30+ Contoh Soal Usaha dan Energi dan Jawaban [Update]

Usaha didefinisikan sebagai pemindahan energi ke dalam suatu benda sehingga terjadi perpindahan. Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Usaha yang dilakukan selalu sama. Energi dapat dari berbagai jenis seperti energi kinetik dan potensial.

Usaha dan energi berhubungan erat. Saat kamu melakukan usaha untuk memindahkan sebuah benda, kamu mengubah energi benda tersebut. Kamu (atau benda) juga mengeluarkan energi untuk melakukan usaha. Bahkan, energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

Satuan Satuan SI untuk energi adalah Joule (J)

Simak Juga Materi : Usaha, Energi dan Daya

1 – 10 Soal Usaha dan Energi dan Jawaban

1. Seekor burung terbang dengan kelajuan 25 m/s. Bila massa burung tersebut adalah 200 gram, maka hitunglah energi kinetik yang dimiliki burung?

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

v = 25 m/s

m = 200

g = 0,2 kg

Ditanya: E_k = . . .?

Jawab :

E_k = ½ mv²
E_k = ½ . 0,2 . 25² = 62,5 Joule

2. Sebuah bola bermassa 0,5 kg dilempar vertikal ke atas hingga mencapai ketinggian 20 m. bila g = 10 m/s², hitunglah energi potensial benda pada ketinggian tersebut!

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

m = 0,5 kg

h = 20 m

g = 10 m/s²

Ditanyakan: E_p = . . .?

Jawab:

E_p = m g h

E_p = 0,5 . 10 . 20 = 100 J

Jadi, energy potensial yang dimiliki benda sebesar 100 J.

3. Sebuah mobil mainan ditarik seorang anak dengan gaya sebesar 20 N membentuk sudut 30° terhadap bidang datar. Jika mobil mainan bergerak sejauh 20 m, berapakah usaha yang dilakukan anak tersebut?

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

F = 20 N

s = 20 m

𝜃 = 30°

Ditanyakan: W = . . .?

Jawab:

Untuk mencari usaha, gunakan persamaan:

W = F. s . cos 𝜃

= 20 x 20 cos 30°

= 200 √3 J

Jadi, usaha yang dilakukan anak tersebut adalah 200 √3 J

4. Sebuah benda yang beratnya 10 N berada pada bidang datar. Pada benda tersebut bekerja sebuah gaya mendatar sebesar 20 N sehingga benda berpindah sejauh 50 cm. berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

W = 10 N

F = 20 N

s = 50 cm = 0,5 m

Ditanya: W= . . .?

W = F . s

W = (20 N).(0,5 m)

= 10 Joule

5. Sebuah balok dengan massa 50 kg di atas lantai diangkat sampai ketinggian 8 m. Jika, g = 10 m/s², maka tentukan besarnya usaha yang dilakukan pada balok tersebut!

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

m = 50 kg

g = 10 m/s²

s = 8 m

Ditanyakan: W = . . .?

Jawab, karena di angkat ke atas, maka F = w = m . g

W = F . s

= m . g . s

= 50 . 10 . 8

= 4.000 Joule

Jadi, besarnya usaha yang dilakukan adalah 4.000 J.

6. Paku bermassa 5 g terlepas dari tangan seorang tukang kayu. Ketika paku menyentuh tanah, kelajuan 30 m/s. jika gaya gesek paku terhadap tanah sebesar 45 N, hitunglah kedalaman paku yang mencakup dalam tanah!

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

m = 5 g

v₁ = 30 m/s

F = 45 N

Ditanya: s = . . .?

7. Sebuah bola besi bermassa 20 kg jatuh bebas dari ketinggian 4 m di atas hamparan pasir. Sesampainya dipermukaan pasir bola besi tersebut bisa masuk sedalam 5 cm. berapakah gaya tahan pasir terhadap bola?

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

m = 20 kg

h = 4 m

s = 5 cm = 5 . 10^-2 m

Ditanya: F = . . .?

Gerak bola besi itu dapat digambarkan seperti pada gambar di atas. Pada gerak AB terjadi perubahan energy potensial sehingga dapat melakukan usaha. Usaha itulah yang dapat diimbangi oleh usaha gaya tahan pasir sehingga berlaku seperti berikut : 

W = ∆E_p

F . s = m . g . h

F . 5 . 10^-2 =  20 . 10 . 4

F . 5 . 10^-2 = 800

F = ⁸⁰⁰/_{5 . 10^-2}

F = 16000 N

8. Mula-mula, sebuah benda dengan massa 2 kg berada di permukaan tanah. Kemudian, benda itu dipindahkan ke atas meja yang memiliki ketinggian 1,25 m dari tanah. Berapakah perubahan energi potensial benda tersebut? (g = 10 m/s²)

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

m = 2 kg

h₂ = 1,25 m

g = 10 m/s²

Ditanya: ∆E_p = . . .?

Jawab :

Perubahan energy potensial benda,

∆E_p = mg (h₂ – h₁)

= (2 kg).(10 m/s² ).(1,25 m – 0 m)

= 25 Joule

 Jadi, perubahan energy potensialnya 25 Joule.

9. Sebuah bola bermassa 0,2 kg dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s dari ketinggian 1,5 m. percepatan gravitasi g = 10 m/s² . Berapakah ketinggian bola pada saat kecepatannya 5 m/s?

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

m = 0,2 kg

v_A = 10 m/s

h_A = 1,5 m

v_B = 5 m/s

Ditanya: h_B = . . .?

Ketinggian h_B dapat ditentukan dengan hukum kekekalan energy mekanik seperti berikut.

10. Sebuah benda berada dalam keadaan diam pada ketinggian 80 cm dari permukaan tanah. Massa benda 5 kg dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s² . Tentukan energy mekanik benda tersebut!

Jawaban : 

Pembahasan : 

Diketahui:

v = 0 m/s

h = 80 cm = 0,8 m

g = 10 m/s²

Ditanya: E_M = . . .?

Jadi, energy mekanik benda yang diam akan sama dengan potensialnya karena energy kinetiknya nol.

11 – 20 Soal Usaha dan Energi dan Jawaban

11. Sebuah lemari dengan berat 50 kg di dorong dengan gaya 20 N. Hitung usaha yang bekerja pada lemari jika lemari berpindah sejauh 25 m !

Jawaban : 

Pembahasan

Diketahui :

m = 50 kg

F = 20 N

S = 25 m

Ditanya : W . . . ?

Jawab :

W = F x S

W = 20 . (25)

W = 500 j

12. Sebuah balok bermassa 10 kg ditarik dengan gaya 50 N sehingga berpindah sejauh 10 m. Jika α = 60° dan gesekan antara balok dan lantai diabaikan, berapakah usaha yang dilakukan gaya itu ?

Jawaban : 

Diketahui :

m = 10 kg

F = 50 N

S = 8 m

α = 60°

Ditanya : W . . . ?

Jawab :

W = F cos α x s

W = 50 cos 60⁰ x 10

W = 50(0.5) x 10

W =250 j

13. Seorang anak yang massanya 40 kg berada di lantai3 sebah gedung pada ketinggian 15 m dari atas tanah. Hitung energi potensial anak jika sekarang anak tersebut berada di lantai 5 dan berada 25 m dari tanah !

Jawaban : 

Diketahui :

m= 40 kg

h= 25 m

g = 10 m/s²

ditanya: Ep . . . ?

Jawab :

Ep = m x g x h

Ep = (40)(10)(25)

Ep = 10000 J

14. Sebuah mangga yang massanya 0.5 kg menggantung pada tangkainya dan berada 40 m dari pemukaan tanah. Hitung usaha yang dilakukan mangga jka mangga jatuh bebas dari tangkainya !

Jawaban : 

Diketahui :

m = 0.5 kg

h₁ = 40

h₂ = 0 (diatas permukaan tanah)

g = 10 m/s²

ditanya L

Δw . . . ?

