CONTOH SOAL & PEMBAHASAN1. Sebuah balok ditarik gaya F = 120 N yang membentuk sudut 37oterhadap arah horizontal.

Jika balok bergeser sejauh 10 m, tentukan usaha yang dilakukan pada balok!Pembahasan

Soal No. 2Balok bermassa 2 kg berada di atas permukaan yang licin dipercepat dari kondisi diam hingga bergerak dengan percepatan 2 m/s2.

Tentukan usaha yang dilakukan terhadap balok selama 5 sekon!PembahasanTerlebih dahulu dicari kecepatan balok saat 5 sekon, kemudian dicari selisih energi kinetik dari kondisi awak dan akhirnya:

Soal No. 3Benda 10 kg hendak digeser melalui permukaan bidang miring yang licin seperti gambar berikut!

Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut!PembahasanMencari usaha dengan selisih energi potensial :

Soal No. 4Perhatikan grafik gaya (F) terhadap perpindahan (S) berikut ini!

Tentukan besarnya usaha hingga detik ke 12!PembahasanUsaha = Luasan antara garis grafik F-S dengan sumbu S, untuk grafik di atas luasan berupa trapesiumW =1/2(12 + 9) x 6W =1/2(21)(6)W = 63 joule(Thanks tuk Rorahttp://r-kubik-tu-rora.blogspot.com/atas koreksinya)

Soal No. 5Sebuah mobil bermassa 5.000 kg sedang bergerak dengan kelajuan 72 km/jam mendekati lampu merah.

Tentukan besar gaya pengereman yang harus dilakukan agar mobil berhenti di lampu merah yang saat itu berjarak 100 meter dari mobil! (72 km/jam = 20 m/s)Pembahasan

Soal No. 6Sebuah tongkat yang panjangnya 40 cm dan tegak di atas permukaan tanah dijatuhi martil 10 kg dari ketinggian 50 cm di atas ujungnya. Bila gaya tahan rata-rata tanah 103N, maka banyaknya tumbukan martil yang perlu dilakukan terhadap tongkat agar menjadi rata dengan permukaan tanah adalah.A. 4 kaliB. 5 kaliC. 6 kaliD. 8 kaliE. 10 kali(Soal UMPTN 1998)PembahasanDua rumus usaha yang terlibat disini adalah:Pada martil :W = m g hPada tanah oleh gaya gesekan:W = F SCari kedalaman masuknya tongkat (S) oleh sekali pukulan martil:F S = mgh(103) S = 10 (10)(0,5)S =50/1000=5/100m = 5 cmJadi sekali jatuhnya martil, tongkat masuk tanah sedalam 5 cm. Untuk tongkat sepanjang 40 cm, maka jumlah jatuhnya martil:n = 40 : 5 = 8 kaliSoal No. 7Sebuah balok berada pada sebuah bidang miring dengan koefisien gesekan 0,1 seperti diperlihatkan gambar berikut.

Balok turun ke bawah untuk tinjauan 5 meter.Tentukan:a) gaya-gaya yang bekerja pada balokb) usaha masing-masing gaya pada balokc) usaha totalGunakan g = 10 m/s2, sin 53o= 0,8, cos 53o= 0,6,W(huruf besar) untuk lambang usaha, danw(kecil) untuk lambang gaya berat.Pembahasana) gaya-gaya yang bekerja pada balok

gaya normal (N), gaya berat (w) dengan komponennya yaitu w sin 53 dan w cos 53, gaya gesek Fgesb) usaha masing-masing gaya pada balokDengan bidang miring sebagai lintasan (acuan) perpindahan:-Usaha oleh gaya Normal dan komponen gaya berat w cos 53Usaha kedua gaya bernilai nol (gaya tegak lurus lintasan)-Usaha oleh komponen gaya berat w sin 53W = w sin 53 . SW = mg sin 53 . SW = (6)(10)(0,8)(5) = + 240 joule(Diberi tanda positif, arah mg sin 53 searah dengan pindahnya balok.)-Usaha oleh gaya gesekCari besar gaya gesek terlebih dahulufges= Nfges= mg cos 53fges= (0,1) (6)(10)(0,6) = 0,36 NW = fges S = 0,36 (5) = 1,8 joule(Diberi tanda negatif, arah gaya gesek berlawanan dengan arah pindahnya balok)c) usaha totalWtotal= +240 joule 1,8 joule = + 238,2 jouleSoal No. 8Sebuah balok bermassa 2 kg berada pada sebuah bidang miring kasar seperti diperlihatkan gambar berikut.

