USAHA DAN ENERGI - RUMUS, SOAL DAN PENYELESAIAN

USAHA

Adalah hasil kali antara gaya searah perpindahan dengan besar perpindahannya.

Keterangan:
W = usaha (Joule).
F = gaya (N).
s = perpindahan (m).
θ = sudut gaya terhadap horizontal.

HUBUNGAN USAHA DENGAN ENERGI POTENSIAL

HUBUNGAN USAHA DENGAN ENERGI KINETIK

HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK

Keterangan:
W = usaha (J).
Ep2 = energi potensial kedua (J).
Ep1 = energi potensial pertama (J).
Ek2 = energi kinetik kedua (J).
Ek1 = energi kinetik pertama (J).
v2 = kecepatan kedua (m/s).
v1 = kecepatan pertama (m/s).
m = massa (kg).
g = percepatan gravitasi (10 m/s²).
h2 = ketinggian kedua (m).
h1 = ketinggian pertama (m).

Contoh soal dan pembahasan usaha dan energi

Contoh soal usaha dan pembahasannya

Nomor 1
Seorang anak menarik benda bermassa 2 kg dengan gaya 80 N dengan sepotong tali dan membentuk sudut 60⁰.

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

Pembahasan:
Diketahui:
m = 2 kg
F = 80 N
θ = 60⁰
s = 5 m
Ditanya: W = ...
Jawab:
W = F . s cos θ = 80 N . 5 m cos 60⁰
W = 400 N . ½ = 200 N

Contoh soal hubungan usaha dengan energi potensial

Nomor 1

Sebuah batu yang massanya 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 100 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s²

2, maka usaha yang dilakukan gaya berat batu sampai ketinggian 20 m aadalah...
A. 10 J
B. 20 J
C. 100 J
D. 400 J
E. 1600 J

Pembahasan:
Diketahui:
m = 2 kg
h1 = 100 m
h2 = 80 m
g = 10 m/s²
Ditanya: W = ...
Jawab:
W = m . g . h2 – m . g . h1
W = 2 . 10 . 80 – 2 . 10 . 100
W = 1600 – 2000 = – 400 J
Jawaban: C

Nomor 2
Sebuah bola bermassa 1 kg dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari atas gedung melewati jendela A di lantai 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. 5 Joule
B. 15 Joule
C. 20 Joule
D. 25 Joule
E. 50 Joule

Pembahasan:
Diketahui:
m = 1 kg
h2 – h1 = 2,5 m
g = 10 m/s²
Ditanya: W = ...
Jawab:
W = m . g . h2 – m . g . h1 = m . g . (h2 – h1)
W = 1 . 10 . (2,5) = 25 Joule
Jawaban: D

Contoh soal dan pembahasan hubungan usaha dengan energi kinetik

Nomor 1
Sebuah meja massanya 10 kg mula-mula diam di atas lantai licin, didorong selama 3 sekon bergerak lurus dengan percepatan 2 m/s². Besar usaha yang terjadi adalah...
A. 20 Joule
B. 30 Joule
C. 60 joule
D. 180 Joule
E. 360 Joule

Pembahasan:
Diketahui:
m = 10 kg
v1 = 0 (mula-mula diam)
t = 3 s
a = 2 m/s²
Ditanya: W = ...

Menghitung usaha berdasarkan perubahan energi kinetik

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

Pembahasan:
Diketahui:
m = 500 gram = 0,5 kg
v1 = 10 m/s
v2 = 0 (mencapai tinggi maksimum)
g = 10 m/s²
Ditanya: W = ...

Contoh soal dan pembahasan hukum kekekalan energi mekanik

Nomor 1
Perhatikan gambar dibawah!

Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian 20 m. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m.s^-2, maka kecepatan benda pada saat berada 15 m di atas tanah adalah....
A. 2 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s

Pembahasan:
Diketahui:
h1 = 20 m
h2 = 15 m
v1 = 0 m/s (jatuh bebas)
g = 10 m/s²
Ditanya: v2 = ...
Jawab:

Menghitung kecepatan dengan hukum kekekalan energi mekanik

Nomor 2
Sebuah balok di tahan dipuncak bidang miring seperti gambar!

Contoh soal hukum kekekalan energi mekanik

Ketika dilepas balok meluncur tanpa gesekan sepanjang bidang miring. Kecepatan balok ketika tiba di dasar bidang miring adalah...
A. 6 m/s
B. 8 m/s
C. 10 m/s
D. 12 m/s
E. 16 m/s

Pembahasan:
Diketahui:
h1 = 5 m
h2 = 0 (di dasar bidang)
v1 = 0 (awal diam)
g = 10 m/s²
Ditanya: v2 = ...

Nomor 3
Sebuah bola bermassa 0,1 kg dilempar mendatar dengan kecepatan 6 m/s dari atap gedung yang tingginya 5 m. Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m.s^-2, maka energi kinetik bola pada ketinggian 2 m adalah....
A. 6,8 joule
B. 4,8 joule
C. 3,8 joule
D. 3 joule
E. 2 joule

Pembahasan:
Diketahui:
m = 0,1 kg
v1 = 6 m/s
h1 = 5 m
h2 = 2m
Ditanya: Ek2 = ...

Menghitung energi kinetik dengan hukum kekekalan energi mekanik

Nomor 4
Sebuah benda jatuh bebas dari posisi A seperti gambar.

Perbandingan energi potensial dan energi kinetik benda ketika sampai di B adalah.....
A.3 : 2
B.3 : 1
C.2 : 1
D.2 : 3
E.1 : 3

Pembahasan:
Diketahui:
vA = 0
hA = h
hB = ¼ h
Ditanya: EpB : EkB = ...
Jawab:

Menentukan perbandingan energi potensial dengan energi kinetik

Nomor 5
Sebuah bola yang massanya 2 kg jatuh bebas dari posisi A seperti gambar.

Ketika sampai di B besar energi kinetik sama dengan 2 kali energi potensial, maka tinggi titik B dari tanah adalah...
A. 80 m
B. 70 m
C. 60 m
D. 40 m
E. 30 m

Pembahasan:
Diketahui:
vA = 0 (jatuh bebas)
m = 2 kg
hA = 90 m
EkB = 2 EpB
Ditanya: hB = ...
Jawab:

Soal-soal latihan usaha dan energi

Nomor 1
Sebuah benda bermassa 4 kg bergerak dengan kecepatan 8 m/s. Akibat gaya gesekan antara benda dengan lantai mengalami perlambatan 3 m/s². Besar usaha untuk mengatasi gaya gesekan selama 3 sekon adalah...
A. 256 Joule
B. 240 Joule
C. 176 Joule
D. 128 Joule
E. 120 Joule

Nomor 2
Seorang pekerja menarik ember berisi air yang bermassa 5 kg yang diikat dengan tali, dari ketinggian 5 meter sampai pada ketinggian 20 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, usaha yang harus dilakukan adalah...
A.1750 J
B.1500 J
C.1000 J
D.750 J
E.250 J

Nomor 3
Odi mengendarai mobil bermassa 4.000 kg di jalan lurus dengan kecepatan 25 m.s^-1. Karena melihat kemacetan dari jauh dia mengerem mobil sehingga kecepatan mobilnya berkurang secara teratur menjadi 15 m.s^-1. Usaha oleh gaya pengereman adalah....
A.200 kJ
B.300 kJ
C.400 kJ
D.700 kJ
E.800 kJ

Nomor 4
Sebuah bola bermassa 0,1 kg dilempar mendatar dengan kecepatan 6 m/s dari atap gedung yang tingginya 5 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², maka energi kinetik bola pada ketinggian 2 m adalah...
A. 6,8 Joule
B. 4,8 Joule
C. 3,8 Joule
D. 3 Joule
E. 2 Joule

Nomor 5
Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar keatas dengan kecepatan awal 40 m/s. Besarnya energi kinetik saat ketinggian benda mencapai 20 m adalah...
A. 300 J
B. 400 J
C. 500 J
D. 600 J
E. 700 J

Nomor 6
Dua buah benda A dan B yang keduanya bermassa m jatuh bebas dari ketinggian h meter dan 2h meter. Jika A menyentuh tanah dengan kecepatan v, benda B akan menyentuh tanah dengan energi kinetik sebesar...
A. ½ mv²
B. mv²
C. ¼ mv²
D. ¾ mv²
E. 3/2 mv²

Tentang: Fisika