Energi potensial anak bermain perosotan ketika berada di bawah tanah adalah

KOMPAS.com - Manusia membutuhkan energi untuk bekerja, bergerak, bernapas, dan mengerjakan banyak kegiatan.

Dengan energi juga menyebabkan mobil dan motor dapat berjalan, pesawat dapat terbang, dan masih banyak lainnya.

Energi terdapat di mana-mana, bahkan tumbuhan dan hewan juga membutuhkan energi untuk tumbuh dan berkembang.

Dilansir dari Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia, pengertian energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja) atau melakukan suatu perubahan.

Bnetuk energi 

Terdapat beberapa bentuk energi, yaitu:

Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu materi karena lokasi atau tempatnya.

Baca juga: 4 Hukum Dasar Kimia

Benda yang diletakkan di atas meja memiliki energi potensial gravitasi. Adanya energi potensial garvitasi, benda dapat bergerak dari meja ke tanah.

Terdapat dua energi potensial, sebagai berikut:

1. Energi potensial gravitasi bumi adalah energi yang dimiliki suatu benda karena terletak di atas permukaan bumi.
2. Energi potensial elastisitas adalah energi yang tersimpaan pada benda yang sedang direngangkan, seperti busur panah.

Semakin jauh peregangan dan penekanannya, semakin besar energinya.

Energi kinetik

Setiap materi yang berpindah atau bergerak memiliki bentuk energi yang disebut energi kinetik atau energi gerak.

Dapat disimpulkan, energi kinetik adalah bentuk energi ketika suatu materi berpindah atau bergerak.

Baca juga: Sifat Kimia dan Fisik Air Laut

Contohnya, ketika naik sepeda, kontraksi otot kaki akan mendorong pedal sepeda.

Untuk membedakan energi potensial dan energi kinetik, dapat dilihat dari permainan perosotan (seluncur).

Anak-anak yang bermain perosotan memiliki lebih banyak energi potensial pada saat berada di puncak porosotan dibandingkan ketika ada di dasar perosotan.

Energi kinetik akan diubah menjadi energi potensial (energi tersimpan) ketika menaiki perosotan.

Energi potensial diubah menjadi energi kinetik selama meluncur turun.

Energi kimiashutterstock Ilustrasi energi kimia

Energi kimia ialah energi yang terkandung dalam suatu zat. Misalnya makanan memiliki energi kimia, sehingga orang yang makan akan memiliki energi untuk beraktivitas.

Baca juga: Energi dan Perubahannya

Contoh lainnya bisa dilihat pada bensin yang mengandung energi kimia, sehingga mesin dapat bergerak dengan adanya bensin.

Energi listrik

Energi listrik adalah energi yang dimiliki muatan listrik dan arus listrik. Energi ini paling banyak digunakan karena mudah diubah menjadi energi lain.

Kita akan mengulas beberapa soal yang lebih rumit dari sepuluh soal sebelumnya. Nah, inilah 10 soal pembahasan usaha dan energi bagian 2 pilihan ganda yang wajib anda ketahui.

Baca sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Usaha dan Energi (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda

Pilihlah jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.

11. Balok bermassa 200 g berada pada ketinggian 10 m di atas tanah. Ia bergerak turun hingga ketinggian 4 m di atas permukaan tanah. Energi kinetik-nya adalah . . .

   A. 8 J

   B. 10 J

   C.  12 J

   D. 15 J

   E. 18 J

Pembahasan :

Diketahui :

m = 0,2 kg; g = 10 m/s2; h = 10 m

Ep = m.g.h

Ek = (1/2)mv2

Em = Ep + Ek

*Pada ketinggian h = 10 m,

Ep = 20 J; Ek = 0 (energi mekanik adalah 20 J)

*Pada ketinggan h = 0 m,

Ep = 0; Ek = 20 J (energi mekanik adalah 20 J)

Energi mekanik kekal pada kondisi ini (terisolasi), sehingga energi mekanik pada ketinggian 4 m adalah 20 J juga.

*Pada ketinggian h = 4 m,

Ep = m.g.h

Ep = (0,2)(10)(4)

Ep = 8 J

Sehingga, energi kinetik pada ketinggian 4 m adalah 20 – 8 J = 12 J.

Jawaban C

12. Batu permata bermassa m dijatuhkan dari ketinggian h. Batu kedua bermassa 2m dijatuhkan dari ketinggian yang sama. Kecepatan batu pertama saat menyentuh tanah adalah . . . kecepatan batu kedua saat menyentuh tanah.

   A. seperempat kali

   B. setengah kali

   C. sama dengan

   D. dua kali

   E. empat kali

Pembahasan :

Pada kondisi terisolasi (hampa udara bebas hambatan), sehelai bulu dan bola besi dijatuhkan dari ketinggian yang sama. Bulu dan besi akan jatuh ke tanah secara bersamaan.