Balok didorong ke atas oleh gaya F = 25 N hingga bergeser ke atas untuk tinjauan sejauh 5 meter. Gaya gesek yang terjadi antara balok dengan bidang miring sebesar 3 N.Tentukan beserta tanda positif atau negatifnya:a) usaha oleh gaya Fb) usaha oleh gaya gesekc) usaha oleh gaya beratd) usaha totalPembahasana) usaha oleh gaya FW = F . S = + 25 (5) = + 125 jouleb) usaha oleh gaya gesekW = f . S = 3(5) = 15 joulec) usaha oleh gaya beratW = mg sin 53 . S = (2)(10)(0,8)(5) = 80 jouled) usaha totalWtotal= + 125 15 80 = 30 joule

Soal No. 9Perhatikan gambar berikut,

Sebuah kotak ditarik dengan gaya F sebesar 12 Newton. Jika kotak berpindah 4 meter ke kanan, tentukan usaha yang dilakukan gaya pada kotak tersebut! PembahasanUsaha = gaya x perpindahan W = F x S W = 12 x 4 W = 48 joule

Soal No. 10Sebuah balok berada pada lantai licin dan ditarik oleh gaya F = 40 Newton. Jika usaha yang dilakukan oleh gaya kepada balok adalah 680 joule, hitunglah besar perpindahan balok!

PembahasanUsaha = gaya x perpindahanW = F x S680 = 40 x SS = 680 / 40 S = 17 meter

Soal No. 11Usaha yang diperlukan untuk memindahkan sebuah benda dalam lintasan mendatar sejauh 13 meter sebesar 15,6 joule. Tentukan besar gaya yang harus diberikan pada benda!

PembahasanUsaha = gaya x perpindahanW = F x S15,6 = F x 13F = 15,6 / 13F = 1,2 Newton

Soal No. 12Dua buah gaya masing-masing F1 = 10 N dan F2 = 5 N bekerja pada sebuah benda yang terletak pada suatu permukaan lantai. Jika benda berpindah ke kanan sejauh 5 meter, tentukan usaha yang dilakukan pada benda oleh kedua gaya tersebut!

PembahasanW = (F1 + F2) x SW = (10 + 5) x 5 W = 15 x 5W = 75 joule

Soal No. 13Dua buah gaya masing-masing F1 = 15 N dan F2 = 7 N bekerja pada sebuah benda yang terletak pada suatu permukaan lantai. Jika benda berpindah ke kanan sejauh 6 meter, tentukan usaha yang dilakukan pada benda oleh kedua gaya tersebut!

PembahasanW = (F1 F2) x SW = (15 7) x 6 W = 8 x 6W = 48 joule

Soal No. 14Usaha total yang dilakukan oleh dua buah gaya F1 dan F2 pada sebuah benda adalah 120 joule. Perhatikan gambar berikut

Jika perpindahan benda adalah 5 meter, tentukan besarnya gaya F2!

PembahasanW = (F1 F2) x S120 = (36 F2) x 5 120 / 5 = 36 F224 = 36 F2F2 = 36 24F2 = 12 Newton

Soal No. 15Seorang anak memindahkan sebuah buku yang jatuh dilantai ke atas meja. Massa buku adalah 300 gram dan tinggi meja dari lantai adalah 80 cm.

Jika percepatan gavitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan usaha yang diperlukan!

PembahasanUsaha bisa juga ditemukan dari perubahan energi potensial buku. Energi potensial buku saat dilantai adalah nol, sementara energi potensial saat di meja adalah Ep = m x g x h, dimana h adalah tinggi meja. Ubah satuan ke MKS (meter, kilogram, sekon), dengan demikianW = Ep W = m x g x hW = 0,300 x 10 x 0,80W = 2,4 joule

Soal No. 16Seorang siswa yang beratnya 450 Newton menaiki tangga yang memiliki ketinggian 3 m. Siswa tersebut memerlukan waktu 6 detik untuk sampai ke atas. Tentukan daya yang dikeluarkan siswa untuk kegiatan tersebut!

PembahasanHubungan Daya (P) dan Usaha (W) serta waktu (t) :

P = W / t

dimanaW = Usaha (joule) , jangan keliru sebagai berat karena lambang berat w juga!W = (gaya berat siswa) x (perpindahan siswa) = 450 x 3 = 1350 joule

Dengan demikian :P = W/tP = 1350 / 6 P = 225 watt

Soal No. 17Dalam 2 menit sebuah lampu menggunakan energi listrik sebanyak 3000 joule. Tentukan daya lampu tersebut!

