);

Contoh soal usaha dan energi serta pembahasan

Postingan ini membahas contoh soal usaha dan energi yang disertai pembahasannya atau penyelesaiannya. Usaha yang dilakukan oleh gaya didefinisikan sebagai hasil kali komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dengan besarnya perpindahan. Gambar dibawah ini menunjukkan gaya F yang bekerja pada benda yang terletak pada bidang horizontal sehingga benda berpindah sejauh s. Sehingga rumus besarnya usaha sebagai berikut.

Rumus usaha
Rumus usaha

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi yang dibahas pada artikel ini adalah energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Semakin cepat benda bergerak maka semakin besar energi kinetiknya. Rumus energi kinetik sebagai berikut.

Ek =
1
2
mv2
Keterangan:
Ek = energi kinetik (joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukannya. Energi potensial merupakan energi yang masih tersimpan atau tersembunyi pada benda sehingga mempunyai potensi untuk melakukan usaha. Rumus energi potensial sebagai berikut.

Ep = m . g . h
Keterangan:
Ep = energi potensial (joule)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian (m)

Usaha dan energi adalah dua besaran yang saling berhubungan. Besarnya usaha sama dengan perubahan energi potensial. Atau, besarnya usaha sama dengan perubahan energi kinetik. Jika dirumuskan, hubungan usaha dengan energi sebagai berikut.

Usaha dan energi
Hubungan usaha dengan energi

Contoh soal usaha dan energi

Contoh soal 1

Seorang anak menarik benda bermassa 2 kg dengan gaya 80 N dengan sepotong tali dan membentuk sudut 60° seperti gambar dibawah ini.

Contoh soal usaha
Contoh soal usaha nomor 1

Usaha yang dilakukan anak tersebut untuk memindahkan benda sejauh 5 meter adalah…
A. 400 j
B. 200 j
C. 120 j
D. 80 j
E. 40 j

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

  • m = 2 kg
  • F = 80 N
  • s = 5 m
  • θ = 60°

Cara menghitung usaha anak sebagai berikut:

  • W = F . s . cos
  • W = 80 N . 5 m . cos 60°
  • W = 400 N.m . 1/2 = 200 J

Soal ini jawabannya B.


Contoh soal 2

Sebuah mesin derek mengangkut sebuah mobil. Usaha yang dilakukan mesin derek sebesar 25.000 J. Tali penarik mobil membentuk sudut 45° dan mesin derek berhasil memindahkan mobil sejauh 100 m. Gaya yang dilakukan mesin derek pada mobil sebesar…
A. 100 2   N
B. 125 2   N
C. 150 2   N
D. 200 2   N
E. 250 2   N

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

  • W = 25.000 J
  • θ = 45°
  • s = 100 m

Cara menghitung gaya mesin derek pada mobil sebagai berikut:

→ W = F . s . cos θ
→ F =
W
s . cos 45°

→ F =
25.000 J
100 m . 1/2 2  
= 250 2   N

Soal ini jawabannya E.


Contoh soal 3

Untuk menarik balok dengan posisi seperti gambar diperlukan gaya 22 N.

Contoh soal usaha
Contoh soal usaha nomor 3

Dengan diberi usaha 33 J, balok bergeser 3 m ke kanan. Sudut θ pada gambar tersebut adalah…
A. 60°
B. 57°
C.45°
D. 37°
E. 30°

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

  • F = 22 N
  • W = 33 J
  • s = 3 m

Cara menjawab soal ini sebagai berikut:

→ W = F . s . cos θ
→ cos θ =
W
F . s

→ cos θ =
33 J
22 N . 3 m
= 1/2
→ θ = 60°

Soal ini jawabannya A.


Contoh soal 4

Sebuah batu yang massanya 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 100 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2 maka usaha yang dilakukan gaya berat batu sampai ketinggian 80 m adalah…
A. 1.600 J
B. 400 J
C. 100 J
D. 20 J
E. 10 J

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

  • m = 2 kg
  • h1 = 100 m
  • h2 = 80 m
  • g = 10 m/s2

Cara menghitung usaha pada soal ini yaitu dengan menggunakan hubungan usaha merupakan perubahan energi potensial sebagai berikut.

