Usaha dan Energi (Materi, Soal dan Pembahasan)

Assalamu'alaikum Wr. Wb. Selamat datang di blog Artikel & Materi . Senang sekali rasanya kali ini dapat kami bagikan materi Fisika bab Usaha dan Energi beserta contoh soal dan pembahasannya.

1. USAHA

Pengertian Usaha 

Usaha adalah  besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut mengalami perpindahan.

Rumus Usaha 

Rumus Usaha

Dalam fisika, usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan perpindahan benda. Satuan usaha dalam SI adalah Joule (J). Secara matematis, usaha dirumuskan sebagai :

W = Fs

dengan:

W = usaha (Joule, J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)

Usaha sebesar 1 Joule dilakukan apabila gaya sebesar 1 Newton memindahkan benda sejauh 1 meter.

Satuan usaha adalah Joule atau erg. Satu Joule adalah usaha yang dilakukan oleh gaya 1 Newton untuk menimbulkan perpindahan 1 meter. Jadi, 1 J = 1 N * 1 m = 1 Nm.

Satu erg adalah usaha yang dilakukan oleh gaya 1 dyne untuk menimbulkan perpindahan 1 cm. Jadi, 1 erg = 1 dyne * 1 cm = 1 dn cm. Berapa ergkah 1 Joule itu?

Tabel Sistem Satuan Usaha

 

Tabel Sistem Satuan Usaha

Contoh Soal Materi Usaha

1. Dalam kegiatan beres-beres kelas, Dito telah berhasil menggeser sebuah lemari sejauh 5 m dibantu dua orang temannya, Budi dan Arto. Jika gaya yang diberikan Dito adalah 10 N, Budi sebesar 20 N, dan Arto sebesar 15N, berapakah besar usaha yang telah mereka lakukan?

Penyelesaian:

Diketahui : s = 5 m ; F1 = 10 N ; F2 = 20 N ; F3 = 15 N.

Ditanya : W ?

Jawab:

Usaha dikerjakan oleh tiga orang, maka:

ΣF = F1 + F2 + F3 = (10 + 20 + 15) N = 45 N

sehingga W = ΣFs = 45 N ⋅ 5 m = 225 N/m = 225 J

Jadi, usaha yang dilakukan oleh Dito, Budi, dan Arto untuk menggeser meja adalah sebesar 225 N.

2. Handoko mendorong meja dengan gaya 90 N sehingga meja berpindah sejauh 4 m. Berapa usaha yang dilakukan Handoko?

Diketahui: F = 90 N; s = 4 m
Ditanya: W = …?
Jawab:

W = F s
= 90 N ×4 m
= 360 Nm = 360 Joule

Jadi, usaha yang dilakukan Handoko sebesar 360 Joule.

2. ENERGI 

Rangkuman Materi :

1.    Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha

2.    Bentuk energi dalam kehidupan sehari-hari : energi kimia, energi listrik, energpanas, energi bunyi, energi nuklir.

3.    Perubahan energi misal,

a.       Energi listrik menjadi energi panas pada setrika listrik, kompor listrik, solder listrik

b.      Energi listrik menjadi energi cahaya sperti pada lampu listrik

c.       Energi listrik menjadi energi kimia pada penyetruman aki

d.      Energi cahaya menjadi energi kimia misal pada fotosintesis

4.    Hukum kekekalan energi adalah energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, melainkan hanya dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain.

5.    Energi mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda yang berkaitan dengan gerak dengan rumus

6.    Energi potensial adalah energi yang disebabkan oleh posisis benda dan energi kinetik adalah energi yang dimilki suatu benda karena kelajuannya

7.    Rumus energi potensial Ep = m. g.h

8.    Rumus energi kinetik Ek = ½ m.v²

9.    Hukum kekekalan energi mekanik : jumlah energi potensial  gravitasi dan energi kinetik suatu benda adalah tetap

Rumus E M  = Ep + Ek = tetap

10.     Usaha adalah perkalian antara gaya yang bekerja dengan besarnya perpindahan

11.     Menghitung usaha oleh beberapa gaya dengan rumus W = F s

12.     Daya adalah besarnya usaha atau perubahan energi yang terjadi tiap satuan waktu

13.     Menentukan besarnya daya yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari dengan menggunakan rumus  P  = W/t

Materi terkait : GAYA (Pengertian, Rumus, Jenis dan Contoh Lengkap)

Contoh soal dan pembahasan

Soal No. 1
Sebuah sepeda yang massanya 40 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan besar energi kinetik sepeda tersebut!