Bab energi mekanik, potensial, dan kinetik ini jelas merujuk pada kondisi terisolasi. Sehingga, benda pasti jatuh secara bersamaan. Video berikut “Sehelai Bulu dan Bola Besi yang Dijatuhkan pada Ketinggian Tertentupada Ruang Hampa”

Jika tidak percaya, maka kita dapat melakukan perhitungan manual. Pada ketinggian h, Ep bernilai maksimum, Ek bernilai nol

Ep1 = m.g.h = x (misal)

Ep2 = 2m.g.h = 2x

*Pada saat ketinggian h = 0, Ek akan bernilai maksimum, Ep bernilai nol.

Ek1 = x

Ek2 = 2x

*Perbandingan kecepatan keduanya (gunakan persamaan berikut) Ek = (1/2) mv2, dimana jadi

(1/2 = Ek/mv2)

Jawaban C

Untuk soal nomor 13 dan 14

13. Jika benda di titik A berada dalam keadaan diam, maka perbandingan energi kinetik di titik B dan C adalah . . .

   A. 2/5

   B. 3/5

   C. 3/4

   D. 4/7

   E. 5/9

Pembahasan :

*Di titik A, h = maks = 5 m

Ep = m.g.h = 5mg

Ek = 0

*Di titik B, h = 3,2 m

Ep = m.g.h = (3,2)mg

Ek = 5mg – (3,2)mg = 1,8 mg

*Di titik C, h = 2 m

Ep = m.g.h = (2)mg

Ek = 5mg – (2)mg = 3mg

*Jadi, perbandingan energi kinetik di h = 3,2 m dan di h = 2 m adalah

1,8mg/ 3mg = 3/5

Jawaban B

14. Jika massa benda adalah 10 gram, maka usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda dari titik A ke titik C adalah . . .

   A. 0,2 J

   B. 0,3 J

   C. 0,5 J

   D. 0,6 J

   E. 0,7 J

Pembahasan :

Usaha adalah perubahan energi, entah energi potensial atau energi kinetik. BEBAS! Hasilnya sama saja. Kita tahu dari pembahasan soal sebelumnya, energi potensial benda di titik A adalah 5mg dan energi potensial benda di titik C adalah 2mg. Jadi,

W = ΔE = 5mg – 2 mg = 3mg, dimana m = 10 g = 0,01 kg

W = 3mg = 3(0,01)(10) = 0,3 J

15. Sarah sedang menuruni perosotan. Berikut pernyataan terkait energi pada sistem tersebut.

   1) Sistem mengalami perubahan energi kinetik menjadi potensial

   2) Sistem mengalami perubahan energi potensial menjadi energi kinetik

   3) Energi pada sistem bersifat konservatif

   4) Energi mekanik sistem sama dengan energi kinetiknya

Pernyataan yang benar ditunjukkan oleh nomor . . .

   A. 1 dan 2

   B. 2 dan 3

   C. 3 dan 4

   D. 1 dan 3

   E. 2 dan 4

Pembahasan :

Pada saat Dinda menuruni perosotan, energi yang dimiliki benda karena posisi (ketinggian) nya adalah energi potensial. Di puncak perosotan, energi potensialnya adalah maksimal dan energi kinetiknya nol.

Saat meluncur, Dinda memiliki kecepatan yang mulanya dia diam. Energi benda yang memiliki kecepatan adalah energi kinetik. Energi potensial Dinda berubah menjadi energi kinetik secara bertahap.

Kondisi di atas dalam keadaan terisolasi (bebas gaya gesek, gaya hambat lain), sehingga energi ini adalah konservatif.

Energi kinetik akan maksimum dan energi potensial nol (energi mekanik = energi kinetik) saat Dinda berada pada ketinggian h = nol atau tepat sebelum menyentuh tanah.

Jawaban B 

16. Perhatikan gambar berikut!

   A. (A = B), C, D

   B. C, (B = A), D

   C. C, B, A, D

   D. (B = A), C, D

   E. D, (B = A), C

Pembahasan :

Untuk mencari nilai usaha (W), kita dapat menggunakan pendekatan energi. Kita akan menggunakan perubahan energi potensial W = ΔEp

*Gambar A saat ketinggian h = 10 m

W = ΔEp = Ep10meter – Ep0meter = m.g.h – 0 = (80)(10)(10) – 0 = 8000 J

*Gambar B saat ketinggian h = 10 m

W = ΔEp = Ep10meter – Ep0meter = m.g.h – 0 = (80)(10)(10) – 0 = 8000 J

*Gambar C saat ketinggian h = 10 m

W = ΔEp = Ep10meter – Ep0meter = m.g.h – 0 = (64)(10)(10) – 0 = 6400 J

*Gambar D saat ketinggian h = 20 m

W = ΔEp = Ep20meter – Ep0meter = m.g.h – 0 = (80)(10)(20) – 0 = 16000 J

Waktu tempuh mempengaruhi besar daya, tetapi tidak besar usaha. Jadi, urutan nilai usaha dari yang terkecil adalah C, (A = B), dan D.