  • W = – mg (h2 – h1)
  • W = – 2 kg . 10 m/s (80 m – 100 m)
  • W = – 20 N . – 20 m = 400 J

Soal ini jawabannya B.


Contoh soal 5

Seorang pekerja menarik ember berisi air yang bermassa 5 kg yang diikat dengan tali, dari ketinggian 5 m sampai ketinggian 20 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, usaha yang harus dilakukan pekerja adalah…
A. 250 J
B. 750 J
C. 1.000 J
D. 1.500 J
E. 1.700 J

Pembahasan / penyelesaian soal

Cara menjawab soal ini sebagai berikut:

  • W = mg (h2 – h1)
  • W = 5 kg . 10 m/s2 (20 m – 5 m)
  • W = 50 N . 15 m = 750 Joule

Soal ini jawabannya B.


Contoh soal 6

Sebuah bola bermassa 1 kg dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari atas gedung melewati jendela A dilantai atas ke jendela B dilantai bawah dengan beda tinggi 2,5 m (g = 10 m/s2). Berapa besar usaha untuk perpindahan bola dari jendela A ke jendela B tersebut?.
A. 50 J
B. 25 J
C. 20 J
D. 15 J
E. 5 J

Pembahasan / penyelesaian soal

Cara menjawab soal ini sebagai berikut:

  • W = – mg (h2 – h1)
  • W = – 1 kg . 10 m/s (- 2,5 m) = 25 J

Soal ini jawabannya B.


Contoh soal 7

Benda yang bermassa 700 gram dilempar ke atas hingga mencapai ketinggian 9 m. Perubahan energi potensial ketika benda berada pada ketinggian 5 m (g = 10 m/s2) adalah …
A. 28 J
B. 35 J
C. 42 J
D. 54 J
E. 63 J

Pembahasan / penyelesaian soal

  • W = mgh2 – mgh1
  • W = mg (h2 – h1)
  • W = 0,7 kg . 10 m/s2 (9 m – 5 m)
  • W = 7 . 4 J = 28 J

Soal ini jawabannya A.


Contoh soal 8

Sebuah meja massanya 10 kg mula-mula diam diatas lantai licin, didorong selama 3 sekon bergerak lurus dengan percepatan 2 m/s2. Besar usaha yang terjadi adalah…
A. 360 J
B. 180 J
C. 60 J
D. 30 J
E. 20 J

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

  • m = 10 kg
  • t = 3 s
  • a = 2 m/s2
  • v1 = 0

Cara menjawab soal ini sebagai berikut:

  • v2 = v1 + a . t = 0 + 2 m/s2 . 3 s = 6 m/s
  • W = 1/2 m (v22 – v12)
  • W = 1/2 . 10 kg . (62 – 02) m2/s2
  • W = 180 J

Soal ini jawabannya B.


Contoh soal 9

Sebuah bola bermassa 500 gram dilempar vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan awal 10 m/s (g = 10 m/s2). Usaha yang dilakukan gaya berat pada saat mencapai ketinggian maksimum adalah…
A. 500 J
B. 50 J
C. 25 J
D. 2,5 J
E. 5,0 J

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

  • m = 500 gr = 0,5 kg
  • v1 = 10 m/s
  • v2 = 0
  • g = 10 m/s2

Cara menjawab soal ini sebagai berikut:

  • W = – 1/2 m (v22 – v12)
  • W = – 1/2 . 0,5 kg (02 – 102) m2/s2
  • W = – 1/4 kg . – 100 m2/s2 = 25 J

Soal ini jawabannya C.


Contoh soal 10

Seorang anak mendorong tembok sebuah gedung dengan gaya 200 N selama 10 sekon. Tembok tidak bergerak. Besar usaha yang dilakukan anak itu adalah …
A. 0 J
B. 20 J
C. 40 J
D. 100 J
E. 200 J

Pembahasan / penyelesaian soal

Diketahui:

  • F = 200 N
  • s = 0 m (tidak bergerak)
  • t = 10 s

Cara menghitung usaha sebagai berikut.

  • W = F . s . cos α
  • W = 200 N . 0 m . cos 90o
  • W = 0 J

Soal ini jawabannya A.

You cannot copy content of this page