CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN USAHA DAN ENERGI

Posted by on 2017-01-06 - 3:03 PM

Teknokiper.com - Pembahasan contoh soal fisika tentang usaha dan energi untuk tingkat sekolah menengah pertama. Contoh soal ini disusun dalam bentuk pilihan berganda dan dilengkapi dengan pembahasan untuk membantu murid memahami konsep usaha dan energi sekaligus sebagai media latihan. Soal-soal ini dirancang berdasarkan subtopik yang sering keluar dalam kajian usaha dan energi di tingkat menengah pertama seperti energi potensial, energi kinetik, perubahan bentuk energi, usaha yang dilakukan untuk memindahkan benda, usaha oleh resultan gaya, dan daya yang dihasilkan dalam suatu proses.

Contoh 1 : Energi Potensial

Sebuah benda bermassa 8 kg berada pada ketinggian 5 meter di atas permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi 9,8 N/kg, maka energi potensial benda tersebut adalah ....
A. 392 J
B. 354 J
C. 260 J
D. 240 J

Pembahasan :
Dik : m = 8 kg, h = 5 m, g = 9,8 N/kg
Dit : Ep = ... ?

Energi potensial adalah energi yang tersimpan dan dimiliki oleh benda karena posisinya. Besar energi potensial yang dimiliki oleh sebuah benda berbanding lurus dengan hasil kali massa, gravitasi, dan ketinggiannya.
Ep = m.g.h

Keterangan :
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (N/kg atau m/s2)
h = ketinggian benda (m).

Energi potensial benda:
⇒ Ep = m.g.h
⇒ Ep = 8 (9,8) (5)
⇒ Ep = 392 J
Jawaban : A

Contoh 2 : Perubahan Bentuk Energi
Perubahan energi yang terjadi pada pembangkit listrik tenaga air adalah ....
A. Potensial - kinetik - listrik
B. Kinetik - potensial - listrik
C. Listrik - kinetik - potensial
D. Potensial - kimia - listrik

Pembahasan :
Pembangkit listrik tenaga air memanfaatkan energi potensial yang dimiliki oleh air terjun untuk menggerakkan poros turbin. Dalam hal ini, energi potensial berubah menjadi energi kinetik.

Selanjutnya, energi kinetik dari gerakan turbin diteruskan ke poros generator dan dihasilkan tenaga listrik. Dalam hal ini, energi kinetik diubah menjadi energi listrik.

Dengan demikian, proses perubahan energi yang terjadi pada pembangkit listrik tenaga air adalah: Potensial - kinetik - listrik.
Jawaban : A

Contoh 3 : Energi Kinetik

Sepeda motor bermassa 200 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Energi kinetik sepeda motor tersebut sama dengan ....
A. 1.000 J
B. 5.000 J
C. 8.000 J
D. 10.000 J

Pembahasan :
Dik : m = 200 kg, v = 10 m/s
Dit : Ek = ... ?

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena kelajuan atau kecepatannya. Besar energi kinetik yang dimiliki oleh sebuah benda berbanding lurus dengan hasil kali massa dan kuadrat kecepatannya.
Ek = ½ m.v2

Keterangan :
m = massa benda (kg)
v = kelajuan benda (m/s).

Energi kinetik sepeda motor:
⇒ Ek = ½ m.v2
⇒ Ek = ½ (200) (10)2
⇒ Ek = 100 (100)
⇒ Ek = 10.000 J
Jawaban : D

Contoh 4 : Energi Kinetik Terendah
Perhatikan gambar di bawah ini!

Contoh soal dan pembahasan energi dan usaha

Sebuah bola ditendang dengan sudut elevasi tertentu sehingga lintasannya membentuk parabola seperti gambar di atas. Berdasarkan lintasan tersebut, energi kinetik bola paling kecil adalah pada titik ....
A. Titik I
B. Titik II
C. Titik III
D. Titi IV

Pembahasan :
Seperti yang telah dibahas pada soal sebelumnya, energi kinetik berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan benda. Ketika bola bergerak dengan lintasan parabola seperti gambar di atas, maka kecepatan bola semakin ke atas akan semakin kecil.

Dengan demikian, bola memiliki kecepatan paling kecil pada saat bola mencapai titik tertingginya, yaitu titik III. Oleh karena itu, energi kinetik bola terkecil adalah pada titik III.

Cara lain yang dapat digunakan untuk menentukan pada titik mana energi kinetik bola terendah adalah dengan memperhatikan ketinggiannya. Untuk kasus ini, semakin tinggi kedudukan bola maka energi potensial akan bertambah, sebaliknya energi kinetiknya semakin berkurang.

Jadi, bola akan memiliki energi kinetik paling kecil saat energi potensialnya paling besar. Bola memiliki energi potensial paling besar di titik yang paling tinggi, yaitu titik III. Dengan demikian, di titik itulah energi kinetik terkecil.
Jawaban : C

Contoh 5 : Usaha untuk Memindahkan Benda

Andi mendorong sebuah balok bermassa 10 kg melalui bidang miring licin yang panjangnya 5 meter. Jika gaya dorong yang diberikan Andi adalah 80 N, maka besar usaha yang dilakukan Andi untuk memindahkan balok tersebut ke puncak bidang miring adalah ....
A. 500 J
B. 400 J
C. 300 J
D. 200 J

Pembahasan :
Dik :F = 80 N, m = 10 kg, s = 5 m
Dit : W = .... ?

Usaha adalah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu benda. Besar usaha berbanding lurus dengan hasil kali gaya dengan perpindahan benda.
W = F . s

Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
F = gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)
s = pepindahan benda (m).

Dalam kasus ini kebetulan gaya dorong sudah sejajar dengan perpindahan dan besar perpindahan juga sudah diketahui. Dengan demikian, usaha yang dilakukan Andi adalah:
⇒ W = F . s
⇒ W = 80 . 5
⇒ W = 400 J
Jawaban : B

Contoh 6 : 
Seorang murid hendak mengangkat sebuah kotak bermassa 10 kg secara vertikal. Jika percepatan gravitasi adalah 10 m/s2, maka usaha yang harus dilakukan oleh murid tersebut untuk mengangkat kotak setinggi 1,5 meter adalah ....
A. 50 J
B. 80 J
C. 100 J
D. 150 J

Pembahasan :
Dik : m = 10 kg, g = 10 m/s2, s = h = 1,5 m
Dit : W = ... ?

Karena murid tersebut akan mengangkat kotak yang massanya 10 kg, maka murid tersebut minimal harus memberikan gaya angkat sebesar gaya berat kotak tersebut, yaitu:
⇒ F = w
⇒ F = m.g
⇒ F = 10 (10)
⇒ F = 100 N

Dengan demikian, usaha yang harus dilakukan murid tersebut adalah:
⇒ W = F . s
⇒ W = 100 (1,5)
⇒ W = 150 J
Jawaban : D

Contoh 7 : Energi Kinetik di Titik Tertinggi
Sebuah batu bermassa 0,5 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan 10 m/s. Jika percepatan gravitasi 10 N/kg, maka energi kientik batu di titik tertingginya adalah ....
A. 25 J
B. 10 J
C. 5 J
D. Nol

Pembahasan :
Ketika sebuah benda dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal tertentu, maka semakin ke atas kecepatan benda akan semakin berkurang. Kecepatannya akan terus berkurang dan menjadi nol saat mencapai ketinggian maksimum.

Pada titik tertinggi, kecepatan benda sama dengan nol dan benda akan diam sesaat. Selanjutnya benda akan bergerak jatuh bebas kembali ke permukaan bumi. Jadi, karena kecepatan di titik tertinggi sama dengan nol, maka energi kinetiknya juga sama dengan nol.
⇒ Ek = ½ m.v2
⇒ Ek = ½ m (0)2
⇒ Ek = 0
Jawaban : D

Contoh 8 : Usaha Oleh Gaya Berlawanan
Tika dan Dani memberi gaya kepada sebuah meja dalam arah yang berlawanan. Tika menarik meja ke kanan dengan gaya 40 N sedangkan Dani menarik meja dengan ke kiri dengan gaya 50 N. Usaha yang dilakukan oleh Tika dan Dani jika meja bergeser sejauh 0,8 meter adalah ....
A. 15 J
B. 10 J
C. 8 J
D. 5 J

Pembahasan :
Dik : F Tika = 40 N, F Dani = 50 N, s = 0,8 m
Dit : W = ...?

Karena arah gayanya berlawanan, maka meja akan bergeser ke arah gaya yang lebih besar. Dalam kasus ini, Dani memberi gaya yang lebih besar sehingga resultan gayanya adalah:
⇒ ∑F = F Dani - F Tika
⇒ ∑F = 50 - 40
⇒ ∑F = 10 N

Usaha yang dilakukan keduanya:
⇒ W = ∑F . s
⇒ W = 10 . 0,8
⇒ W = 8 J
Jawaban : C

Contoh 9 : Daya yang Dihasilkan

Seorang murid yang massanya 40 kg menaiki sebuah tangga yang tingginya 10 meter. Jika waktu yang dibutuhkan murid tersebut adalah 20 detik dan percepatan gravitasi 10 m/s2, maka daya yang dilakukan murid tersebut adalah ....
A. 200 watt
B. 150 watt
C. 100 watt
D. 50 watt

Pembahasan :
Dik : m = 40 kg, h = 10 m, g = 10 m/s2, t = 20 s
Dit : P = .... ?

Daya adalah laju perubahan energi atau besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya dalam satu satuan waktu. Besar daya yang dilakukan berbanding lurus dengan usaha dan berbanding terbalik dengan waktu:
P = W/t

Keterangan :
P = daya yang dihasilkan (watt)
W = usaha yang dilakukan (J)
t = waktu (s).

Untuk menaiki tangga, murid yang bermassa 40 kg setidaknya harus memiliki gaya otot sebesar berat murid tersebut agar dapat mengangkat beban tubuhnya. Dengan demikian, gaya yang harus diberikan adalah sama dengan gaya berat murid.
⇒ F = w
⇒ F = m.g

Karena perpindahan terjadi dalam arah vertikal, maka perpindahan murid sama dengan ketinggian tangga sehingga usaha yang dilakukan anak tersebut adalah:
⇒ W = F . s
⇒ W = m.g.h
⇒ W = 40 (10) (10)
⇒ W = 4.000 J

Dengan demikian, daya yang dilakukan murid tersebut adalah:
⇒ P = W/t
⇒ P = 4.000/20
⇒ P = 200 watt
Jawaban : A

Contoh 10 : Usaha Total
Tiga buah gaya masing-masing 10 N, 30 N, dan 40 N bekerja pada sebuah benda. Gaya pertama menarik benda ke kiri, gaya kedua menarik benda ke kanan, gaya ketiga mendorong benda ke kiri. Jika benda berpindah sejauh 0,5 meter, maka usaha yang dilakukan oleh ketiga gaya tersebut adalah ....
A. 10 J
B. 15 J
C. 20 J
D. 30 J

Pembahasan :
Dik : F1 = 10 N, F2 = 30 N, F3 = 40 N, s = 0,5 m
Dit : W = ... ?

Untuk menentukan usaha yang dilakukan oleh resultan ketiga gaya tersebut, maka kita harus memperhatikan arah gayanya. Dari soal diketahui bahwa F1 dan F3 serah yaitu sama-sama ke kiri sedangkan F2 ke kanan.

Resultan gayanya:
⇒ ∑F = (F1 + F3) - F2
⇒ ∑F = (10 + 40) - 30
⇒ ∑F = 20 N

Usaha yang dilakukan oleh ketiga gaya tersebut:
⇒ W = ∑F . s
⇒ W = 20 . 0,5
⇒ W = 10 J
Jawaban : A

Seluruh konten yang diterbitkan di teknokiper.com disusun oleh teknokiper dan dilindungi undang-undang hak cipta. Dilarang menerbitkan ulang konten dalam bentuk apapun dan dengan cara apapun.

Related Post:

Advertisements

0 comments :

Post a Comment