NB : urutan nilai daya berbeda, karena daya bergantung pada waktu tempuh naik tangga.

Jawaban B

17. Kelereng bermassa 20 g bergerak dengan kecepatan 3,6 km/ jam. Besar energi kinetik yang dimiliki oleh kelereng tersebut adalah . . .

   A. 10 m/s

   B. 10√(2) m/s

   C. 20 m/s

   D. 20√(2) m/s

   E. 25 m/s

Pembahasan :

W = ΔEp = ΔEk

Perubahan energi potensial dari h = 0 dan h = 10 m

ΔEp = Ep2 – Ep1

ΔEp = m.g.h – 0

ΔEp = (1200)(10)(10) – 0

ΔEp = 120000 J = W

Perubahan energi kinetik, W = ΔEk

W = ΔEk = (1/2)mv2

v2 = 2.W/m

v = √(200)

v = 10√(2)

Jawaban B

18. Perhatikan gambar berikut!

   A. 1 N

   B. 2 N

   C. 3 N

   D. 4 N

   E. 5 N

Pembahasan :

Diketahui :

m = 1 kg

vi = 6 m/s

θ = 30o

d = s = 3 m

Ditanya : gaya gesek yang dialami balok (fk)

*Mencari perubahan energi kinetik antara titik awal (initial = i) dan titik akhir (final = f)

ΔEk = Ekf – Eki

ΔEk = (1/2)mvf2 – (1/2)mvi2

ΔEk = 0 – (1/2)(1)(6)2

ΔEk = – 18

*Mencari perubahan energi potensial antara titik awal (initial = i) dan titik akhir (final = f)

ΔEp = Epf – Epi

ΔEp = m.g.h – 0

ΔEp = m.g.s.sinθ

ΔEp = (1)(10).3.sin30o – 0

ΔEp = 15 J

*Mencari gaya gesek sistem (fk).

Jawaban A

19. Perhatikan gambar berikut!

   A. 2 m

   B. 3 m

   C. 4 m

   D. 5 m

   E. 6 m

Pembahasan :

Diketahui :

m = 250 g = 0,25 kg

W = m.g = (0,25)(10) = 2,5 N

r = 1,25 m

μ = 0,25

Ditanya : jarak yang ditempuh benda (s atau x)

*Energi potensial di titik A (EpA)

EpA = m.g.h = (0,25)(10)(1,25) = 3,125 J

*Energi potensial di titik B (EpB)

EpB = m.g.h = (0,25)(10)(0) = 0 J

Karena lintasan seperempat lingkaran licin (bebas hambatan), energi mekanik kekal. Otomatis energi kinetik (EkA) di titik A adalah 0, dan energi kinetik (EkB) di titik B adalah 3,125 J.

*Mencari jarak tempuh (s), dari titik B ke C. Energi kinetik C (EkC) adalah 0.

Persamaan usaha yang terjadi pada permukaan kasar atau sistem tidak terisolasi (terdapat hambatan) berbeda dengan sistem yang terisolasi, dimana (W = ΔEk atau W = ΔEp)

Jawaban D

20. Perhatikan gambar berikut!

   A. 1 m/s

   B. 2√(10) m/s

   C. 2 m/s

   D. √(10) m/s

   E. 2,5 m/s

Pembahasan :

Diketahui :

m2 = 5 kg

m1 = 3 kg

μk = 0,2

Δx = 10 m

g = 10 m/s2

vi = 0 m/s

Ditanya : kecepatan akhir benda B setelah turun 10 m (vf)

*Mencari percepatan (a) sistem. Penurunan persamaan secara lengkap dapat dilihat disini.

a = g(mB – mA.μk)/(mA + mB)

a = 10(5 – 3(0,2))/(3 + 5)

a = 10(5 – 0,6)/(8)

a = 10(4,4)/3

a = 2 m/s

*Mencari kecepatan akhir benda B (vf)

vf2 = vi2 + 2.a.Δx

vf2 = 02 + 2(2)(10)

vf2 = 40

vf = 2√(10)

Jawaban B

Baca selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Usaha dan Energi (bagian 3) ǀ Pilihan Ganda

Pembahasan soal usaha dan energi bagian 2 pilihan ganda telah tuntas. Kita akan lanjutkan ke bagian.