Kinematika adalah cabang fisika yang mempelajari gerak benda tanpa memperhitungkan penyebabnya, sedangkan Dinamika memperhitungkan gaya sebagai penyebab gerak tersebut. Konsep dasar kinematika dimulai dari Gerak Lurus Beraturan (GLB) di mana kecepatan benda konstan (percepatannya nol), dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) di mana kecepatan benda berubah secara teratur akibat adanya percepatan ($a$) yang konstan.

Rumus fundamental dari GLBB yang paling sering keluar dalam ujian adalah persamaan kecepatan akhir ($v_t$), jarak tempuh ($s$), dan hubungan antara keduanya tanpa komponen waktu ($t$). Menguasai ketiga rumus dasar ini akan mempermudah Anda mengerjakan soal gerak vertikal, gerak jatuh bebas, hingga gerak parabola yang merupakan perpaduan antara GLB pada sumbu x dan GLBB pada sumbu y.

Dalam Dinamika, analisis gerak bertumpu pada Hukum Newton. Hukum Newton I menjelaskan inersia (kelembaman). Hukum Newton II merumuskan hubungan antara resultan gaya, massa, dan percepatan ($\Sigma F = m \cdot a$). Sedangkan Hukum Newton III membahas aksi-reaksi. Seringkali, soal TKA menggabungkan analisis Hukum Newton pada bidang miring yang memiliki gaya gesek kinetis atau statis.

[Image of forces acting on an object on an inclined plane]

Usaha ($W$) dalam fisika didefinisikan sebagai perkalian skalar antara gaya ($F$) dan perpindahan ($s$). Jika gaya yang diberikan membentuk sudut $\theta$ terhadap arah perpindahan, maka digunakan rumus $W = F \cdot s \cdot \cos(\theta)$. Usaha berkaitan erat dengan Energi, di mana besarnya usaha sama dengan perubahan energi mekanik suatu benda (Teorema Usaha-Energi).

Energi mekanik sendiri terbagi menjadi Energi Kinetik ($EK = \frac{1}{2}mv^2$) yang dimiliki benda karena kecepatannya, dan Energi Potensial ($EP = mgh$) yang dimiliki benda karena kedudukannya terhadap acuan gravitasi. Apabila tidak ada gaya luar non-konservatif (seperti gaya gesek) yang bekerja pada sistem, maka berlaku Hukum Kekekalan Energi Mekanik ($EM_1 = EM_2$).

[Image of conservation of mechanical energy pendulum]

Topik penting selanjutnya adalah Momentum ($p = m \cdot v$) dan Impuls ($I = F \cdot \Delta t$). Impuls setara dengan perubahan momentum. Dalam fenomena tumbukan (tumbukan lenting sempurna, lenting sebagian, atau tidak lenting sama sekali), Hukum Kekekalan Momentum selalu berlaku, yang menyatakan bahwa jumlah momentum sistem sebelum dan sesudah tumbukan adalah tetap. Tumbukan dianalisis menggunakan koefisien restitusi ($e$).

Kalor merambat melalui konduksi, konveksi, dan radiasi. Saat dua zat berbeda suhu dicampurkan, akan terjadi pertukaran kalor yang mengikuti Asas Black: kalor yang dilepas oleh zat bersuhu lebih tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh zat bersuhu lebih rendah ($Q_{lepas} = Q_{terima}$). Rumus dasar perpindahan kalor untuk perubahan suhu adalah $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$, sedangkan untuk perubahan wujud zat digunakan $Q = m \cdot L$.

Masuk ke gas ideal, kita akan banyak menganalisis persamaan $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$. Termodinamika membahas bagaimana energi kalor ini diubah menjadi usaha oleh suatu sistem gas mekanik. Hukum Termodinamika I menyatakan bahwa kalor yang ditambahkan ke sistem ($Q$) digunakan untuk mengubah energi dalam sistem ($\Delta U$) dan melakukan kerja ($W$).