PembahasanUbah menit menjadi detik, 2 menit = 120 detik

P = W/tP = 3000 / 120P = 25 watt

Soal No. 18Perhatikan gambar!

Seorang anak membawa kotak yang beratnya 50 Newton dari titik A menuju B, kemudian kembal lagi ke A. Menurut fisika, berapakah usaha yang dilakukan anak?

PembahasanKotak akhirnya tidak berpindah tempat, sehingga perpindahannya adalah nolW = gaya x perpindahan = 0Fisikastudycenter.com- Contoh Soal dan Pembahasan tentang Usaha dan Energi, Materi Fisika kelas 2 SMA.Mencakup hubungan usaha, gaya dan perpindahan, mencari usaha dari selisih energi kinetik, menentukan usaha dari selisih energi potensial, tanda positif negatif pada usaha, usaha total, dan membaca grafik F S.

Soal No. 19Sebuah balok ditarik gaya F = 120 N yang membentuk sudut 37o terhadap arah horizontal seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.Jika balok bergeser sejauh 10 m, tentukan usaha yang dilakukan pada balok!

Pembahasan

Soal No. 20Balok bermassa 2 kg berada di atas permukaan yang licin dipercepat dari kondisi diam hingga bergerak dengan percepatan 2 m/s2.

Tentukan usaha yang dilakukan terhadap balok selama 5 sekon!

Pembahasan Terlebih dahulu dicari kecepatan balok saat 5 sekon, kemudian dicari selisih energi kinetik dari kondisi awak dan akhirnya:

Soal No. 21Benda 10 kg hendak digeser melalui permukaan bidang miring yang licin seperti gambar berikut!

Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut!

PembahasanMencari usaha dengan selisih energi potensial :

Soal No. 22Perhatikan grafik gaya (F) terhadap perpindahan (S) berikut ini!

Tentukan besarnya usaha hingga detik ke 12!

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

W = 1/2(12 + 9) x 6W = 1/2 (21)(6)W = 63 joule

Soal No. 23Sebuah mobil bermassa 5.000 kg sedang bergerak dengan kelajuan 72 km/jam mendekati lampu merah.

Tentukan besar gaya pengereman yang harus dilakukan agar mobil berhenti di lampu merah yang saat itu berjarak 100 meter dari mobil! (72 km/jam = 20 m/s)

Pembahasan

Soal No. 24Sebuah tongkat yang panjangnya 40 cm dan tegak di atas permukaan tanah dijatuhi martil 10 kg dari ketinggian 50 cm di atas ujungnya. Bila gaya tahan rata-rata tanah 103 N, maka banyaknya tumbukan martil yang perlu dilakukan terhadap tongkat agar menjadi rata dengan permukaan tanah adalah....A. 4 kaliB. 5 kaliC. 6 kaliD. 8 kaliE. 10 kali(Soal UMPTN 1998)

PembahasanDua rumus usaha yang terlibat disini adalah:Pada martil :W = m g hPada tanah oleh gaya gesekan:W = F S

Cari kedalaman masuknya tongkat (S) oleh sekali pukulan martil:F S = mgh(103) S = 10 (10)(0,5) S = 50/1000 = 5/100 m = 5 cm

Jadi sekali jatuhnya martil, tongkat masuk tanah sedalam 5 cm. Untuk tongkat sepanjang 40 cm, maka jumlah jatuhnya martil:n = 40 : 5 = 8 kali

Soal No. 25Sebuah balok berada pada sebuah bidang miring dengan koefisien gesekan 0,1 seperti diperlihatkan gambar berikut.

Balok turun ke bawah untuk tinjauan 5 meter.Tentukan:a) gaya-gaya yang bekerja pada balokb) usaha masing-masing gaya pada balokc) usaha totalGunakan g = 10 m/s2, sin 53o = 0,8, cos 53o = 0,6, W (huruf besar) untuk lambang usaha, dan w (kecil) untuk lambang gaya berat.Pembahasana) gaya-gaya yang bekerja pada balok

gaya normal (N), gaya berat (w) dengan komponennya yaitu w sin 53 dan w cos 53, gaya gesek Fges

b) usaha masing-masing gaya pada balokDengan bidang miring sebagai lintasan (acuan) perpindahan:-Usaha oleh gaya Normal dan komponen gaya berat w cos 53Usaha kedua gaya bernilai nol (gaya tegak lurus lintasan)-Usaha oleh komponen gaya berat w sin 53W = w sin 53 . SW = mg sin 53 . SW = (6)(10)(0,8)(5) = + 240 joule(Diberi tanda positif, arah mg sin 53 searah dengan pindahnya balok.)

