Fisikamus - Kumpulan soal fisika tentang energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik benda. Pembahasan soal tentang energi potensial, kinetik, dan mekanik merupakan pembahasan tentang beberapa model soal yang paling sering keluar dalam topik usaha dan energi khususnya yang berkaitan dengan energi mekanik suatu benda. Hal itu berkaitan dengan beberapa besaran yang umum dalam topik tersebut seperti kecepatan, ketinggian, perpindahan, dan percepatan gravitasi. Berikut beberapa model soal yang akan dibahas:
1. Menentukan energi mekanik benda pada titik tertinggi
2. Menentukan energi kinetik benda pada ketinggian tertentu
3. Menentukan energi potensial benda pada titik tertinggi
4. Menentukan perubahan energi kinetik pada detik tertentu
5. Menentukan energi kinetik pada titik tertinggi gerak parabola
A. 200 J
B. 400 J
C. 600 J
D. 800 J
E. 1000 J
Pembahasan :
Dik : h1 = 0, Vo = 20 m/s, m = 4 kg, Vt = 0
Dit : Em2 = ... ?
Berdasarakan hukum kekekalan energi mekanik:
⇒ Em2 = Em1
⇒ Em2 = Ep1 + Ek1
⇒ Em2 = m.g.h1 + ½m.vo2
⇒ Em2 = 0 + ½ (4) (20)2
⇒ Em2 = 800 J
Berdasarkan konsep gerak vertikal ke atas:
⇒ h max = Vo2/2g
⇒ h max = (20)2/20
⇒ h max = 400/20
⇒ h max = 20 m
Energi mekanik di ketinggian maksimum:
⇒ Em2 = m.g.hmax + ½m.vt2
⇒ Em2 = 4 (10) (20) + 0
⇒ Em2 = 800 J
Soal 2
Sebuah balok meluncur dari bagian atas bidang miring licin hingga tiba di bagian dasar bidang miring tersebut. Jika puncak bidang miring berada pada ketinggian 3,2 meter di atas permukaan lantai, maka kecepatan balok saat tiba di dasar bidang adalah ....
A. 4 m/s
B. 5 m/s
C. 6 m/s
D. 8 m/s
E. 10 m/s
Lihat pembahasan >>
A. 200 J
B. 150 J
C. 100 J
D. 80 J
E. 50 J
Pembahasan :
Dik : w = 40 N, h1 = 10 m, h2 = 5 m, Vo = 0
Dit : Ek2 = ... ?
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik:
⇒ Em1 = Em2
⇒ Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
⇒ m.g.h1 + ½ m.vo2 = m.g.h2 + Ek2
⇒ w.h1 + 0 = w.h2 + Ek2
⇒ 40 (10) = 40 (5) + Ek2
⇒ 400 = 200 + Ek2
⇒ Ek2 = 400 - 200
⇒ Ek2 = 200 J
Berdasarkan konsep gerak jatuh bebas:
⇒ vt2 = 2 g.h
⇒ vt2 = 2 g.(h1 - h2)
⇒ vt2 = 2 (10) (10 - 5)
⇒ vt2 = 100
Energi kinetik pada ketinggian 5 meter:
⇒ Ek2 = ½ m.vt2
⇒ Ek2 = ½ 4. (100)
⇒ Ek2 = 200 J
Soal 4
Sebuah bola bermassa 2 kg bergerak jatuh bebas dari ketinggian 20 meter di atas permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka kecepatan bola pada saat ketinggiannya 5 meter di atas permukaan tanah adalah ....
A. 6 m/s
B. 8 m/s
C. 10 m/s
D. 10√3 m/s
E. 10√2 m/s
Lihat pembahasan >>
A. 400 J
B. 350 J
C. 300 J
D. 250 J
E. 200 J
Pembahasan :
Dik : m = 2 kg, Vo = 20 m/s, g = 10 m/s2, Vt = 0, h1 = 0
Dit : Ep2 = ... ?
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik :
⇒ Em1 = Em2
⇒ Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
⇒ m.g.h1 + ½ m.vo2 = Ep2 + ½ m.vt2
⇒ 0 + ½ 2. (20)2 = Ep2 + 0
⇒ 400 = Ep2
⇒ Ep2 = 400 J
Berdasarkan konsep gerak vertikal ke atas:
⇒ h max = Vo2/2g
⇒ h max = (20)2/20
⇒ h max = 400/20
⇒ h max = 20 m
Energi potensial di titik tertingi:
⇒ Ep2 = m.g. h max
⇒ Ep2 = 2 (10) 20
⇒ Ep2 = 400 J
Soal 6
Jika mesin sebuah pesawat terbang mampu memberikan gaya dorong sebesar 20.000 N, maka daya yang dihasilkan mesin ketika pesawat mengangkasa dengan kecepatan 250 m/s adalah ....
A. 5.000 kW
B. 4.500 kW
C. 4.000 kW
D. 3.000 kW
E. 2.500 kW
Lihat pembahasan >>
A. 324,2 J
B. 312,4 J
C. 300,0 J
D. 298,2 J
E. 288,1 J
Pembahasan :
Dik : m = 6 kg, h = 20 m, g = 9,8 m/s2, t = 1s, Vo = 0
Dit : ΔEk = ... ?
Kecepatan benda setelah 1 detik:
⇒ Vt = gt
⇒ Vt = 9,8 (1)
⇒ Vt = 9,8 m/s
Perubahan energi kinetik:
⇒ ΔEk = ½ m (Vt2 - Vo2)
⇒ ΔEk = ½ 6 (9,82 - 02)
⇒ ΔEk = 3 (96,04)
⇒ ΔEk = 288,1 J
Soal 8
Sebuah mesin bermassa 40 kg dipacu kecepatannya dari 20 m/s menjadi 40 m/s dalam waktu 5 detik. Jika efisiensi mesin tersebut adalah 85%, maka daya yang dihasilkan adalah ...
A. 5.160 W
B. 4.080 W
C. 3.360 W
D. 2,240 W
E. 2.040 W
Lihat pembahasan >>
A. Nol
B. 40 Joule
C. 50 Joule
D. 55 Joule
E. 60 Joule
Pembahasan :
Dik : θ = 37o, Vo = 20 m/s, m = 0,2 kg
Dit : Ek = .... ?
Berdasarkan konsep gerak parabola, saat bola mencapai ketinggian maksimum, kecepatan bola akan sama dengan kecepatan awalnya dalam sumbu x (Vt = Vox). Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut:
Karena pada titik tertinggi Vy = 0, maka :
⇒ Vt2 = Vx2+ Vy2
⇒ Vt2 = Vox2 + 0
⇒ Vt2 = 202
⇒ Vt2 = 400
Energi kinetik pada titik tertinggi:
⇒ Ek = ½ m.Vt2
⇒ Ek = ½ (0,2).400
⇒ Ek = 40 J
Soal 10
Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka energi kinetik bola saat bola mencapai ketingian maksimumnya adalah ....
A. 900 J
B. 650 J
C. 400 J
D. Tidak dapat dihitung
E. Nol
Pembahasan :
Soal ini dapat diselesaikan dengan memperhatikan konsep gerak vertikal ke atas. Pada gerak vertikal ke atas, kecepatan benda akan berkurang secara teratur dan akan sama dengan nol ketika benda mencaai ketinggian maksimumnya.
Itu artinya, kecepatan bola saat bola mencapai ketinggian maksimum sama dengan nol. Karena Vt = 0, maka energi kinetik bola pada titik tersebut juga sama dengan nol.
⇒ Ek = ½ m Vt2
⇒ Ek = 0
1. Menentukan energi mekanik benda pada titik tertinggi
2. Menentukan energi kinetik benda pada ketinggian tertentu
3. Menentukan energi potensial benda pada titik tertinggi
4. Menentukan perubahan energi kinetik pada detik tertentu
5. Menentukan energi kinetik pada titik tertinggi gerak parabola
Soal 1 : Energi Mekanik Benda Pada Gerak Vertikal ke Atas
Sebuah benda bergerak vertikal ke atas dari ketinggian nol dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika massa benda tersebut adalah 4 kg, maka energi mekanik benda saat benda mencapai titik tertingginya adalah ....A. 200 J
B. 400 J
C. 600 J
D. 800 J
E. 1000 J
Pembahasan :
Dik : h1 = 0, Vo = 20 m/s, m = 4 kg, Vt = 0
Dit : Em2 = ... ?
Berdasarakan hukum kekekalan energi mekanik:
⇒ Em2 = Em1
⇒ Em2 = Ep1 + Ek1
⇒ Em2 = m.g.h1 + ½m.vo2
⇒ Em2 = 0 + ½ (4) (20)2
⇒ Em2 = 800 J
Berdasarkan konsep gerak vertikal ke atas:
⇒ h max = Vo2/2g
⇒ h max = (20)2/20
⇒ h max = 400/20
⇒ h max = 20 m
Energi mekanik di ketinggian maksimum:
⇒ Em2 = m.g.hmax + ½m.vt2
⇒ Em2 = 4 (10) (20) + 0
⇒ Em2 = 800 J
Jawaban : D
Sebuah balok meluncur dari bagian atas bidang miring licin hingga tiba di bagian dasar bidang miring tersebut. Jika puncak bidang miring berada pada ketinggian 3,2 meter di atas permukaan lantai, maka kecepatan balok saat tiba di dasar bidang adalah ....
A. 4 m/s
B. 5 m/s
C. 6 m/s
D. 8 m/s
E. 10 m/s
Lihat pembahasan >>
Soal 3 : Menentukan Energi Kinetik Benda Setelah Bergerak
Sebuah benda yang beratnya 40 N diangkat dari permukaan tanah. Jika setelah mencapai ketinggian 10 meter benda tersebut dilepaskan kembali, maka energi kinetik benda saat ketinggiannya 5 meter di atas permukaan tanah adalah ....A. 200 J
B. 150 J
C. 100 J
D. 80 J
E. 50 J
Pembahasan :
Dik : w = 40 N, h1 = 10 m, h2 = 5 m, Vo = 0
Dit : Ek2 = ... ?
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik:
⇒ Em1 = Em2
⇒ Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
⇒ m.g.h1 + ½ m.vo2 = m.g.h2 + Ek2
⇒ w.h1 + 0 = w.h2 + Ek2
⇒ 40 (10) = 40 (5) + Ek2
⇒ 400 = 200 + Ek2
⇒ Ek2 = 400 - 200
⇒ Ek2 = 200 J
Berdasarkan konsep gerak jatuh bebas:
⇒ vt2 = 2 g.h
⇒ vt2 = 2 g.(h1 - h2)
⇒ vt2 = 2 (10) (10 - 5)
⇒ vt2 = 100
Energi kinetik pada ketinggian 5 meter:
⇒ Ek2 = ½ m.vt2
⇒ Ek2 = ½ 4. (100)
⇒ Ek2 = 200 J
Jawaban : A
Sebuah bola bermassa 2 kg bergerak jatuh bebas dari ketinggian 20 meter di atas permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka kecepatan bola pada saat ketinggiannya 5 meter di atas permukaan tanah adalah ....
A. 6 m/s
B. 8 m/s
C. 10 m/s
D. 10√3 m/s
E. 10√2 m/s
Lihat pembahasan >>
Soal 5 : Energi Potensial Benda pada Titik Tertinggi
Bola pejal bermassa 2 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 10 m/s2, maka energi potensial benda pada titik tertinggi adalah ....A. 400 J
B. 350 J
C. 300 J
D. 250 J
E. 200 J
Pembahasan :
Dik : m = 2 kg, Vo = 20 m/s, g = 10 m/s2, Vt = 0, h1 = 0
Dit : Ep2 = ... ?
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik :
⇒ Em1 = Em2
⇒ Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
⇒ m.g.h1 + ½ m.vo2 = Ep2 + ½ m.vt2
⇒ 0 + ½ 2. (20)2 = Ep2 + 0
⇒ 400 = Ep2
⇒ Ep2 = 400 J
Berdasarkan konsep gerak vertikal ke atas:
⇒ h max = Vo2/2g
⇒ h max = (20)2/20
⇒ h max = 400/20
⇒ h max = 20 m
Energi potensial di titik tertingi:
⇒ Ep2 = m.g. h max
⇒ Ep2 = 2 (10) 20
⇒ Ep2 = 400 J
Jawaban : A
Jika mesin sebuah pesawat terbang mampu memberikan gaya dorong sebesar 20.000 N, maka daya yang dihasilkan mesin ketika pesawat mengangkasa dengan kecepatan 250 m/s adalah ....
A. 5.000 kW
B. 4.500 kW
C. 4.000 kW
D. 3.000 kW
E. 2.500 kW
Lihat pembahasan >>
Soal 7 : Perubahan Energi Kinetik Benda pada Detik Tertentu
Sebuah benda bermassa 6 kg bergerak jatuh bebas dari ketinggian 20 meter di atas permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 9,8 m/s2, maka perubahan energi kinetik benda pada detik pertama adalah ....A. 324,2 J
B. 312,4 J
C. 300,0 J
D. 298,2 J
E. 288,1 J
Pembahasan :
Dik : m = 6 kg, h = 20 m, g = 9,8 m/s2, t = 1s, Vo = 0
Dit : ΔEk = ... ?
Kecepatan benda setelah 1 detik:
⇒ Vt = gt
⇒ Vt = 9,8 (1)
⇒ Vt = 9,8 m/s
Perubahan energi kinetik:
⇒ ΔEk = ½ m (Vt2 - Vo2)
⇒ ΔEk = ½ 6 (9,82 - 02)
⇒ ΔEk = 3 (96,04)
⇒ ΔEk = 288,1 J
Jawaban : E
Sebuah mesin bermassa 40 kg dipacu kecepatannya dari 20 m/s menjadi 40 m/s dalam waktu 5 detik. Jika efisiensi mesin tersebut adalah 85%, maka daya yang dihasilkan adalah ...
A. 5.160 W
B. 4.080 W
C. 3.360 W
D. 2,240 W
E. 2.040 W
Lihat pembahasan >>
Soal 9 : Energi Kinetik Pada Tititk Tertinggi Gerak Parabola
Seorang anak menendang bola kaki dengan sudut elevasi 37o sehingga bola bergerak dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika massa bola tersebut 0,2 kg maka energi kinetik bola pada titik tertinggi lintasannya adalah ....A. Nol
B. 40 Joule
C. 50 Joule
D. 55 Joule
E. 60 Joule
Pembahasan :
Dik : θ = 37o, Vo = 20 m/s, m = 0,2 kg
Dit : Ek = .... ?
Berdasarkan konsep gerak parabola, saat bola mencapai ketinggian maksimum, kecepatan bola akan sama dengan kecepatan awalnya dalam sumbu x (Vt = Vox). Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut:
Karena pada titik tertinggi Vy = 0, maka :
⇒ Vt2 = Vx2
⇒ Vt2 = Vox2 + 0
⇒ Vt2 = 202
⇒ Vt2 = 400
Energi kinetik pada titik tertinggi:
⇒ Ek = ½ m.Vt2
⇒ Ek = ½ (0,2).400
⇒ Ek = 40 J
Jawaban : B
Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka energi kinetik bola saat bola mencapai ketingian maksimumnya adalah ....
A. 900 J
B. 650 J
C. 400 J
D. Tidak dapat dihitung
E. Nol
Pembahasan :
Soal ini dapat diselesaikan dengan memperhatikan konsep gerak vertikal ke atas. Pada gerak vertikal ke atas, kecepatan benda akan berkurang secara teratur dan akan sama dengan nol ketika benda mencaai ketinggian maksimumnya.
Itu artinya, kecepatan bola saat bola mencapai ketinggian maksimum sama dengan nol. Karena Vt = 0, maka energi kinetik bola pada titik tersebut juga sama dengan nol.
⇒ Ek = ½ m Vt2
⇒ Ek = 0
Jawaban : E
0 comments :
Post a Comment