Jawab :

Δw = mgh₂ – mgh₁

Δw = mg (h₂ – h₁)

Δw = (0,5 kg)(10 m/s²)(0 m – 40 m)

Δw = 200 joule (usaha tidak boleh -)

15. Peluru yang massanya 500 gram di tembakkan sehingga peluru bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan energi kinetik peluru tersebut !

Jawaban : 

Diketahui :

m = 500 gram = 0.5 kg

v = 10 m/s

Ditanya : E_k . . . ?

Jawaban :

E_k = ½ m v²

E_k = ½ (0.5)(10)²

E_k = 25 J

16. Sebuah benda bermassa 10 kg bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Dengan mengabaikan gaya gesek yang ada pada benda. Tentukan perubahan energi kinetik jika kecepatan benda menjadi 30 m/s !

Jawaban : 

Diketahui :

m= 10 kg

v¹ = 20 m/s

v² = 30 m/s

ditanya : ΔEk . . . ?

Jawab :

Δ Ek = Ek₂-Ek₁

Δ Ek = ½ m (v₂²- v₁²)

Δ Ek = ½ (10) (900-400)

Δ Ek = ½ (10)(500)

Δ Ek = 2500 J

Simak Juga : Soal Besaran dan Satuan

17. Sebuah benda massa 5 kg berada di bagian atas bidang miring yang licin.

Jika kecepatan awal benda adalah 2 m/s tentukan usaha yang terjadi saat benda mencapai dasar bidang miring, gunakan percepatan gravitasi bumi di tempat itu g = 10 m/s² dan sin 53° = ⁴/₅!

Jawaban : 

Cara pertama:

Usaha = selisih energi kinetik benda

Saat kecepatannya 2 m/s, energi kinetiknya adalah:

Ek = ½ mv² = ½ (5)2² = 10 joule

Berikutnya harus tahu kecepatan benda saat tiba dibawah, cari dulu percepatannya

Percepatan benda pake hukum newton

ΣF = ma

mg sin 53° = ma

g sin 53° = a

10 × ⁴/₅ = a

a = 8 m/s²

Kecepatan benda, rumus glbb:

V_t² = Vo² + 2aS

V_t² = 2² + 2(8)(10)

V_t² = 4 + 160 = 164 m/s

Di sini dibiarkan dalam bentuk V_t² saja, karena nanti diperlukan V_t² .

Saat sampai di bawah, energi kinetiknya adalah:

Ek = ½ mv² = ½ (5)(164)= 410 joule

Sehingga,

Usaha = selisih energi kinetik benda

W = 410 − 10 = 400 Joule

Cara kedua:

W = selisih energi potensial benda

W = mgΔh

W = 5(10)(10 sin 53°) W = 50 (10)(⁴/₅) = 400 Joule

Cara Ketiga :

W = F S (gaya dikali perpindahan)

yang jadi gaya F = mg sin 53°

perpindahannya S = 10 m

Jadinya

W = (mg sin 53°) S

W = 5 (10)(⁴/₅)(10) = 400 Joule

18. Sebuah benda massanya 2 kg jatuh bebas dari puncak gedung bertingkat yang tingginya 100 m. Apabila gesekan dengan udara diabaikan dan g = 10 m s^–2 maka usaha yg dilakukan oleh gaya berat sampai pada ketinggian 20 m dari tanah adalah…..