Pembahasan
Energi kinetik suatu benda :
Ek = ¹/₂ m v²
Ek = ¹/₂ x 40 x 10²
Ek = 2000 joule

Soal No. 2
Sebuah sepeda yang massanya 40 kg bergerak dengan mengeluarkan energi kinetik sebesar 720 Joule. Tentukan Kecepatan sepeda tersebut!

Pembahasan
Ek = ¹/₂ m v²
720 = ¹/₂ x 40 x v²
720 = 20 x v²
720 / 20 = v²
36 = v²
v = √36 = 6 m/s

Soal No. 3
Sebuah benda bergerak dengan kecepatan 8 m/s hingga memiliki energi kinetik sebesar 128 joule. Tentukan besarnya massa benda tersebut!

Pembahasan
Ek = ¹/₂ m v²
128 = ¹/₂ x m x 8²
128 = ¹/₂ x m x 64
128 = 32 x m
m = ¹²⁸ /₃₂ = 4 kg

Soal No. 4
Buah pepaya bermassa 0,5 kg tergatung pada tangkainya yang berada pada ketinggian 2 m dari atas tanah. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s² tentukan besar energi potensial yang dimiliki oleh buah pepaya tadi!

Pembahasan
Energi potensial gravitasi
Ep = m x g x h
Ep = 0,5 x 10 x 2
Ep = 10 joule

Soal No. 5
Sebuah benda berada pada ketinggian 5 m dari atas tanah. Jika energi potensial benda tersebut adalah 2500 joule dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², tentukan massa benda tersebut!

Pembahasan
Ep = m x g x h
2500 = m x 10 x 5
2500 = 50 m
m = 2500 / 50
m = 50 kg

Soal No. 6
Seekor burung sedang melayang terbang pada ketinggian 10 m di atas tanah dengan kecepatan konstan sebesar 10 m/s. Jika massa burung adalah 2 kg, tentukan:
a) Energi kinetik burung
b) Energi potensial burung
c) Energi mekanik burung

Pembahasan
a) Ek = ¹/₂ mv²
Ek = ¹/₂ x 2 x 10²
Ek = 100 joule

b) Ep = m g h
Ep = 2 x 10 x 10
Ep = 200 joule

c) EM = Ep + Ek
EM = 200 + 100
EM = 300 joule

Soal No. 7
Sebuah benda memiliki energi kinetik sebesar 5000 Joule. Jika kecepatan benda tersebut dijadikan setengah dari kecepatan benda mula-mula, tentukan energi kinetiknya sekarang!

Pembahasan
Dari rumus energi kinetik
Ek = 1/2 m v²
Ek₂ : Ek₁ = ¹/₂ m v₂² : ¹/₂ m v₁²
Ek₂ : Ek₁ = v₂² : v₁²
Ek₂ = (v₂ / v₁)² x Ek₁

Misal kecepatan mula-mula adalah v, sehingga kecepatan sekarang adalah 0,5 v
Ek₂ = (0,5 v / v)² x 5000 joule
Ek₂ = ¹/₄ x 5000 joule
Ek₂ = 1250 joule

Soal No. 8
Benda pertama memiliki massa m dan kecepatan v. Benda kedua memiliki massa 3 kali benda pertama dan kecepatan 2 kali benda pertama. Tentukan perbandingan energi kinetik yang dimiliki oleh benda kedua dan benda pertama!

Pembahasan
Misal
m₁ = 1
m₂ = 3
v₁ = 1
v₂= 2

Buat perbandingan:
Ek₂/Ek₁ = m₂/m₁ x (v₂/v₁)²

Masukkan angka kita tadi:

Ek₂/Ek₁ = 3/1 x (2/1)² = 3 x 4 = 12
Sehingga
Ek₂ : Ek₁ = 12 : 1

Soal No. 9
Sebuah benda yang tidak diketahui massanya jatuh dari ketinggian tertentu. Saat tinggi dari atas tanah 50 m, kecepatannya adalah 20 m/s.



Tentukan perbandingan energi kinetik dan energi potensial benda pada saat itu, gunakan percepatan gravitasi bumi 10 m/s²
Pembahasan
Data
v = 20 m/s
h = 50 m
Ek : Ep =........



Soal No. 10
Buah kelapa dengan massa 2 kg berada pada tangkainya setinggi 5 meter di atas tanah sedangkan buah nangka bermassa 3 kg berada pada 4 meter di atas tanah.



Tentukan perbandingan energi potensial yang dimiliki keduanya.

Pembahasan
Perbandingan energi potensialnya adalah 5 : 6



Demikian materi Fisika bab Usaha dan Energi (Pengertian, rumus dan contoh soal beserta pembahasannya). Semoga bermanfaat..

Berbagi :