Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Usaha dan Energi

gammafisblog.blogspot.com - Kali ini saya akan membahas mengenai Usaha dan Energi, Konsep penurunan rumus usaha dan energi serta aplikasi usaha dan energi dalam kehidupan sehari-hari.

Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Usaha dan Energi

Apa itu Usaha dan Energi ?

Usaha dan Energi dua hal yang berbeda tetapi satu konsep. secara sederhana usaha adalah besarnya gaya yang di berikan untuk memindahkan benda sejauh dx. Energi, kita hanya dapat menghitung perubahan energi suatu sistem dimana perubahan energi sistem sama dengan usaha yang diberikan atau dilakukan oleh sistem. Jadi dalam sistem gerak (Tanpa memperhatikan energi lain, seperti kalor) perubahan energi sama dengan usaha. [ ∆E = W ]. Jadi, Konsepnya adalah Suatu Usaha mengakibatkan perubahan energi dalam suatu sistem gerak.

Usaha

Usaha adalah besarnya gaya total yang diberikan pada suatu benda untuk memindahkannya sejauh ∆x. Ingat memindahkan atau perpindahan artinya adalah Selisih jarak dari titik awal ke titik akhir. Secara matematis di rumuskan : W = F*s dimana F adalah gaya total dan S adalah perpindahan. Usaha adalah perubahan energi (Perubahan Energi Potensial, Kinetik dan Mekanik). Sehingga

hubungan usaha dan energi adalah :

W = ∆E dimana ∆E = ∆U + ∆K atau ∆E = ∆M

Kita tahu bahwa :

∆U = mgh dan ∆K = 1/2 [M ∆v^2]

Keterangan:

∆E = perubahan Energi Dalam

∆U = perubahan Energi Potensia

∆K = perubahan Energi Kinetik

∆M = perubahan Energi Mekanik

Contoh Soal :

1. Odi mengendarai mobil bermassa 4000 Kg di jalan lurus dengan kecepatan 25 m/s. karena melihat kemacetan dari jauh dia mengeram mobil sehingga kecepatan mobilnya berkurang secara teratur menjadi 15 m/s. Usaha oleh gaya pengreman adalah :
A. 200 Kj
B. 300 Kj
C. 400 Kj
D. 700 Kj
E. 800 Kj

Jawaban : E

Solusi :
Diketahui :
M = 4000 Kg
Vi = 25 m/s
Vf = 15 m/s
Ditanya : Usaha Oleg Gaya Pengreman = ... ?
Jawab :
Gunakan Konsep Usaha/Energi :
W = ∆K = 1/2 (M ∆V^2) = 1/2 M [Vf^2 - Vi^2]
W = 1/2 (4000) [15^2 - 25^2]
W = 2000 [ 225 - 625 ]
W = -800.000 J
W = -800 Kj ( Tanda negatif adalah usaha yang di lakukan oleh sistem )

Jadi, Besarnya Usaha oleh gaya pengreman adalah 800 Kj.

2. Sebuah mobil bermassa 800 Kg dari keadaan diam dipercepat 4 m/s2 selama 5 detik, maka usaha yang dilakukan adalah ...
A. 40 Kj
B. 60 Kj
C. 80 Kj
D. 120 Kj
E. 160 Kj

Jawaban : E

Solusi :
Diketahui :
M = 800 Kg
Vi = 0 ( diam )
Vf = ...?
a = 4 m/s2
t = 5 s
Ditanya : Usaha = ...?
Jawab :
Mencari kecepatan akhir mobil setelah 5 s : Gunakan persamaan GLBB
Vf = Vi + at = 0 + 4 m/s2 * 5 s = 20 m/s

Mencari Usaha dengan Hubungan Usaha dan Energi
W = ∆K = 1/2 M ∆V^2 = 1/2 M [Vf^2 - Vi^2]
W = 1/2 (800 Kg) [ 20^2 m/s - 0 ]
W = 400 Kg * 400 m/s
W = 160000 J
W = 160 Kj

Jadi, Usaha yang dilakukan untuk mepercepat mobil bermassa 800 Kg dari keadaan diam adalah 160 Kj

3. Sebuah benda bermassa 4 Kg derada di atas permukaan Bumi. Usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut ke ketinggian 100 m diatas permukaan bumi adalah :
A. 1000 J
B. 1500 J
C. 1750 J
D. 1800 J
E. 1960 J

Jawaban : E
Solusi :
Diketahui :
M = 4 Kg
hi = 50 m
hf = 100 m
g = 9.8 m/s
ditanya : Usaha = ...?
Jawab :
Gnakan Konsep Usaha Energi untuk Energi Potensial
W = ∆U = mg [hf - hi] = 4*9.8 [100-50] = 1960 j

Jadi Usaha untuk memindahkan benda bermassa 4 kg dari 50 m ke 100 m adalah 1960 J.

4. Sebuah batu bermassa 2 Kg jatuh bebas dari ketinggian 100 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka usaha yang dilakukan oleh gaya berat batu samapi ketinggian 20 m adalah ...
A. 10 J
B. 20 J
C. 100 J
D. 400 J
E. 1600 J

Jawaban : E
Soluai :
Gnakan Konsep Usaha Energi untuk Energi Potensial
W = ∆U = mg [hf - hi] = 2*10 [20-100] = 20*(-80) = - 1600 J

Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya berat batu adalah 1600 J.

5. Perhatikan gambar berikut ini!
Jika benda bermassa 3 Kg bergerak di lantai kasar (koefesien gesek kinetis 0.1) sejauh 3 m, gaya yang digunakan untuk menarik benda tersebut adalah :... ?
A. 8 N
B. 9 N
C. 10 N
D. 11 N
E. 12 N

Jawaban : D

Solusi :

Diketahui :
M = 3 Kg
Koefesien gesek = 0.1
∆x = 3 m
Vi = 0 m/s (diam)
Vf = 4 m/s
Ditanya : F = ... ?
Jawab :
Gunakan Konsep Usaha-Energi
W = ∆EK = 1/2 M ∆V^2 = 1/2 M [Vf^2 - Vi^2]
W = 1/2 (3 Kg) [ 4^2 m/s - 0^2 m/s ]
W = 24 J

Usaha : W = Fnet*dx (Fnet adalah gaya total, sehingga Fnet = F - Fk)
Fk = Miu.k*N = Miu.k*(M*g) = 0.1*30 = 3 N

Sehigga, diperoleh :
W = [F-Fk]*dx
F-Fk = W/dx, maka F = Fk + W/dx subtitusikan Nilai yang telah diketahui
F = 3 N + (24 J / 3 m) = 3 N + 8 N = 11 N

Jadi, gaya yang digunakan adalah 11 N.