-Usaha oleh gaya gesekCari besar gaya gesek terlebih dahulufges = N fges = mg cos 53fges = (0,1) (6)(10)(0,6) = 0,36 N 3,6 NW = fges S = 3,6 (5) = 18 joule(Diberi tanda negatif, arah gaya gesek berlawanan dengan arah pindahnya balok)

c) usaha total

Wtotal = +240 joule 18 joule = + 222 jouleThanks to gita atas masukannya,..penempatan koma sudah diubah.Soal No. 26Sebuah balok bermassa 2 kg berada pada sebuah bidang miring kasar seperti diperlihatkan gambar berikut.

Balok didorong ke atas oleh gaya F = 25 N hingga bergeser ke atas untuk tinjauan sejauh 5 meter. Gaya gesek yang terjadi antara balok dengan bidang miring sebesar 3 N. Kemiringan bidang 53 terhadap horizontal.Tentukan beserta tanda positif atau negatifnya:a) usaha oleh gaya Fb) usaha oleh gaya gesekc) usaha oleh gaya beratd) usaha total

Pembahasana) usaha oleh gaya FW = F . S = + 25 (5) = + 125 joule

b) usaha oleh gaya gesekW = f . S = 3(5) = 15 joule

c) usaha oleh gaya beratW = mg sin 53 . S = (2)(10)(0,8)(5) = 80 joule

d) usaha totalWtotal = + 125 15 80 = 30 jouleSoal No.27Benda seberat 10 N berada pada bidang miring yang licin dengan sudut kemiringan 30. Bila benda meluncur sejauh 1 m, maka usaha yang dilakukan gaya berat adalah....

A. 10 sin 30 jouleB. 10 cos 30 jouleC. 10 sin 60 jouleD. 10 tan 30 jouleE. 10 tan 60 joule(Dari soal Ebtanas 1990)

PembahasanUsaha oleh gaya beratW = mg sin

Dari soal telah diketahui bahwa (mg) = 10 Newton dan = 30, sehinggaW = 10 sin 30 joule

Soal No.28Sebuah benda massanya 2 kg jatuh bebas dari puncak gedung bertingkat yang tingginya 100 m. Apabila gesekan dengan udara diabaikan dan g = 10 m s2 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 jouleE. 2.400 joule (Dari soal Ebtanas 1992)

PembahasanUsaha, perubahan energi potensial gravitasi:W = mg h W = 2 x 10 x (100 20)W = 1600 joule

Soal No.29Sebuah mobil dengan massa 1 ton bergerak dari keadaan diam. Sesaat kemudian kecepatannya 5 m s1. 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 (Dari Ebtanas 1994)

PembahasanUsaha perubahan energi kinetik benda:W = 1/2 m (v2)W = 1/2 x 1000 x 52W = 12 500 jouleCatatan:Jika diketahui dua buah kecepatan atau v, maka v nya dikuadratkan dulu baru dikurangkan, bukan dikurangkan terus dikuadratkan!.Soal No.30Sebuah 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 53o = 4/5!Pembahasan

Cara pertama:Usaha = selisih energi kinetik bendaSaat kecepatannya 2 m/s, energi kinetiknya adalah:Ek = 1/2 mv2 = 1/2 (5)22 = 10 jouleBerikutnya harus tahu kecepatan benda saat tiba dibawah, cari dulu percepatannyaPercepatan benda pake hukum newtonF = mamg sin 53 = mag sin 53 = a10 4/5 = aa = 8 m/s2Kecepatan benda, rumus glbb:Vt2 = Vo2 + 2aSVt2 = 22 + 2(8)(10)Vt2 = 4 + 160 = 164 m/sDi 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 bendaW = 410 10 = 400 joule

Cara kedua:W = selisih energi potensial bendaW = mghW = 5(10)(10 sin 53) W = 50 (10)(4/5) = 400 jouleCara ketiga:W = F S (gaya dikali perpindahan)yang jadi gaya F = mg sin 53perpindahannya S = 10 mJadinyaW = (mg sin 53) SW = 5 (10)(4/5)(10) = 400 jouleKetiga cara menghasilkan jawaban yang sama.31. Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m, mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 180 N. Berapa besarnya usaha dilakukan oleh benda tersebut.Jawab :Diketahui : F = 180 N s = 5 mDitanya : W ?W = F.s = 180 N. 5 m = 900 Nm = 900 Joule

32. Gaya besarnya 60 N bekerja pada sebuah gaya. Jika benda berpindah sejauh 50 m. Berapa besarnya usaha ?Jawab :Diketahui : F = 180 N s = 5 mDitanya : W ?W = F.s = 60 N. 50 m = 3000 Nm = 3000 J = 3 kJ

33. Gaya besarnya 60 N menyebabkan benda berpindah horizontal sejauh 10 m. Berapa besarnya usaha ?Jawab : Diketahui : F = 60 N s = 10 m Ditanya : W ?W = F.s = 60 N. 10 m = 600 Nm = 600 J

34. Berapa besar usaha jika sebuah elevator yang beratnya 2000 N dinaikkan setinggi 80 m ? Berapa besar energi potensial elevator setelah dinaikkan ?Jawab :Diketahui : F = 2000 N h = 80 mDitanya : Ep ?Ep = m.g.h = F.h = 2000 N. 80 m = 160.000 Nm = 160.000 J = 160 kJ

35. Berapa besar usaha untuk menaikkan 2 kg setinggi 1,5 m di atas lantai ? Berapa besar energi potensial benda pada kedudukan yang baru ? (g = 10 m/s2)Jawab :Diketahui : m = 2 kg h = 1,5 m g = 10 m/s2Ditanya : Ep ?Ep = m.g.h = 2 kg. 1,5 m. 10 m/s2 = 30 kg m2/s2 = 30 J 36. Berapa besar energi kinetik suatu benda yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s, jika massa benda 10 kg ?Jawaab :Diketahui : v = 20 m/s m = 10 kgDitanya : Ek?Ek = 12 m.v2 = 12 10 kg ( 20 m/s) = 5 kg 400 m2/s2 = 2000 kg m2/s2 = 2000 J = 2 Kj

37. Benda massanya 1 kg mempunyai energi kinetik besarnya 1 joule berapa kecepatan benda ?Jawab :Diketahui : m = 1 kg Ek = 1 JDitanya : v?Ek = 12 m.v21 J = 12 1 kg v22 J1 kg = v2 2 m/s = v38. Benda yang massanya 2 kg (g = 10 m/s2) jatuh dari ketinggian 4 m di ats tanah. Hitung besar energi potensial benda ?Jawab :Diketahui : m = 2 kg h = 4 m g = 10 m/s2Ditanya : Ep ?Ep = 12 m.g.h = 12 2 kg 10 m/s2 4 m = 40 kg m2/s2 = 40 J

39. Sebuah benda dengan massa 2 kg berada pada ketinggian 200 m dari permukaan tanah. Jika grafitasi setempat 10 m/s2 maka hitunglah Energi potensial yang dimiliki oleh benda tersebut ? Jawab :Diketahui : m = 2 kg h = 200 m g = 10 m/s2Ditanya : Ep ?Ep = m.g.h = 2 kg. 200 m. 10 m/s2 = 4000 kg m2/s2 = 4000 J = 4000 kJ40. Gaya besarnya 60 N menyebabkan benda berpindah horizontal sejauh 10 m selama 6 s. Berapa besarnya daya untuk memindahkan barang tersebut ?Jawab :Diketahui : F = 60 N s = 10 m t = 6 sDitanya : P ?P = Wt = F.st = 60 N 10 m6 s = 100 Nm/s = 100 J/s = 100 watt

DAFTAR PUSTAKA

Nurazizah, Siti. 2007. Acuan Pengayaan Fisika. Solo: Nyata Grafika Media Surakarta.Resnick, Halliday. 1985. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga.Young, Hugh D & Roger A Freedman. 1999. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 1. Jakarta: Erlangga.Zemansky, Sears.1982.Soal dan Pembahasan Fisika Mekanika.Jakarta: Salemba TeknikaGiancoli, D. C., 2001. Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga Tipler, P.A.,1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan). Jakarta: Penebit ErlanggaYoung, H. D. & Freedman, R.A., 2002. Fisika Universitas (terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga