 \approx 44,80°C$$T(20)=30+(90−30)e−0,07×20=30+60e−1,4≈30+60×0,2466≈30+14,80≈44,80°C

Jawaban benar: 44,80°C

Soal 10

Suhu awal 80°C, suhu lingkungan 25°C, konstanta pendinginan $k = 0,05$k=0,05 per menit. Tentukan waktu yang dibutuhkan agar suhunya menjadi 50°C.

Pembahasan$$T(t) = 25 + (80-25) e^{-0,05 t} \Rightarrow 50 = 25 + 55 e^{-0,05 t} \Rightarrow 25 = 55 e^{-0,05 t} \Rightarrow e^{-0,05 t} = \frac{25}{55} \approx 0,4545$$T(t)=25+(80−25)e−0,05t⇒50=25+55e−0,05t⇒25=55e−0,05t⇒e−0,05t=5525​≈0,4545 $$-0,05 t = \ln 0,4545 \approx -0,7895 \Rightarrow t = \frac{0,7895}{0,05} \approx 15,79 \text{ menit}$$−0,05t=ln0,4545≈−0,7895⇒t=0,050,7895​≈15,79 menit

Jawaban benar: 15,79 menit

Strategi Latihan Mandiri Hukum Pendinginan Newton

• Identifikasi suhu awal, suhu lingkungan, konstanta $k$k, dan waktu
• Gunakan persamaan Hukum Pendinginan Newton secara konsisten
• Latihan soal dengan variasi waktu dan suhu
• Evaluasi kesalahan dan pahami konsep logaritma

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 eksponen
• Tidak mengubah satuan jika diperlukan

Kesimpulan

Latihan soal Hukum Pendinginan Newton secara mandiri membantu siswa memahami konsep, menguasai cara menghitung konstanta $k$k, dan terbiasa menghadapi soal ujian. Dengan latihan rutin, siswa SMA dapat meningkatkan kemampuan analisis dan menyelesaikan soal dengan cepat dan tepat.

Penulis:kiara salsabilla