SOAL DAN PEMBAHASAN USAHA DAN ENERGI - 1 UNTUK SMA

SMA WR SUPRATMAN 2 MEDAN

Tahun Pelajaran       : ………………..

Semester                 : ………………..

Kelas                        : XI – IPA

Materi                      : SOAL DAN PEMBAHASAN USAHA DAN ENERGI SMA - 1

Hari/tanggal              : ………………..

Waktu                       : ………………..

Guru                         : Parulian Simorangkir, S.si., S.Pd

 

Pilihan Berganda

 

Soal : 1

Benda bermassa 10 kg bergerak diatas permukaan yang datar dan licin tanpa geya gesek, jika benda di dorong dengan gaya100 N yang membentuk sudut 60° terhadap arah horizontal. Besar usaha jika perpindahan benda sejauh 5 m adalah … .

A.  100 J               

B.  150 J               

C.  200 J

D.  250 J

E.  500 J

 

Pembahasan :

ó W = (F.cos θ). S

ó W = (100 . cos 60). 5

ó W = (100. ½ ).5

ó W = 250 Joule

 

Kunci : D

 

Soal : 2

Jika usaha yang dilakukan oleh suatu gaya terhadap benda sama dengan nol. Apabila arah gaya dengan perpindahan benda membentuk sudut sebesar … .

A.  0°         

B.  45°      

C.  60°

D.  90°

E.  180°

 

Pembahasan :

 

ó W = (F. cos θ). s

ó 0 = (F. cos θ). s

ó cos θ = 0

ó θ = arc cos 0

ó θ = 90⁰ (tegak lurus)

 

Kunci : D

 

Soal : 3

Balok dengan massa 1.800 gram (g =10 m/s²) ditarik secara vertikal selama 4 sekon. Jika balok berpindah setinggi 2 m, daya yang dihasilkan adalah ... .

A.  3.600 W          

B.  900 W             

C.  225 W

D.  36 W

E.  9 W

 

Pembahasan :

 

Diketahui,

Massa benda, m = 1.800 gram (1,8 kg)

Gravitasi, g = 10 m/s²

Ketinggian, h = 2 m

 

Ditanya,

Daya, P = … ?

 

Jawab,

Kunci : E

 

Soal : 4

Massa benda A tiga kali massa B dan kelajuan benda A setengah kali B. nilai Perbandingan energi kinetik benda A dengan B adalah …

A.  3 : 4     

B.  2 : 3          

C.  1 : 1

D.  3 : 2     

E.  2 : 1

 

Pembahasan :

 

Diketahui,

Mass benda A, m_A = 3m_B

Kelajuan benda A, V_A = ½ V_B

 

Ditanya,

Perbandingan EK_A : EK_B = …

 

Jawab,

Kunci : A 

 

Soal : 5

Benda dengan massa 3 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika g = 10 m/s², maka energi potensial benda saat mencapai titik tertinggi adalah … .

A.  300 J         

B.  400 J

C.  500 J       

D.  600 J         

E.  700 J

 

Pembahasan,

 

Perhatikan posisi 1, sebagai posisi awal dan terendah. Dan posisi 2, posisi tertinggi dalam lintasan perjalanan benda saat dilempar ke atas.

 

Gunakan hukum kekekalan energi,

EM_Awal = EM_Akhir.

Posisi 1 :

ó EM₁ = EP₁ + EK₁

ó EM₁ = mgh₁ + ½ mV₁²

 

Posisi 2 :

ó EM₂ = EP₂ + EK₂

ó EM₂ = mgh₂ + ½ mV₂²

 

Hukum Kekekalan Energi,

ó                   EM₁ = EM₂

ó          EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂

ó mgh₁ + ½ mV₁² = mgh₂ + ½ mV₂²

 

karena massa benda tetap maka m dapat kita coret pada sisi kiri dan kanan. Dan posisi 1, ketinggian h₁ = 0 maka EP₁ = 0. (mgh₁ = 0). Pada posisi 2, saat mencapai puncak V₂ = 0 dan akan berbalik arah ke bawah. Sehingga EK₂ menjadi nol (EK₂ = 0).