A. 200 joule

B. 400 joule

C. 600 joule

D. 1.600 joule

E. 2.400 joule

Jawaban : 

Pembahasan

Usaha, perubahan energi potensial gravitasi:

W = mgΔ h

W = 2 x 10 x (100 − 20)

W = 1600 Joule

19. Sebuah mobil dengan massa 1 ton bergerak dari keadaan diam. Sesaat kemudian kecepatannya 5 m s^–1. Besar usaha yang dilakukan oleh mesin mobil tersebut adalah…

A. 1.000 joule

B. 2.500 joule

C. 5.000 joule

D. 12.500 joule

E. 25.000 joule

Jawaban : 

Pembahasan

Usaha perubahan energi kinetik benda:

W = ½ m Δ(v²)

W = ½ x 1000 x 5²

W = 12500 joule

20. Perhatikan grafik gaya (F) terhadap perpindahan (S) berikut ini!

Jawaban : 

Pembahasan

Usaha = Luasan antara garis grafik F-S dengan sumbu S, untuk grafik di atas luasan berupa trapesium

W = ½ (12 + 9) x 6

W = ½ (21)(6)

W = 63 joule

21 – 30 Contoh Soal Usaha dan Energi dan Jawaban

21. Mobil remot kontrol bermassa 1 kg pada mulanya bergerak dengan kelajuan 5 m/s. Sesaat kemudian benda itu bergerak dengan kelajuan 10 m/s. Tentukan usaha total yang dikerjakan pada benda tersebut!

Jawaban : 

Pembahasan

W_total = Δ𝐸k

W_total = ½ m(v_t² – v_o²)

W_total = ½ (1) (10² – 5²)

W_total = 0,5 ( 100 – 25)

W_total = (0,5) (75)

W_total = 37,5 J

22. Dua motor mempunyai daya keluaran rata-rata masing-masing 746 W dan 373 W. Berapakah usaha yang dilakukan masing-masing motor dalam waktu 3 menit ?

Jawaban : 

Pembahasan

W₁= P₁ t

W= (746 W) (180 s) = 1,34 x 10⁵ J

W₂= P₂ t

W= (373 W) (180 s) = 0,67 x 10⁵ J

23. Sebuah kotak yang memiliki massa sebesar 1 kg jatuh dari lemari. Ketika saat jatuh ke lantai, kecepatan kotak tersebut adalah 20 m/s. Berapakah ketinggian lemari tempat kotak jatuh tersebut ? (g=10m/s²)

Jawaban : 

Pembahasan

Ek₁ = 0, karena belum bergerak

Ep₂ = 0, karena buku sudah jatuh di tanah dan tidak mempunyai ketinggian

Em₁ = Em₂

Ep₁ + Ek₁ = Ep₂ + Ek₂

m₁ . g . h₁ + ½ m₁v₁² = m₂ . g . h₂ + ½ mv₂²

(1)(10)(h₁) + 0 = 0 + ½ 120² = h₁ = 20 m

24. Perhatikan grafik dibawah ini!

Sebuah balok bermassa 2 kg didorong sepanjang garis lurus pada permukaan mendatar. Akibat pengaruh gaya yang berubah-ubah terhadap kedudukan seperti ditunjukkan pada gambar, maka usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan balok sejauh 14 m adalah…

A. 34 joule

B. 45 joule

C. 50 joule

D. 55 joule

E. 60 joule

Jawaban : E 

Pembahasan

Diketahui :

m   = 2 kg

s   = 14 m

Ditanyakan : Usaha… ?

Dijawab :

W = luas daerah dibawah grafik (membentuk trapesium)

W = luas trapesium ABCD

25. Energi 5000 joule digunakan untuk mengangkat vertikal benda bermassa 60 kg. Benda akan naik setinggi… (g = 9,8 m/s)

A. 0,001 m

B. 0,01 m

C. 0,1 m

D. 1 m

E. 10 m

Jawaban : E 

Pembahasan

Diketahui :

Ep = 5000 J

m = 50 kg

g = 9,8 m/s

Ditanyakan : h?

Dijawab :

Simak Juga : Soal Fluida Statis

26. Seekor burung hantu bermassa 150 gram sedang terbang dimalam hari, ia memiliki energi kinetik 675 joule maka kelajuan burung hantu tersebut adalah…

A. 30 m/s

B. 45 m/s

C. 52 m/s

D. 64 m/s

E. 70 m/s

Jawaban : A 

Pembahasan

Diketahui :

m = 150 g = 0,15 kg

Ek = 675 joule

Ditanya : Kelajuan…?

Dijawab :

Ek = ½ 𝑚𝑣²

27. Sebuah benda bermassa 5 kg sedang bergerak mendatar dengan kelajuan awal 4 m/s. Sebuah gaya 20 N dikerjakan pada benda searah dengan arah gerak benda dan dilepaskan setelah benda tersebut menempuh jarak 2,5 m, maka kecepatan benda pada saat gaya dilepaskan adalah…

A. 2 m/s

B. 4 m/s

C. 6 m/s

D. 8 m/s

E. 10 m/s

Jawaban : C

Pembahasan

Diketahui :

m = 5 kg

𝑣₁= 4 m/s

F = 20 N

𝑥 = 2,5 𝑚

Ditanya : 𝑣₂ ?

Dijawab :

Usaha oleh gaya F pada gerak lurus mendatar sama dengan perubahan energi kinetik

𝑊 = 𝐹∆𝑥 = ∆𝐸_𝑘

Jadi,

∆𝐸_𝑘 = 𝐹∆𝑥 = (20)(2,5) = 50 𝐽

Maka,

28. Sebuah pesawat terbang mempunyai massa 100.000 kg dan mesinnya mampu menghasilkan gaya 200.000 N. Pesawat tersebut bergerak dari keadaan diam dan untuk lepas landas diperlukan laju 100 m/s. Panjang lintasan minimum yang diperlukan agar pesawat tersebut lepas landas adalah….

A. 1000 m

B. 1500 m

C. 2000 m

D. 2250 m

E. 2500 m

Jawaban : B

Pembahasan

Diketahui :

Massa pesawat = 10.000 kg

Gaya yang dihasilkan pesawat, F = 200.000 N

𝑣₁= 0 m/s

𝑣₂ = 100 m/s

Ditanyakan : Jarak?

Dijawab :

Oleh karena itu, panjang lintasan yang dibutuhkan untuk lepas landas adalah 2500m

29. Sebuah batu bermassa 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 2 meter dan jatuh tepat diatas hamparan pasir. Jika batu masuk sedalam 2 cm kedalam pasir sebelum berhenti, maka gaya rata-rata yang dilakukan pasir untuk menghambar batu adalah…

A. 40 N

B. 100 N

C. 400 N

D. 500 N

E. 1000 N

Jawaban : E

Pembahasan

Diketahui :

m = 1 kg

h = 2 m

s = 2 cm = 0,02 m

Ditanyakan : Gaya rata-rata pasir?

𝑊 = ∆𝐸𝑝

𝐹. 𝑠 = 𝑚. 𝑔. ∆ℎ

𝐹. (0,02) = 1.10. (2 − 0)

0,02 𝐹 = 20 𝐹 = 20/0,02

𝐹 = 1000 N

30. Beberapa orang membantu mendorong sebuah mobil ambulance yang mogok dengan gaya sebesar F. Jika mobil berpindah sejauh 2 meter dalam 10 detik dan daya yang dihasilkan oleh beberapa orang tersebut adalah 40 watt, maka gaya F sama dengan…

A. 100 N

B. 125 N

C. 150 N

D. 175 N

E. 200 N

Jawaban : E

Pembahasan

Diketahui :

s = 2 m

t = 10 s

P = 40 W

Ditanyakan: F…?

Dijawab :

Usaha yang dilakukan

𝑃 = ^W/_t

𝑊 = 𝑃. 𝑡

𝑊 = 40.10 = 400 J

Gaya yang diberikan :

𝑊 = 𝐹. 𝑠 400 = F. 2

𝐹 = 400/2

𝐹 = 200 N

Sudah selesai membaca dan berlatih tentang soal ini ? Ayo lihat dulu Daftar Soal Fisika lainnya

Posting terkait:

40+ Soal Gerak Melingkar Pilihan Ganda dan Jawaban [Update]

20+ Contoh Soal Fluida Statis dan Jawaban

20+ Contoh Soal Momentum dan Impuls dan Jawaban [Update]