Berikut ini Soal-soal Fisika Tentang Usaha dan Energi disertai dengan pembahasannya:
1. Sebuah benda
mengalami gaya sebesar 50 N membentuk sudut 60° dengan sumbu X positif.
Jika benda berpindah sejauh 4 m pada arah sumbu X positif. Hitunglah
besarnya usaha yang dilakukan gaya tersebut!
Pembahasan:
Diketahui :
a. F =
50 N
b. a = 60°
c. s = 4
m
Ditanyakan : W
= ...?
Jawab:
W = F · s
cos a
= 50 · 4 · 0,5
= 100 J
2.
Sebuah benda dengan massa 20 kg ditarik sejauh 15 m sepanjang lantai horizontal
dengan gaya tetap 120 N dan membentuk sudut 37o terhadap arah
mendatar. Jika gaya gesek terhadap lantai 60 N, maka tentukan usaha yang
dilakukan terhadap balok tersebut!
Pembahasan:
Diketahui:
F
= 120 N
a= 37o
Fges =
60 N
s
= 15 m
Ditanya:
W = ... ?
Jawab:
Ã¥Fx =
F.cos a – Fges
=
120 . cos 37o – 60 N
=
36 N
W
= åFx
. s
=
36 N x 15 m
=
540 J
3. Seekor
burung terbang dengan kelajuan 12 m/s. Bila massa burung tersebut adalah 150
gram, maka hitunglah energi kinetik yang dimiliki burung?
Diketahui :
v = 12 m/s
m = 150 g =
0,15 kg
Ditanyakan : Ek
= .... ?
Jawab :
Ek = ½ x m x v2
= ½ x 0,15 x 122
= 10,8 J
Jadi, energi kinetik yang dimiliki burung sebesar 10,8 J.
4. Sebuah bola
bermassa 40 gram dilempar vertikal ke atas hingga mencapai ketinggian 8 m. Bila
g = 10 m/s2, hitunglah energi potensial benda pada ketinggian tersebut!
Diketahui :
m = 40 gram =
0,04 kg
h = 8 m
g = 10 m/s2
Ditanyakan : Ep
= .... ?
Jawab :
Ep = m g h
= 0,04 · 10 · 8
= 3,2 J
Jadi, energi
potensial yang dimiliki benda sebesar 3,2 J.
5. Hitunglah
usaha yang diperlukan untuk melontarkan batu yang memiliki massa 180 dari
permukaan bumi sampai ketinggian 30 m, jika gravitasi bumi sebesar 10 m/s2
Pembahasan
Diketahui :
a. m =
180 g = 0,18 kg
b. h =
10 m
c. g =
30 m/s2
Ditanyakan : W
= ... ?
Jawab:
W ∆Ep
= Ep akhir – Ep awal
= m g h –
0
= 0,18 × 10 x
30 - 0
= 54 J
6. Sebuah benda
bermassa 3 kg mula-mula diam, kemudian bergerak lurus dengan percepatan 4 m/s2.
Berapakah usaha yang diubah menjadi energi kinetik selama 8 sekon?
Diketahui :
m= 3 kg
a = 4 m/s2
t = 8 sekon
vo = 0
Ditanyakan : W
= .... ?
Jawab :
vt = vo + a · t
= 0 + 4 m/s2
· 8 s
= 32 m/s
W = ∆ Ek
= Ek2
- Ek1
= ½ m vt2
- ½ m vo2
= ½ × 3 ×322 -
½ × 3 ×02
= 1536 J
7. Diketahui
sebuah benda yang mempunyai massa 600 g dan kelajuan tetap 2 m/s bergerak pada garis lurus. Jika pada
benda tersebut diberikan gaya 9 N searah dengan perpindahannya dan dihilangkan
setelah benda menempuh jarak 4 m, maka hitunglah usaha yang diakibatkan gaya
tersebut!
Pembahasan
Diketahui :
m= 600 gram =
0,6 kg
F = 9 N
vo= 2 m/s
s = 4 m
Ditanyakan : W = .... ?
Jawab :
Ek1 = ½ m x vo2
= ½ x 0,6 x 22
= 1,2 J
a = F / m =
9/0,6 = 15 m/s2
vt2
= vo2 + 2a · s
= 22
+ 2 x 15 x 4
= 124 m2/s2
Ek2 = ½ m x vt2
= ½ x 0,6 x 124
= 37,2 j
W = ∆ Ek = Ek2
- Ek1
= 37,2 – 1,2
= 36 J
8. Sebuah mesin
berdaya 16 pk digunakan selama 8 jam. Berapakah energi yang telah dikeluarkan
traktor selama itu? (1 pk = 746 watt)
Pembahasan
Diketahui:
P = 16 pk =
11936 watt;
t = 8 jam
Ditanya: W?
Jawab:
W = P . t
= 11.936 x 8
= 95.488 wh
= 95,488 kwh
9. Sebuah benda
yang massanya 10 kg dilepas dari ketinggian 25 m di atas tanah. Jika diketahui
g = 10 m/s2, maka hitunglah kecepatan benda ketika berada
diketinggian 5 meter dari tanah!
Diketahui :
m= 10 kg
g = 10 m/s2
hA= 25 m
hB = 5
Ditanyakan :
v ketika di
ketinggian 5 m dari tanah (vB) = ...?
Jawab :
EmA = EmB
EkA + EpA = EkB
+ EpB
½ x m x vA2
+ mghA = ½ x m x vB2 + mghB
0 + 10 x 10 x
20 = ½ x 10 x vB2 + 10 x 10 x 5
2500 = 5 vB2
+ 500
5vB2 =
2000
vB2 =
400
vB =
20
Jadi kecepatan
benda ketika berada di ketinggian 5 meter dari tanah adalah 20 m/s
10.
Sebuah benda yang berada di atas tanah ditembakkan miring ke atas dengan sudut
elevasi 60o dan dengan energi kinetik 400 J. Jika g =10 m/s2, berapakah
energi kinetik dan energi potensial gravitasi benda saat mencapai titik
tertinggi?
Pembahasan:
Diketahui:
Mula-mula = titik A
titik tertinggi = titik B
a = 60o
EkA= 800 J
g = 10 m/s2
Ditanya:
Energi kinetik di titik tertinggi = EkB
= ... ?
Energi
potensial di titik tertinggi= EpB
= ... ?
Jawab:
EkA=1/2 mvA2 = 800 J
kecepatan
benda di titik B:
vB = vx = vA.cos
a=
vA.cos 60o
= 0,5 vA
EkB=1/2 mvB2 = ½ m (0,5 vA)2 =
½ m vA2 x0,25
Karena ½ m x vA2
= 800 J, maka
EkB = 800 x 0,25 = 200
J
Di
titik A, EpA = 0
EmA = EmB
EpA + EkA = EpB + EkB
0
+ 800 = EpB + 200
EpB = 600 J
Baca kembali
Hubungan Usaha, Energi, dan Daya
EmoticonEmoticon