20+ Contoh Soal Usaha dan Energi beserta Jawaban [+Pembahasan]

Diposting pada

Contoh Soal Usaha dan Energi dan Kunci Jawaban beserta Pembahasan – Usaha merupakan besarnya energi untuk merubah posisi yang diberikan gaya pada benda atau objek. Usaha yang dilakukan suatu objek didefinisikan sebagai perkalian antara jarak yang ditempuh dengan gaya yang searah dengan perpindahannya.

Soal usaha dan energi

Sedangkan Energi didefinisikan salah satu konsep paling penting dalam ilmu pengetahuan. Energi tidak dapat didefinisikan secara ringkas saja. Akan tetapi pada materi kali ini karena energi berhubungan dengan usaha, maka energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

Kali ini Soalkimia.com merangkum Contoh Soal dan Pembahasan Usaha dan Energi dari berbagai penerbit buku untuk kamu pelajari dirumah.

Simak Juga Materi : Usaha, Energi dan Daya

1 – 10 Soal Usaha dan Energi dengan Pembahasan

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: Ek = . . .?

Jawab :

soal usaha dan energi-1

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: Ep = . . .?

Jawab:

Ep = m g h

Ep = 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?

soal usaha dan energi-2

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 = . . .?

soal usaha dan energi-3

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 = . . .?

soal usaha dan energi-4

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 = ∆Ep

F . s = m g hA – m g hB

F . 5 . 10-2 =  20 . 10 . 4 – 20 . 10 . – 0

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: ∆Ep = . . .?

Jawab :

Perubahan energy potensial benda,

∆Ep = 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

vA = 10 m/s

hA = 1,5 m

vB = 5 m/s

Ditanya: hB = . . .?

Ketinggian hB dapat ditentukan dengan hokum kekekalan energy mekanik seperti berikut.

soal usaha dan energi-5

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: EM = . . .?

soal usaha dan energi-6

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

11 – 20 Soal Usaha dan Energi dengan Pembahasan

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 : Ek . . . ?

Jawaban :

Ek = ½ m v²

Ek = ½ (0.5)(10)²

Ek = 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.

Soal usaha dan energi 7

Jawaban : 

Cara pertama:

Usaha = selisih energi kinetik benda

Saat kecepatannya 2 m/s, energi kinetiknya adalah:

Ek = 1/2 mv2 = 1/2 (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:

Vt2 = Vo2 + 2aS

Vt2 = 22 + 2(8)(10)

Vt2 = 4 + 160 = 164 m/s

Di sini dibiarkan dalam bentuk Vt2 saja, karena nanti diperlukan Vt2 .

Saat sampai di bawah, energi kinetiknya adalah:

Ek = 1/2 mv2 = 1/2 (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 = 1/2 m Δ(v2)

W = 1/2 x 1000 x 52

W = 12 500 joule

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

Usaha dan Energi no 10

Jawaban : 

Pembahasan

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

W = 1/2(12 + 9) x 6

W = 1/2 (21)(6)

W = 63 joule

Download File dalam format .doc atau .pdf agar mudah dibaca dan tertata rapi lengkap melalui link yang tersedia dibawah ini.

Google Drive | Zippyshare

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

Gambar Gravatar
Assalamualaikum wr.wb. Selamat belajar dan mengerjakan tugas. Lakukanlah terbaik yang kamu bisa, berbagai usaha, pengalaman dan latihan yang kamu lakukan saat ini, pasti bukanlah hal yang sia-sia di waktu yang akan datang.Tetap semangat ya belajarnya.. saya mendoakan yang terbaik untuk kamu yang rajin belajar.. :)

2 komentar.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *