1. Benda bermassa 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 10 meter hingga mencapai permukaan tanah. Tentukan :  Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 PembahasanDiketahui : Massa benda (m) = 1 kgKetinggian (h) = 10 meterPercepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Jawab : (a) Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi Ketika benda jatuh bebas, arah gerakan benda ke bawah dan arah gaya gravitasi yang bekerja pada benda (gaya berat benda) juga ke bawah. Karena searah maka gaya gravitasi berhimpit atau membentuk sudut 0o dengan arah gerakan benda. Cos 0 = 1 dan setiap bilangan yang dikalikan dengan 1 sama dengan bilangan itu maka cos 0 tidak perlu dimasukan dalam rumus usaha.Rumus usaha adalah W = F s, di mana W = usaha, F = gaya dan s = perpindahan. Jika disesuaikan dengan persoalan ini maka rumus usaha berubah menjadi W = w h = m g h, di mana W = usaha, w = gaya berat, h = perubahan ketinggian benda, m = massa benda, g = percepatan gravitasi.Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya berat adalah : W = w h = m g h = (1)(10)(10) = 100 Joule (b) Perubahan energi potensial gravitasi 2. Benda seberat 10 Newton berada pada bidang miring yang licin dengan sudut kemiringan 30o. Panjang sisi miring adalah 2 meter. Usaha yang dilakukan gaya berat pada benda selama benda meluncur sepanjang sisi miring adalah… Diketahui :Gaya berat (w) = 10 Newton wx = w sin teta = (10)(sin 30o) = (10)(0,5) = 5 Newton Panjang sisi miring (s) = 2 meterPercepatan gravitasi (g) = 10 m/s2 Ditanya : usaha yang dilakukan oleh gaya berat Jawab :Soal ini dapat diselesaikan menggunakan dua cara. Cara pertama : Rumus usaha adalah W = F s. Jika disesuaikan dengan soal ini maka rumus usaha berubah menjadi W = wx s. Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya berat adalah W = wx s = (5)(2) = 10 Joule. Cara kedua :Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif, misalnya gaya gravitasi, tidak bergantung pada lintasan yang dilalui benda tetapi bergantung pada perubahan ketinggian. Dengan demikian, untuk menghitung usaha yang dilakukan oleh gaya berat, terlebih dahul hitung ketinggian benda. Sin 30o = sisi tegak / sisi miring 0,5 = sisi tegak / 2Sisi tegak = (0,5)(2)Sisi tegak = 1 meterKetinggian benda adalah 1 meter.Usaha yang dilakukan oleh gaya berat ketika benda bergerak ke bawah adalah W = w h = (10)(1) = 10 Joule.
Home » SOAL DAN PEMBAHASAN » USAHA DAN ENERGI
Fisika Brain - Pembahasan soal fisika tentang usaha, gaya berat, dan gaya gesekan. Kumpulan soal ini membahas tentang hubungan antara usaha, gaya berat atau gaya gravitasi, dan gaya gesekan. Soal-soal ini disusun sedemikian rupa untuk membantu murid memahami konsep usaha dan gaya dan memahami cara menentukan usaha total yang dilakukan oleh beberapa gaya terhadap sebuah benda. Petunjuk penyelesaian : Ketika benda bermassa m diletakkan di atas bidang miring dan meluncur ke bawah sepanjang bidang miring tersebut, maka gaya yang melakukan usaha untuk memindahkan benda adalah gaya berat benda tersebut. Karena benda bergerak di bidang miring, maka arah gaya berat membentu sudut tertentu terhadap bidang. Gay berat benda yang arahnya ke bawah harus diproyeksikan terlebih dahulu untuk melihat gaya mana yang menyebabkan benda meluncur. Pada bidang miring, gaya yang melakukan usaha (gaya yang searah dengan arah gerak) adalah komponen gaya berat dalam arah x (wx). Dengan demikian, besar usaha yang dilakukan oleh gaya berat dapat dihitung dengan rumus berikut: ⇒ W = Fx . s ⇒ W = w.sin θ . s ⇒ W = m.g.sin θ . s Keterangan : W = usaha yang dilakukan oleh gaya berat (J) Fx = komponen gaya yang searah dengan arah perpindahan (N) w = gaya berat benda (N) m = massa benda (kg)g = percepatan gravitasi (m/s2) s = perpindahan benda (m) θ = kemiringan bidang. Berdasarkan soal :Dik : m = 5 kg, s = 8 m, g = 10 m/s2, θ = 37o Dit : W = .... ? Usaha yang dilakukan oleh gaya berat:⇒ W = m.g.sin 37o . s ⇒ W = 5 (10) (3/5) . 8 ⇒ W = 30 (8) ⇒ W = 240 Joule.Jawaban : A Contoh #2 Andi menjatuhkan sebuah batu bermassa 2 kg dari ketinggian 20 meter sehingga batu bergerak jatuh bebas. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka kecepatan batu setelah berpindah sejauh 5 meter dari posisi awalnya adalah .... A. 10√3 m/s B. 10 m/s C. 8 m/s D. 5√3 m/s E. 5 m/s Seorang buruh memanfaatkan papan licin sepanjang 3 meter sebagai bidang miring untuk memindahkan beban seberat 800 N ke atas truk. Jika kemiringan bidang adalah 30o dan gaya dorong yang diberikan adalah 600 N, maka usaha total untuk memindahkan beban tersebut adalah .... A. 150 Joule B. 200 Joule C. 400 Joule D. 600 Joule E. 800 Joule Petunjuk penyelesaian : Pada soal disebutkan bahwa buruh tersebut mendorong beban dengan gaya 600 N melewati bidang miring licin (gesekan diabaikan). Karena ada gaya dorong, maka beban tersebut mengalami dua gaya selama perpindahannya, yaitu gaya berat dan gaya dorong.