 

ó     gh₁ + ½ V₁² = gh₂ + ½ V₂²

ó g(0) + ½ (20)² = gh₂ + ½ (0)²

ó                  gh₂ = 200

 

Sehingga energi potensial saat sampai di puncak lintasan (EP₂) :

ó EP₂ = m(gh₂)

ó EP₂ = 3(200)

ó EP₂ = 600 J

 

Kunci : D

 

Soal : 6

Sebuah benda 1 kg dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s. Besar energi kinetik benda pada saat mencapai ketinggian 20 m dari tanah sebesar … .

A.  100 J       

B.  200 J

C.  400 J     

D.  600 J

E.  800 J

 

Pembahasan :

 

Hukum Kekekalan Energi, EM :

ó EM₁ = EM₂

ó EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂

 

Karena h₁ = 0 maka EP₁ = 0

ó       EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂

ó      0 + ½ mV₁² = mgh₂ + EK₂

ó 0 + ½ (1) (40)² = (1).10.20 + EK₂

ó                  800 = 200 + EK₂

ó                  EK₂ = 800 – 200

ó                  EK₂ = 600 J

 

Kunci : D

 

Soal : 7

Benda yang bermassa 700 gram dilempar ke atas hingga mencapai ketinggian 9 m. Perubahan energi potensial benda ketika berada pada ketinggian 5 m sampai 9 m  adalah (g = 10 m/s²)... .

A.  28 J                 

B.  35 J                 

C.  42 J

D.  54 J

E.  63 J

 

Pembahasan :

 

Diketahui,

Massa benda, m = 700 gram (0,7 kg)

Gravitasi, g = 10 m/s².

Ketinggian acuan h₁ = 5 meter

Ketinggian acuan h₂ = 9 meter

 

Ditanya,

Perubahan energi potensial, △EP = … ?

 

Jawab :

 

ó ΔEP = EP₂ – EP₁

ó △EP = m.g. Δh

ó △EP = m.g.(h₂ – h₁)

ó △EP = 0,7.10.(9 – 5)

ó △EP = 28 J

 

Kunci : A

 

Soal : 8

Balok bermassa 10 kg berada di atas lantai licin seperti gambar. Balok ditarik dengan gaya F = 25 N membentuk sudut 37° terhadap arah horizontal.

Setelah berpindah ke kanan 2 m besar usaha oleh gaya F sebesar ....

A.  30 joule          

B.  40 joule          

C.  50 joule

D.  100 joule

E.  200 joule

 

Pembahasan :

ó W = (F.cos 37⁰).s

ó W = (25 . cos 37⁰). 2

ó W = (25.0,8).2

ó W = 40 Joule

 

Kunci : B

 

Soal : 9

Sebuah benda m = 3 kg bekerja gaya mendatar yang berubah terhadap jarak yang ditempuhnya, seperti grafik di bawah. 

Jika arah gaya searah dengan perpindahannya. Hitung usaha yang dilakukan hingga berpindah sejauh 7 m sebesar ....

A.  110 joule                   

B.  135 joule                   

C.  140 joule

D.  170 joule

E.  200 joule

 

Pembahasan :

 

Menghitung usaha dari grafik sama saja kita menghitung luasnya.

Daerah (1), L₍₁₎ :

Berbentuk segitiga siku – siku

Daerah 2, L₍₂₎ :

Empat persegi panjang

Usaha akhir  sama dengan luas total (W = L_Tot)

ó L_Tot = L₁ + L₂

ó L_Tot = 30 + 140

ó L_Tot = 170 J

 

NB :

Saya berharap grafik dalam soal dapat anda pandang sebagai sebuah trapesium.

Usaha sama dengan luas trapesium, W :

Kunci : D

 

Soal : 10

Sebuah batu yang massanya 0,10 kg jatuh bebas dari ketinggian 2 m diatas tanah ke tumpukan pasir. Jika benda itu masuk pasir 2 cm sebelum berhenti, gaya hambat rata-rata pasir yang dilakukan besarnya sekitar ....

A.  30 N                

B.  50 N                

C.  60 N

D.  90 N

E.  100 N

 

Pembahasan :

 

Gaya hambat sama saja artinya dengan gaya gesek (f_g).

Usaha gaya gesek sama dengan beda potensial benda.

 

ó              W_f. s = △EP

ó            – f_g . s = mg(h₂ – h₁)

ó  – f_g. 2. 10 ^{– 2}  = 0,1 x 10 (0 – 2 )

ó                    f_g = 100 N

 

Kunci : E