USAHA DAN ENERGI (soal dan pembahasan)
1. Jika dimensi panjang, massa, dan waktu berturut-turut adalah L, M, T, maka dimensi energi adalah … .
a. MLT d. MLT
b. MLT e. ML²T-²
c. MLT
jawab: e
2. Benda bermassa 10 kg berada di atas bidang datar licin dipengaruhi gaya100 N yang membentuk sudut 60° terhadap horizontal. Usaha yang dilakukan gaya saat benda berpindah 5 m adalah … .
a. 100 J d. 250 J
b. 150 J e. 500 J
c. 200 J
jawab:
W = F.cosα.S = 100 . cos 60. 5 = 100.0,5.5 = 250 Joule
3. Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya terhadap benda sama dengan nol apabila arah gaya dengan perpindahan benda membentuk sudut sebesar … .
a. 0° d. 90°
b. 45° e. 180°
c. 60°
jawab: D
4. Sebuah 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 d. 36 W
b. 900 W e. 9 W
c. 225 W
jawab:
5. Massa benda A tiga kali massa benda B dan kecepatan benda A setengah kali kecepatan benda B. Perbandingan energi kinetik benda A dengan energi kinetik benda B adalah …
a. 3 : 4 c. 2 : 3 e. 1 : 1
b. 3 : 2 d. 2 : 1
6. 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 c. 500 J e. 700 J
b. 400 J d. 600 J
jawab:
7. Dua buah benda A dan B masing-masing bermassa m, jatuh bebas dari ketinggian h meter dan 4h meter. Jika A menyentuh tanah dengan kecepatan v m/s, maka benda B akan menyentuh tanah dengan energi kinetik sebesar ... .
a. 4m.v² c. 3/4 m.v² e. 1/4 m.v²
b. 2m.v² d. 1/ 2 m.v²
jawab:
8. Sebuah batu dengan massa 1 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan 40 m/s. Energi kinetik batu pada saat mencapai ketinggian 20 m adalah … .
a. 100 J c. 400 J e. 800 J
b. 200 J d. 600 J
Jawab:
Ep1+Ek1= Ep2+Ek2
0+1/2m.v2 = mgh+Ek2
½.1.1600 = 1.10.20+Ek
Ek = 600 J
9. Benda yang bermassa 700 gram dilempar ke atas hingga mencapai ketinggian 9 m. Perubahan energi potensial benda ketika berada pada ketinggian 5 m sampai 9m adalah (g = 10 m/s²)... .
a. 28 J d. 54 J
b. 35 J e. 63 J
c. 42 J
jawab:
ΔEp = m.g. Δh = 0,7.10.4 = 28 J
10. Balok bermassa 10 kg berada di atas lantai licin. Balok diberi gaya F =25 N membentuk sudut 37° terhadap arah mendatar seperti gambar.
Setelah menggeser ke kanan sejauh 2 m maka usaha yang telah dilakukan gaya F sebesar ....
a. 30 joule d. 100 joule
b. 40 joule e. 200 joule
c. 50 joule
jawab:
W = F.cosα.S = 25 . cos 37. 2 = 25.0,8.2 = 40 Joule
11. Sebuah benda m = 3 kg bekerja gaya mendatar yang berubah terhadap jarak yang ditempuhnya, seperti grafik di bawah.
Dari posisi awal gaya tariknya nol kemudian naik menjadi 20 N saat menempuh jarak 3 m setelah itu gaya yang bekerja tetap hingga S =10 m. Jika arah gaya searah dengan perpindahannya maka usaha yang dilakukan gaya hingga menempuh jarak 7 m sebesar ....
a. 110 joule d. 170 joule
b. 135 joule e. 200 joule
c. 140 joule
jawab:
W = Luas trapesium dibawah grafik
W = ½ (a+b).tinggi = ½ (7+4) 20 = 110 Joule
12. Sebuah benda yang massanya 0,10 kg jatuh bebas vertikal dari ketinggian 2 m ke hamparan pasir. Jika benda itu masuk sedalam 2 cm ke dalam pasir sebelum berhenti, gaya rata-rata yang dilakukan pasir untuk menghambat benda besarnya sekitar ....
a. 30 N d. 90 N
b. 50 N e. 100 N
c. 60 N
jawab:
W = F.S
W = ΔEp
ΣF.S = m.g.h
ΣF.0,02 = 0,1 . 10. 2
ΣF = 100 N
13. Sebuah balok bermassa 4 kg bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s di atas lantai yang kasar. Karena kekasaran lantai tersebut, kecepatan balok bisa turun menjadi 5 m/s setelah menempuh jarak tertentu. Perubahan energi kinetik balok sebesar ....
a. turun 150 joule d. naik 50 joule
b. naik 150 joule e. naik 250 joule
c. turun 50 joule
jawab:
ΔEk = ½ m( v12– v22)
ΔEk = ½ 4( 102– 52)
ΔEk = 2( 75 ) = 150 (turun)
14. Sebuah benda bermassa 4 kg, mulamula diam, kemudian bergerak lurus dengan percepatan 3 m/s². Usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 2 detik adalah ....
a. 6 J d. 48 J
b. 12 J e. 72 J
c. 24 J
vt=vo+at
vt=0+3.2=6
Ek = ½ m v2 = ½ 4.36 = 72 J
15. Air terjun setinggi 20 m digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga air (PLTA). Setiap detik air mengalir 10 m3. Jika efesiensi generator 55% dan percepatan gravitasi g = 10 m/s² maka daya rata-rata yang dihasilkan (dalam kW) ....
a. 110 c. 2.200 e. 5.500
b. 1.100 d. 2.500
jawab:
16. Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian h dan pada suatu saat energi kinetiknya tiga kali energi potensialnya. Pada saat itu tinggi benda adalah ....
a. 1/4 h c. 1/2 h e. 3 h
b. 1/3 h d. 2 h
Ep1+Ek1 = Ep2 + Ek2
m.g.h + 0 = Ep2 + 3Ep2
mgh = 4 mgh2
¼ h = h2
17. Sebuah benda massanya 10 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/det pada bidang datar. Karena pengaruh gaya, kecepatannya berubah menjadi 9 m/det. Besar usaha selama benda bergerak adalah ....
a. 25 J c. 325 J e. 485 J
b. 80 J d. 405 J
jawab:
W = Δek
W = ½ m (v22-v12) = ½ .10. (81-16) = 5 . 65 = 325 J
18. Benda yang massanya 0,5 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/det.Jika g =10 m/det2. Energi kinetik benda saat mencapai ¼ tinggi maksimal adalah....
a. 25 J c. 50 J e. 100 J
b. 40 J d. 75 J
jawab:
v2 = 2gh
400 = 20h
h = 20 m
EM1 = EM2
Ep1+Ek1 = Ep2+Ek2
0 + ½.0,5.400 = 0,5.10. ¼ .20 + Ek2
Ek2 = 100 – 25 = 75 J
19. Dua buah kapal layar A dan B yang mempunyai layar sama besar akan mengadakan lomba. Massa kapal A = m dan massa kapal B = 2 m, sedangkan gaya gesekan sedang diabaikan. Jarak yang ditempuh sebesar S dan lintasannya berupa garis lurus. Pada saat berangkat (start) dan sampai garis finis, kedua kapal layar memperoleh gaya angin sebesar F. Jika energi kinetik kapal A dan B, pada saat di finis berturut-turut besarnya EkA dan EkB,maka pernyataan di bawah yang benar adalah...
a. EkA = EkB d. EkA < EkB
b. EkA > EkB e. EkA = 0,5 EkB
c. EkA = 2EkB
jawab: A ( EkA = EkB )
20. Sebuah balok bermassa 1 kg menumbuk pegas yang posisinya mendatar seperti gambar.
Saat balok menumbuk pegas kecepatannya 1,5 m/s dan dapat menekan pegas sejauh 10 cm. Konstant pegas tersebut sebesar...
a. 2,25 N/m d. 15 N/m
b. 22,5 N/m d. 0,15 N/m
c. 225 N/m
jawab:
penyelesaian / pembahasan:
W = ΔEP = ΔEK = F.S
ΔEPpegas = ΔEK
½ k.Δx2 = ½ m.v2
k. 0,12 = 1. 1,52
21. Suatu mesin melakukan usaha sebesar 3600 J setiap selang waktu 1 jam. Mesin tersebut memiliki daya sebesar....
a. 1 watt d. 10 kilowatt
b. 10 watt e. 900 kilowatt
c. 100 watt
jawab:
22. Sebuah motor dengan kelajuan 18 km/jam memerlukan waktu 5 sekon untuk berhenti. Jika massa motor 100 kg maka:
1) perlambatan motor sebesar 1 m/ s²
2) usaha yang diperlukan untuk menghentikan motor adalah -1.250 joule
3) gaya rem untuk menghentikan gerak motor sebesar -100 N
4) motor berhenti setelah menempuh jarak 12,5 m
Pernyataan di atas yang benar adalah
a. 1), 2), dan 3) d. 4) saja
b. 1) dan 3) e. semua benar
c. 2) dan 4)
jawab:
18 km/jam = 5 m/s
Vt = vo – at
0 = 5 – a5
a = 1 (1 benar)
W = ΔEK = ½ m v2 = ½ 100 25 = 1250 J (2 benar)
S = vo.t - ½ a t2 = 5.5 – ½ . 1. 25 = 12,5 m (4 benar)
F.S = ΔEK
F. 12,5 = 1250
F = 100 N (3 benar)
23. Sebuah balok bermassa 400 gram dijatuhkan dari ketinggian 2 m ke permukaan tanah. Jika pada permukaan tanah terdapat pegas dengan konstanta100 N/m maka pegas akan tertekan sebesar . . . .
a. 0,1 m c. 0,3 m e. 0,05 m
b. 0,2 m d. 0,4 m
jawab:
ΔEPpegas = ΔEP
½ k Δx2 = m.g.h
½ 100. Δx2 = 0,4 . 10 . 2
Δx2 = 8/50 = 0,16
Δx = 0,4
24. Sebuah motor bermassa 300 kg berhenti dari kelajuan 36 km/jam sejauh 5 m. Besar gaya pengereman yang dilakukan adalah . . . .
a. 1.000 N c. 3.000 N e. 5.000 N
b. 2.000 N d. 4.000 N
jawab:
36 km/jam = 10 m/s
W = F.S = Δek
F.S = Δek
F.5 = ½ m v2
5F = ½ 300 .100
F = 3000 N
25. Saat sebuah peluru ditembakkan vertikal ke atas dari permukaan tanah, berlaku . . . .
1) di permukaan tanah energi kinetik minimum
2) di permukaan tanah energi potensial maksimum
3) di titik tertinggi energi kinetik maksimum
4) di titik tertinggi energi potensial maksimum
Dari pernyataan di atas yang benar adalah . . . .
a. 1), 2), dan 3) d. 4) saja
b. 1) dan 3) e. semua benar
c. 2) dan 4)
jawab: D (4 saja)