Dik : s = 3 m, w = 800 N, F = 600 N, θ = 30o Dit : W = ... ?Cara pertama: Usaha yang dilakukan oleh gaya dorong:⇒ W1 = F . s ⇒ W1 = 600 (3) ⇒ W1 = 1800 Joule Usaha yang dilakukan oleh gaya berat: ⇒ W2 = w.sin 30o. s ⇒ W2 = 800 (1/2) . 3 ⇒ W2 = 1200 J Usaha total oleh gaya dorong dan gaya berat: ⇒ W = W1 - W2 ⇒ W = 1800 - 1200 ⇒ W = 600 Joule.Cara kedua: ⇒ W = (F - w.sin 30o) . s ⇒ W = {600 - 800(1/2)} . 3 ⇒ W = 200 (3) ⇒ W = 600 Joule. Jawaban : D Contoh #4 Sebuah bola pejal bermassa 1 kg dilempar vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan awal 40 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 10 m/s2, maka besar energi kientik bola saat mencapai ketinggian 20 meter di atas permukaan tanah adalah .... A. 600 J B. 500 J C. 300 J D. 200 J E. 100 J Sebuah benda bermassa 40 kg diletakkan di bagian atas bidang miring kasar yang kemiringannya 53o. Jika koefisien gesekan antara benda dan permukaan bidang adalah 0,3 dan benda tersebut meluncur sejauh 0,5 meter, maka usaha total yang dialami benda tersebut adalah .... A. 100 J B. 124 J C. 148 J D. 164 J E. 224 J Petunjuk penyelesaian: Karena bidang miringnya kasar maka akan ada gaya gesekan yang mempengaruhi perpindahan benda. Dengan demikian ada dua gaya yang bekerja pada benda yaitu gaya berat dan gaya gesekan. Hubungan antara usaha, gaya berat, dan gaya gesek pada bidang miring adalah: ⇒ W = ∑F . s ⇒ W = (w.sin θ - fg) . s ⇒ W = (w.sin θ - μ.w.cos θ) . s ⇒ W = (m.g.sin θ - μ.m.g.cos θ) . s Keterangan : W = usaha total yang diberikan pada benda (J) w = berat benda (N) fg = gaya gesekan antara benda dan bidang (N) m = massa benda (kg)g = percepatan gravitasi (m/s2) Dik : m = 40 kg, s = 0,5 m, μ = 0.3, θ = 53o Dit : W = ... ? Usaha total oleh gaya berat dan gaya gesek:⇒ W = (m.g.sin 53o - μ.m.g.cos 53o) . s ⇒ W = {40(10) (4/5) - 0,3 (40)(10) (3/5)} . 0,5 ⇒ W = (320 - 72) . 0,5 ⇒ W = 248 (0,5) ⇒ W = 124 Joule.Jawaban : B Contoh #6 Jika untuk memindahkan sebuah kotak yang beratnya 400 N ke atas sebuah lemari dibutuhkan energi sebesar 800 Joule, maka tinggi lemari tersebut adalah .... A. 1 meter B. 1,5 meter C. 2 meter D. 2,5 meter E. 3 meter Sebuah balok seberat 600 N meluncur pada bidang miring sepanjang 2 meter dan menyentuh dasar. Jika gaya gesek antara balok dan permukaan bidang adalah 72 N dan kemiringan bidang adalah 53o, maka usaha total yang dilakukan pada balok tersebut adalah .... A. 564 J B. 654 J C. 721 J D. 756 J E. 816 J Petunjuk penyelesaian: Sama seperti contoh #5, soal ini juga membahas hubungan antara usaha, gaya berat dan gaya gesek. Karena benda mengalami dua gaya, yaitu gaya berat dan gaya gesek, maka usaha total yang dialami benda adalah resultan gaya dikali perpindahan benda. Berdasarkan soal:Dik : w = 600 N, s = 2 m, fg = 72 N, θ = 53o Dit : W = .... ?Cara pertama: Usaha yang dilakukan oleh gaya berat:⇒ W1 = w.sin 53o. s ⇒ W1 = 600 (4/5) . 2 ⇒ W1 = 960 Joule Usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan: ⇒ W2 = fg . s ⇒ W2 = 72 (2) ⇒ W2 = 144 Joule Usaha total oleh gaya berat dan gesekan: ⇒ W = W1 - W2 ⇒ W = 960 - 144 ⇒ W = 816 Joule.Cara kedua: ⇒ W = (w.sin 53o - fg) . s ⇒ W = {600 (4/5) - 72} . 2 ⇒ W = (480 - 72) . 2 ⇒ W = 408 (2) ⇒ W = 816 Joule. Jawaban : E Contoh #8 Sebuah kotak bermassa 2 kg meluncur dari bagian atas bidang miring kasar yang panjangnya 3 meter. Jika kemiringan bidang adalah 30o terhadap horizontal dan gaya gesekan antara kotak dengan permukaan bidang adalah 6 N, maka energi kinetik kotak tersebut ketika sampai di dasar bidang miring adalah .... A. 36 Joule B. 24 Joule C. 12 Joule D. 10 Joule E. 5 Joule Sebuah kotak bermassa 20 kg diletakkan di bidang datar. Seorang anak mendorong kotak tersebut ke atas menggunakan bidang miring dengan gaya sebesar 300 N. Jika koefisien gesekan antara kotak dan permukaan bidang miring adalah 0,2 dan kemiringan bidang adalah 37o, maka usaha total yang dibutuhkan untuk memindahkan kotak sejauh 1 meter adalah .... A. 120J B. 136 J C. 148 J D. 164 J E. 172 J Petunjuk penyelesaian: Pada soa diketahui koefisien gesekan antara kota dan bidang. Itu artinya selain ada gaya berat, benda juga mengalami gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak kotak. Usaha total yang dibutuhkan untuk memindahkan benda melalui bidang miring kasar dapat dihitung dengan rumus berikut ini: ⇒ W = ∑F . s Dengan ∑F adalah resultan gaya yang bekerja pada benda. Karena benda mengalami tiga gaya, yaitu gaya dorong, gaya berat, dan gaya gesekan, maka usaha totalnya menjadi: ⇒ W = (F - w.sin θ - fg) . s ⇒ W = (F - w.sin θ - μ.w.cos θ) . s ⇒ W = (F - m.g.sin θ - μ.m.g.cos θ) . s Keterangan : W = usaha total yang diberikan pada benda (J) F = gaya dorong (N) w = berat benda (N) fg = gaya gesekan antara benda dan bidang (N) m = massa benda (kg)g = percepatan gravitasi (m/s2) θ = sudut kemiringan bidang. Berdasarkan soal:Dik : F = 300 N, m = 20 kg, μ = 0.2, s = 1 m, θ = 37o Dit : W = ... ?Cara Pertama: Usaha yang dilakukan oleh gaya dorong:⇒ W1 = F . s ⇒ W1 = 300 (1) ⇒ W1 = 300 J Usaha yang dilakukan oleh gaya berat: ⇒ W2 = w.sin 37o. s ⇒ W2 = 20(10)(3/5) . 1 ⇒ W2 = 120 J Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek: ⇒ W3 = (μ.m.g.cos 37o) . s ⇒ W3 = 0,2.(20)(10)(4/5) . 1 ⇒ W3 = 32 J Total usaha yang dialami benda: ⇒ W = W1 - W2 - W3 ⇒ W = 300 - 120 - 32 ⇒ W = 148 J.Cara Kedua : Usaha total yang dilakukan beberapa gaya:⇒ W = (F - m.g.sin 37o - μ.m.g.cos 37o) . s ⇒ W = {300 - 20(10)(3/5) - 0,2(20)(10)(4/5)} . 1 ⇒ W = 300 - 120 - 32 ⇒ W = 148 J.Jawaban : C Contoh #10 Sebuah pompa air dapat menaikkan 20 liter air dari sumur sedalam 4 meter setiap menitnya. Jika pompa menyemburkan air dengan kecepatan 10 m/s, maka daya pompa tersebut adalah .... A. 300 watt B. 250 watt C. 150 watt D. 100 watt E. 80 watt Page 2
Home » SOAL DAN PEMBAHASAN » USAHA DAN ENERGI
Fisika Brain - Pembahasan soal fisika tentang usaha dan energi potensial. Kumpulan soal ini membahas hubungan antara usaha, perubahan ketinggian, dan perubahan energi potensial. Soal pilihan berganda ini disusun sedemikian rupa agar membantu murid memahami hubungan antara usaha dan perubahan energi potensial serta beberapa besaran lain yang sering muncul seperti ketinggian, percepatan, dan sebagainya. Petunjuk penyelesaian: Ketika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda di atas bidang datar dan menyebabkan benda berpindah sejauh s meter, maka besar usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah: ⇒ W = F . s Keterangan : W = usaha yang dilakukan oleh gaya (J) F = gaya yang melakukan usaha (N) s = perpindahan benda (m). Akan tetapi, ketika gaya bekerja pada benda dan menyebabkan benda berpindah dalam arah vertikal, maka benda akan mengalami perubahan ketinggian. Dengan demikian, perpindahan benda sama dengan perubahan ketinggiannya. ⇒ W = F . s ⇒ W = F . Δh ⇒ W = mg . Δh ⇒ W = ΔEp Keterangan : W = usaha yang dilakukan (J) ΔEp = perubahan energi potensial (J) Berdasarkan soal:Dik : m = 80 kg, h = 1,5 m, g = 10 m/s2 Dit : W = ....? Hubungan usaha dan energi potensial: ⇒ W = m.g.Δh ⇒ W = 80 (10) (1,5 - 0) ⇒ W = 800 (1,5) ⇒ W = 1200 JJawaban : E Contoh #2 Sebuah bola pejal massanya 0,8 kg dilempar vertikal keatas. Jika energi potensial bola pada ketinggian maksimum adalah 80 J dan percepatan gravitasi = 10 m/s², maka ketinggian maksimum yang dicapai bola tersebut adalah .... A. 20 meter B. 15 meter C. 10 meter D. 8 meter E. 6 meter Lihat jawaban >> Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya berat pada benda yang sudah bergerak selama 1 detik adalah ... A. 500 J B. 400 J C. 100 J D. -400 J E. -500 J Petunjuk penyelesaian: Soal ini dapat diselesaikan dengan menggunakan konsep perubahan energi kinetik atau energi potensial. Pada kesempatan ini, kita akan menyelesaikannya menggunakan konsep energi potensial. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, usaha sama dengan perubahan energi potensial. ⇒ W = ΔEp ⇒ W = mg .Δh ⇒ W = mg (h - ho) Keterangan : W = usaha yang dilakukan (J) ΔEp = perubahan energi potensial (J) h = ketinggian benda setelah t detik (m) ho = ketinggian mula-mula benda (m) Berdasarkan soal : Dik : m = 2kg, Vo = 30 m/s, t = 1 s, ho = 0 Dit : W = .... ? Ketinggian benda setelah 1 detik:⇒ h = Vo.t - ½g.t2 ⇒ h = 30(1) - ½ (10) 12 ⇒ h = 30 - 5 ⇒ h = 25
Jawaban : E Contoh #4 Sebuah mobil bermassa 500 kg yang mula-mula diam, bergerak lurus dengan percepatan konstan sebesar 2 m/s2. Usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 4 detik sama dengan .... A. 16 kJ B. 18 kJ C. 24 kJ D. 36 kJ E. 50 kJ Lihat jawaban >> Buah kelapa bermassa 1 kg jatuh dari ketinggian 8 meter di atas permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 9,8 m/s2 dan gesekan udara diabaikan, maka usaha yang dilakukan oleh gaya berat adalah .... A. 100 Joule B. 80 Joule C. 60 Joule D. 50 Joule E. 40 Joule Petunjuk penyelesaian: Dalam proses jatuhnya buah kelapa, buah mengalami gerak jatuh bebas dengan kecepatan awal nol. Proses tersebut menyebabkan buah kelapa mengalami perubahan ketinggian dan perubahan energi potensial. Buah jatuh karena pengaruh gravitasi sehingga gaya yang melakukan usaha adalah gaya berat. Karena ggaya berat bekerja searah dengan arah perpindahan benda, maka usaha yang dilakukan oleh gaya berat dalam peristiwa ini bernilai positif. Oleh karena itu, berlaku hubungan sebagai berikut: ⇒ W = -ΔEp ⇒ W = -mg .Δh Berdasarkan soal:Dik : m = 1 kg, ho = 8 m, ht = 0, g = 9,8 m/s2 Dit : W = ....? Sesuai dengan rumus di atas, maka: ⇒ W = - mg .Δh ⇒ W = - 1 (10) (0 - 8) ⇒ W = - 10 (-8) ⇒ W = 80 JJawaban : B Contoh #6 Sebuah gaya 40 N bekerja yang pada sebuah benda 10 kg di atas permukan bidang datar membentuk sudut 37o terhadap horizontal. Koefisien gesekan antara benda dan permukaan bidang adalah 0,2. Jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah sejauh 5 meter, maka usaha total yang dilakukan oleh gaya-gaya dalam proses tersebut adalah .... A. 100 J B. 102 J C. 125 J D. 150 J E. 200 J Lihat jawaban >> Dari atap sebuah gedung, Doni menjatuhkan sebuah bola bermassa 0,5 kg. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 10 m/s2 dan usaha yang dilakukan oleh gaya berat sampai bola menyentuh tanah adalah 200 Joule, maka ketinggian gedung tersebut sama dengan .... A. 45 meter B. 42 meter C. 40 meter D. 30 meter E. 20 meter Petunjuk penyelesaian: Dengan asumsi bahwa bola jatuh bebas tanpa diberi kecepatan awal (Doni tidak memberikan gaya lempar), maka gaya yang melakukan usaha dalam proses tersebut adalah gaya berat. Karena gaya berat searah dengan arah perpindahan, maka usahanya bernilai positif. Berdasarkan soal:Dik : m = 0,5 kg, g = 10 m/s2, W = 200 J Dit : Δh = ... ? Hubungan usaha dengan perubahan energi potensial: ⇒ W = ΔEp ⇒ W = m.g.Δh ⇒ 200 = 0,5 (10) Δh ⇒ 200 = 5 Δh ⇒ Δh = 200/5 ⇒ Δh = 40 mJawaban : C Contoh #8 Andi menjatuhkan sebuah batu dari ketinggian 20 meter sehingga batu bergerak jatuh bebas. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka kecepatan batu setelah berpindah sejauh 5 meter dari posisi awalnya adalah .... A. 10√3 m/s B. 10 m/s C. 8 m/s D. 5√3 m/s E. 5 m/s Lihat jawaban >> Sebuah benda bermassa 10 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Pada saat kecepatan benda tersebut menjadi 10 m/s, maka energi potensial benda sama dengan .... A. 1500 J B. 1200 J C. 1000 J D. 800 J E. 500 J Petunjuk penyelesaian: Soal ini dapat diselesaikan dengan konsep usaha dan konsep gerak vertikal. Pada kesempatan ini kita hanya akan menyelesaikannya dengan konsep usaha. Saat benda bergerak vertikal ke atas, usaha akan sama dengan besar perubahan energi potensial benda. Besar usaha juga sama dengan perubahan energi kinetik benda sehingga berlaku: ⇒ W = ΔEp ⇒ ΔEk = ΔEp Keterangan : W= usaha yang dilakukan (J) ΔEk = perubahan energi kinetik (J) ΔEp = perubahan energi potensial (J) Berdasarkan soal: Dik : m = 10 kg, Vo = 20 m/s, Vt = 10 m/s Dit : Ep = .... ? Usaha yang dilakukan: ⇒ W = ΔEk⇒ W = ½ m (Vt2 - Vo2) ⇒ W = ½ 10 (102 - 202) ⇒ W = 5 (100 - 400) ⇒ W = 5 (-300) ⇒ W = -1.500 J Tanda negatif menunjukkan bahwa usaha tersebut dilakukan oleh gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gerak benda. Dalam hal ini gaya yang melakukan usaha adalah gaya berat. Energi potensial benda: ⇒ W = ΔEp ⇒ W = Ep - Epo ⇒ W = Ep - 0 ⇒ Ep = W ⇒ Ep = 1500 J Jawaban : A Contoh #10 Untuk pembangkit listrik tenaga air, pemerintah memanfaatkan air terjun setinggi 40 meter. Setiap detik, air mengalir sebanyak 20 m3. Jika daya rata-rata yang dihasilkan oleh generator adalah 4.800 kW, maka efisiensi generator tersebut adalah .... A. 80% B. 70% C. 60% D. 55 % Lihat jawaban >> |
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat benda adalah
Pos Terkait
Copyright © 2024 apacode Inc.