Siklus Termodinamika yang paling sering diuji adalah Siklus Carnot (Mesin Kalor). Mesin Carnot mengambil kalor dari reservoir suhu tinggi, melakukan usaha mekanik, dan membuang sisa kalor ke reservoir suhu rendah. Efisiensi mesin Carnot dirumuskan dengan $\eta = (1 - \frac{T_{rendah}}{T_{tinggi}}) \times 100\%$, dengan catatan bahwa suhu wajib diukur dalam skala Kelvin mutlak.

[Image of Carnot cycle P-V diagram]

Gelombang merupakan getaran yang merambat dan membawa energi tanpa memindahkan mediumnya. Berdasarkan arah getarnya, ada gelombang transversal (seperti pada tali) dan longitudinal (seperti gelombang bunyi). Persamaan umum gelombang berjalan atau stasioner sering diuji menggunakan variabel amplitudo ($A$), frekuensi sudut ($\omega$), dan bilangan gelombang ($k$) dengan bentuk umum $y = A \sin(\omega t \pm kx)$.

Pada sub-materi Optik Fisis (Fisika Optik), kita mengkaji sifat gelombang dari cahaya. Percobaan Celah Ganda Young (Interferensi) membuktikan fenomena interferensi konstruktif (pola terang) dan destruktif (pola gelap).

Selain itu, difraksi kisi dan polarisasi cahaya juga menjadi titik tekan. Rumus jarak pita terang ke-n pada layar percobaan kisi dirumuskan dengan:

Sementara itu, Optik Geometri mencakup analisis pemantulan pada cermin cembung/cekung dan pembiasan pada lensa menggunakan persamaan $\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}$. Jangan lupakan juga analisis mengenai cacat mata seperti miopi dan hipermetropi beserta lensa kacamata koreksinya.

Listrik Statis berfokus pada muatan listrik yang diam. Interaksi gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antar dua muatan ($q_1$ dan $q_2$) yang terpisah pada jarak $r$ dijelaskan oleh Hukum Coulomb ($F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}$). Kita juga mempelajari Kuat Medan Listrik ($E$), Potensial Listrik ($V$), Energi Potensial Listrik ($EP$), serta rangkaian kapasitor murni.

Listrik Dinamis membahas muatan yang bergerak (arus listrik). Analisis yang sering muncul adalah perhitungan hambatan pengganti (seri/paralel), penerapan Hukum Ohm ($V = I \cdot R$), serta aplikasi Hukum I dan II Kirchhoff pada rangkaian tertutup majemuk (beberapa loop baterai dan resistor).

Bagian Kemagnetan (Medan Magnetik & Induksi Elektromagnetik) membahas bagaimana kawat berarus menghasilkan medan magnet, dan sebaliknya, bagaimana perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik (Hukum Faraday-Lenz). Hal ini dikaitkan dengan Gaya Lorentz yang dialami partikel bermuatan atau kawat berarus dalam pengaruh medan magnet.

[Image of right hand rule for Lorentz force]

Fisika Modern merupakan peralihan dari mekanika Newton (klasik) ke teori Relativitas Khusus Einstein dan Mekanika Kuantum. Teori relativitas menyatakan bahwa kelajuan cahaya adalah mutlak di semua kerangka acuan. Konsekuensinya, pengamat yang diam akan melihat benda yang melaju mendekati kecepatan cahaya mengalami fenomena Pemekaran Waktu (Time Dilation), Kontraksi Panjang (Length Contraction), dan Peningkatan Massa (Relativistic Mass).

Pada Fisika Kuantum, fenomena Efek Fotolistrik menegaskan bahwa cahaya memiliki sifat dualisme (bisa bersifat sebagai gelombang, namun juga bisa sebagai partikel foton).

Energi foton ini dijelaskan melalui konstanta Planck ($E = h \cdot f$). Terakhir, pada Fisika Inti, reaksi fusi (penggabungan inti) dan fisi (pembelahan inti) menghasilkan energi nuklir maha dahsyat yang berasal dari penyusutan massa (defek massa) inti atom. Defek massa ini ($\Delta m$) diubah secara instan menjadi energi pengikat inti, yang melegenda dengan persamaan Einstein yang paling ikonik sepanjang masa: