Soal Latihan Usaha dan Energi dalam Fisika

 

Soal Latihan Usaha dan Energi dalam Fisika SK-20

Soal Latihan 3.1

Untuk menarik balok dengan posisi seperti gambar diperlukan gaya sebesar 22 Newton. Dengan dberi usaha sebesar 33 Joule, balok bergeser 3 m arah ke kanan. Sudut $\alpha$ pada gambar tersebut adalah...

Diketahui :
$F = 22 \ Newton$
$W = 33 \ Joule$
$s = 3 \ m$

Ditanya :
$\alpha$ = ...?

Petunjuk :

• Usaha adalah hasil kali antara gaya dan perpindahannya.
• Usaha dirumuskan $W = F \cdot s$.
• Jika gaya yang diberikan pada benda miring, maka besar usaha yang dilakukan oleh gaya F sama dengan hasil kali komponen gaya pada arah perpindahan dengan perpindahannya.
• Perpindahan yang dilakukan pada soal ini sejajar dengan sumbu x, sehingga gaya yang digunakan adalah gaya pada komponen x atau $F_x$. Sehingga besar usahanya $W = F_x \cdot s$
• Perpindahan, gaya dan usaha harus dalam satuan SI.

Jawab :
$$\begin{aligned} W &= F \ cos \ \alpha \cdot s \\ 33 &= 22 \ cos \ \alpha \cdot 3 \\ cos \ \alpha &= \frac{33}{66} \\ &= \frac{1}{2} \\ \alpha &= 60^{\circ}   \end{aligned}$$

Soal Latihan 3.2

Sebuah gaya bekerja pada benda dan menyebabkan perpindahan benda seperti yang dapat dilukiskan pada grafik berikut.

Hitunglah usaha yang dilakukan gaya tersebut saat benda berpindah sejauh :
a. 4 meter
b. 8 meter

Ditanya :
a. $W$ saat s = 4 m
b. $W$ saat s = 8 m

Petunjuk :

• Jika pada soal disajikan grafik gaya terhadap perpindahan, maka untuk menghitung besar usaha yang dilakukan gaya F sama dengan luas daerah di bawah grafik gaya F terhadap perpindahan s.
• Ingat, perhatikan juga satuan dari gaya dan perpindahannya. Gaya dalam Newton, perpindahan s dalam meter, maka usahanya dalam satuan Jouole.

Jawab :
Soal a
$$\begin{aligned} W &= luasan \ persegi \ panjang \\ &= p \times \ell \\ &= 4 \times 6 \\ &= 24 \ Joule \end{aligned}$$

Soal b
$$\begin{aligned} W &= luasan \ trapesium \\ &= \frac{a+b}{2} \cdot t \\ &= \frac{4 + 8}{2} \cdot 6 \\ &= 6 \cdot 6 \\ &= 36 \ Joule  \end{aligned}$$

Baca Juga :

Soal Latihan 3.1 s.d 3.4
Uji Prestasi Mandiri 3.1
Soal Latihan 3.5 s.d 3.8
Soal Latihan 3.9 s.d 3.12
Uji Prestasi Mandiri 3.2

Soal Latihan 3.3

Sebuah benda yang massanya 500 gram dilemparkan vertikal ke atas. Jika $g = 10 \ m/s^2$, hitung besarnya perubahan energi potensial benda dari ketinggian 5 m sampai 15 m dari tanah.
 
Diketahui :
$m = 500 \ gr = 0,5 \ kg$
$g = 10 \ m/s^2$
$h_1 = 5 \ m$
$h_2 = 15 \ m$

Ditanya :
$\Delta {E_p}$ = ...?

Petunjuk :

• Benda pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial $E_p$, yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan : $E_p = m \cdot g \cdot h$.
• Perubahan energi potensial adalah selisih energi potensial pada dua ketinggian yang berbeda.
• Perubahan energi potensial dapat dirumuskan :

$$\begin{aligned} \Delta E_p &= {E_p}_2 - {E_p}_1 \\ &= (m \cdot g \cdot h_2) - (m \cdot g \cdot h_1) \\ &= m \cdot g \cdot (h_2 - h_1) \end{aligned}$$

Jawab :
$$\begin{aligned} \Delta E_p &= m \cdot g \cdot (h_2 - h_1) \\ &= 0,5 \cdot 10 \cdot (15-5) \\ &= 5 \cdot 10 \\ &= 50 \ Joule \end{aligned}$$

Soal Latihan 3.4

Sebuah mobil dengan massa 1 ton, bergerak dari keadaan diam. Sesaat kemudian kecepatannya 5 m/s. Besar usaha yang dilakukan mesin mobil tersebut adalah...
A.  1.000 J
B.  2.500 J
C.  5.000 J
D. 12.500 J
E. 25.000 J

Diketahui :
$m = 1 \ ton = 1000 \ kg$
$v_0 = 0 \ (diam)$
$v_t = 5 \ m/s$

Ditanya :
$W$ = ...?

Petunjuk :

• Hubungan usaha dan energi kinetik adalah usaha yang dilakukan gaya digunakan untuk merubah energi kinetik benda. Sehingga usaha dapat menimbulkan perubahan energi kinetik.
• Secara matematis dapat dituliskan :

$$\begin{aligned} W &= \Delta E_k \\ &= {E_k}_2 - {E_k}_1 \\ &= (\frac{1}{2} \cdot m \cdot {v_t}^2) - (\frac{1}{2} \cdot m \cdot {v_0}^2) \\ &=\frac{1}{2} \cdot m \cdot ({v_t}^2 - {v_0}^2) \\ \end{aligned}$$

Jawab : D
$$\begin{aligned} W &= \Delta E_k \\ &= \frac{1}{2} \cdot m \cdot ({v_t}^2-{v_0}^2) \\ &= \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot (5^2 - 0) \\ &= 500 \cdot 25 \\ &= 12.500 \ Joule \end{aligned}$$