KUMPULAN SOAL SOAL

1. Sebuah bola sepak bermassa 150 gram ditendang oleh Ronaldo dan bola tersebut bergerak lurus menuju gawang dengan laju 30 m/s. Hitunglah :
a) energi kinetik bola tersebut
b) berapa usaha yang dilakukan Ronaldo pada bola untuk mencapai laju ini, jika bola mulai bergerak dari keadaan diam ?

panduan jawaban :
a) Energi Kinetik bola
EK= ½ mv2 = ½ (0,15 kg) (30 m/s2)2 = 67,5 Joule
b) Usaha total
W = EK2 – EK1
EK2 = 67,5 Joule
EK1 = ½ mv2 = ½ m (0) = 0 — laju awal bola (vo) = 0
Dengan demikian, usaha total :
W = 67,5 Joule – 0 = 67,5 Joule

2 :Berapa usaha yang diperlukan untuk mempercepat gerak sepeda motor bermassa 200 kg dari 5 m/s sampai 20 m/s ?
Panduan jawaban :
Pertanyaan soal di atas adalah berapa usaha total yang diperlukan untuk mempercepat gerak motor.
W = EK2 – EK1
Sekarang kita hitung terlebih dahulu EK1 dan EK2
EK1 = ½ mv12 = ½ (200 kg) (5 m/s)2 = 2500 J
EK2 = ½ mv22 = ½ (200 kg) (20 m/s)2 = 40.000 J
Energi total :
W = 40.000 J – 2.500 J
W = 37.500 J

3. bayu mendorong meja yang massanya 4 kg dgn percepatan 2m/s" sejauh 5 m. berapkah usahanya??

jawab:
W = Fs
= mas
= 4 kg 2 m/s" 5 m
= 40 joule




4) Sebuah benda bergerak dengan gaya 8 n sejauh 2,5 m, Tentukan Usaha !

Jawab : W = F X S
= 8N X 2,5 m
= 20 J

5) Sebuah benda bermassa 25 kg diangkat 3 meter selama 5 detik, Hitung Potensial energy dan Daya!! jika g = 10m/s2

Jawab :

Potensial Energy
M X G X H
25 kg X 3 M X 10 m/s2
= 750 J

Daya
W:T
750 : 5
= 150 Wat

6. Sebuah palu bermassa 2 kg berkecepatan 20 m/det. menghantam sebuah paku, sehingga paku itu masuk sedalam 5 cm ke dalam kayu. Berapa besar gaya tahanan yang disebabkan kayu ?
Jawab:
Karena paku mengalami perubahan kecepatan gerak sampai berhenti di dalam kayu, make kita gunakan prinsip Usaha-Energi:
F. S = Ek akhir - Ek awal
F . 0.05 = 0 - 1/2 . 2(20)2
F = - 400 / 0.05 = -8000 N
(Tanda (-) menyatakan bahwa arah gaya tahanan kayu melawan arah gerak paku ).
7. Benda 3 kg bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s pada sebuah bidang datar kasar. Gaya sebesar 20Ö5 N bekerja pada benda itu searah dengan geraknya dan membentuk sudut dengan bidang datar (tg a = 0.5), sehingga benda mendapat tambahan energi 150 joule selama menempuh jarak 4m.
Hitunglah koefisien gesek bidang datar tersebut ?
Jawab:
Fx = F cos a = 20Ö5 = 40 N
Fy = F sin a = 20Ö5 . 1Ö5 = 20 N
S Fy = 0 (benda tidak bergerak pada arah y)
Fy + N = w ® N = 30 - 20 = 10 N
Gunakan prinsip Usaha-Energi
S Fx . S = Ek
(40 - f) 4 = 150 ® f = 2.5 N
8. Sebuah pegas agar bertambah panjang sebesar 0.25 m membutuhkan gaya sebesar 18 Newton. Tentukan konstanta pegas dan energi potensial pegas !
Jawab:
Dari rumus gaya pegas kita dapat menghitung konstanta pegas:
Fp = - k Dx ® k = Fp /Dx = 18/0.25 = 72 N/m
Energi potensial pegas:
Ep = 1/2 k (D x)2 = 1/2 . 72 (0.25)2 = 2.25 Joule
9. Seorang bermassa 60 kg menaiki tangga yang tingginya 15 m dalam waktu 2 menit. Jika g = 10 m/det2, berapa daya yang dikeluarkan orang tersebut?
Jawab:
P = W/t = mgh/t = 60.10.15/2.60 = 75 watt.
10. Sebuah mobil yang massanya 1000 kg bergerak dengan kecepatan 15 m/s. Berapa energi kinetik yang dimiliki mobil tersebut ?
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 1000 kg
v = 15 m/s
Ditanyakan : Ek = ……… ?
Jawab :
Ek = ½ m.v2
Ek = ½ 1000 kg.(15 m/s)2
Ek = ½ 1000 kg.225 m2/s2
Ek = 112500 kg m2/s2
Jadi energi kinetik yang dimiliki oleh mobil tersebut adalah 112500 joule.

11. belas mendorong mobil yang massanya 40 kg dgn percepatan 2 m/s2 sejauh 4 m. berapkah usahanya??
dik : m = 40 kg
a = 2 m/s2
s = 4 m
dit w….?
jawab: W = F.s
= m.a.s
= 40 kg x 2 m/s2 x 4 m
= 320 joule


12. Buah durian tergantung pada tangkai pohonnya setinggi 8 meter, jika massa durian 2 kg dan percepatan gravitasi 10 N/kg, berapa energi potensial yang dimiliki durian tersebut ?
Penyelesaian :
Diketahui :
h = 8 meter
m = 2 kg
g = 10 N/kg
Ditanyakan : Ep = ……… ?
Jawab :
Ep = m.g.h
Ep = 2 kg. 10 N/kg. 8 m
Ep = 160 Nm
Ep = 160 J

Jadi energi potensial yang dimiliki oleh buah durian adalah 160 joule.
13. Sebuah benda dengan massa 5 kg jatuh dari ketinggian 8 m ke tanah, jika g = 10 m/s2. Berapa energi potensial ketika melayang jatuh?
dik: m= 5 kg
h = 8 m
g = 10 m/s2
dit Ep…?
jawab: Ep = m.g.h
Ep = 5 x 10 x 8
Ep = 400 joule

14. Sebuah mobil dengan massa 120 kg jalan dengan kecepatan 12 m/s. Berapa Energi kinetik ketika menyentuh tanah ?
dik: m = 120 kg
V = 12 m/s
dit Ek….?
jawab: Ek = 1/2 .m.v
Ek = 1/2 x 120 x 12
Ek = 1/2 x 1440
Ek = 720 joule
15. Sebuah partikel bermassa 20 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Berapa daya yang dibutuhkan untuk mengubah kecepatan benda menjadi 20 m/s dalam waktu 6 sekon ?
dik v0 = 10 m/s
vt = 20 m/s
m = 20 kg
t = 6 s
dit
Jawab:
EK0 = ½.m.v0² = ½.20.10² = ½.20.100 = ½.2000 = 1000 J
EKt = ½.m.vt² = ½.20.20² = ½.20.400 = ½.8000 = 4000 J
ΔEK = Ekt – Ek0 = 4000 – 1000 = 3000 J
P = E/t = 3000 J / 6 s = 500 J/s = 500 W
16. Sebuah balok bermassa 1 kg di atas lantai licin. Jika gaya mendatar 2 N digunakan untuk menarik balok, maka tentukan usaha yang dilakukan agar balok berpindah sejauh 3 m!
Penyelesaian:
W = F . s
W = 2 . 3
W = 6 joule
17. Sebuah balok bermassa 5 kg di atas lantai licin ditarik gaya 4 N membentuk sudut 60° terhadap bidang horisontal. Jika balok berpindah sejauh 2 m, maka tentukan usaha yang dilakukan!
Penyelesaian:
W = F . s . cos 
W = 4 . 2 . cos 60°
W = 4 joule
18. Sebuah benda diberi gaya dari 3 N hingga 8 N dalam 5 sekon. Jika benda mengalami perpindahan dari kedudukan 2 m hingga 10 m, seperti pada grafik, maka tentukan usaha yang dilakukan!
Penyelesaian:
Usaha = luas trapesium
Usaha = jumlah garis sejajar x ½ . tinggi
Usaha = ( 3 + 8 ) x ½ . ( 10 – 2 )
Usaha = 44 joule
19. Buah kelapa bermassa 2 kg berada pada ketinggian 8 m. Tentukan energi potensial yang dimilikibuah kelapa terhadap permukaan bumi!
Penyelesaian:
Ep = m . g . h
Ep = 2 . 10 . 8
Ep = 160 N
20. Sebuah sepeda dan penumpangnya bermassa 100 kg. Jika kecepatan sepeda dan penumpannya 72 km/jam, tentukan energio kinetik yang dilakukan pemiliki sepeda!
Penyelesaian:
Ek = ½ . m . v2 ( v = 72 km/jam = 72 x 1000 m / 3600s)
Ek = ½ . 100 . 202
Ek = 20.000 joule
21. Sebuah pegas dengan konstanta pegas 200 N/m diberi gaya sehingga meregang sejauh 10 cm. Tentukan energi potensial pegas yang dialami pegas tersebut!
Penyelesaian:
Ep = ½ . k . x2
Ep = ½ . 200 . 0,12
Ep = ½ joule
22. Buah kelapa 4 kg jatuh dari pohon setinggi 12,5 m. Tentukan kecepatan kelapa saat menyentuh tanah!
Penyelesaian:
Kelapa jatuh memiliki arti jatuh bebas, sehingga kecepatan awalnya nol. Saat jatuh di tanah berarti ketinggian tanah adalah nol, jadi:
m.g.h1 + ½ . m v12 = m.g.h2 + ½ . m . v22
jika semua ruas dibagi dengan m maka diperoleh :
g.h1 + ½ .v12 = g.h2 + ½ . v22
10.12,5 + ½ .02 = 10 . 0 + ½ .v22
125 + 0 = 0 + ½ v22
v2 =
v2 = 15,8 m/s
23. Sebuah benda jatuh dari ketinggian 4 m, kemudian melewati bidang lengkung seperempat lingkaran licin dengan jari-jari 2 m. Tentukan kecepatan saat lepas dari bidang lengkung tersebut!

Penyelesaian :
Bila bidang licin, maka sama saja dengan
gerak jatuh bebas buah kelapa, lintasan
dari gerak benda tidak perlu diperhatikan,
sehingga diperoleh :
m.g.h1 + ½ . m v12 = m.g.h2 + ½ . m . v22
g.h1 + ½ .v12 = g.h2 + ½ . v22
10.6 + ½ .02 = 10 . 0 + ½ .v22
60 + 0 = 0 + ½ v22
v2 =
v2 = 10,95 m/s
24. Sebuah mobil yang mula-mula diam, dipacu dalam 4 sekon, sehingga mempunyai kecepatan 108 km/jam. Jika massa mobil 500 kg, tentukan usaha yang dilakukan!
Penyelesaian:
Pada soal ini telah terdapat perubahan kecepatan pada mobil, yang berarti telah terjadi perubahan energi kinetiknya, sehingga usaha atau kerja yang dilakukan adalah :
W = ½ m v22 – ½ m v12
W = ½ . 500 . 303 – ½ . 500 . 02 ( catatan : 108 km/jam = 30 m/s)
W = 225.000 joul
25. Tentukan usaha untuk mengangkat balok 10 kg dari permukaan tanah ke atas meja setinggi 1,5 m!
Penyelesaian:
Dalam hal ini telah terjadi perubahan kedudukan benda terhadap suatu titik acuan, yang berarti telah terdapat perubahan energi potensial gravitasi, sehingga berlaku persamaan:
W = m g (h1 – h2)
W = 10 . 10 . (0 – 1,5)
W = – 150 joule
Tanda (– ) berarti diperlukan sejumlah energi untuk mengangkat balok tersebut.
26. Sebuah air terjun setinggi 100 m, menumpahkan air melalui sebuah pipa dengan luas penampang 0,5 m2. Jika laju aliran air yang melalui pipa adalah 2 m/s, maka tentukan energi yang dihasilkan air terjun tiap detik yang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin di dasar air terjun!
Penyelesaian:
Telah terjadi perubahan kedudukan air terjun, dari ketinggian 100 m menuju ke tanah yang ketinggiannya 0 m, jadi energi yang dihasilkan adalah :
W = m g (h1 – h2)
Untuk menentukan massa air terjun tiap detik adalah:
Q = A . v (Q = debit air melalui pipa , A = luas penampang , v = laju aliran air)
Q = 0,5 . 2
Q = 1 m3/s
Q = (V = volume, t = waktu, dimana t = 1 detik)
1 =
V = 1 m3
 = ( = massa jenis air = 1000 kg/m3, m = massa air)
1000 =
m = 1000 kg
W = m g (h1 – h2)
W = 1000 . 10 . (100 – 0)
W = 1.000.000 joule
27. Sebuah peluru 20 gram ditembakkan dengan sudut elevasi 30° dan kecepatan awal 40 m/s. Jika gaya gesek dengan udara diabaikan, maka tentukan energi potensial peluru pada titik tertinggi!
Penyelesaian:
Tinggi maksimum peluru dicapai saat vy = 0 sehingga :
vy = vo sin  – g .t
0 = 40 . sin 30° – 10 . t
t = 2 s
Sehingga tinggi maksimum peluru adalah :
y = vo . sin  . t – ½ . g . t2
y = 40 . sin 30° . 2 – ½ . 10 . 22
y = 20 m (y dapat dilambangkan h, yang berarti ketinggian)
Jadi energi potensialnya :
Ep = m . g . h (20 gram = 0,02 kg)
Ep = 0,02 . 10 . 20
Ep = 4 joule
28. Sebuah benda bermassa 0,1 kg jatuh bebas dari ketinggian 2 m ke hamparan pasir. Jika benda masuk sedalam 2 cm ke dalam pasir kemudian berhenti, maka tentukan besar gaya rata-rata yang dilakukan pasir pada benda tersebut!
Penyelesaian:
Terjadi perubahan kedudukan, sehingga usaha yang dialami benda:
W = m g (h1 – h2)
W = 0,1 . 10 . (2 – 0)
W = 2 joule
W = – F . s
2 = – F . 0,02 ( 2 cm = 0,02 m)
F = – 100 N
tanda (-) berarti gaya yang diberikan berlawanan dengan arah gerak benda!
29. Sebuah balok ditarik gaya F = 120 N yang membentuk sudut 37o terhadap arah horizontal.



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


Pembahasan

30. Balok bermassa 2 kg berada di atas permukaan yang licin dipercepat ari 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:


31. Benda 10 kg hendak digeser melalui permukaan bidang miring yang licin seperti gambar berikut!



Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut!

Pembahasan
Mencari usaha dengan selisih energi potensial :


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



Tentukan besarnya usaha hingga detik ke 12!

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


33. Sebuah 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


34. Suatu benda pada permukaan bumi menerima energi gravitasi Newton sebesar 10 joule. Tentukan energi potensial gravitasi Newton yang dialami benda pada ketinggian satu kali jari-jari bumi dari permukaan bumi!
Penyelesaian:



= 2,5 joule

35. Sebuah mobil bermassa 1 ton dipacu dari kecepatan 36 km/jam menjadi berkecepatan 144 km/jam dalam 4 sekon. Jika efisiensi mobil 80 %, tentukan daya yang dihasilkan mobil!
Penyelesaian:
Terjadi perubahan kecepatan, maka usaha yang dilakukan adalah:
W = ½ m v22 – ½ m v12 (1 ton = 1000 kg, 144 km/jam = 40 m/s, 36 km/jam = 10 m/s)
W = ½ 1.000 .(40)2 – ½ 1.000 . (10 )2
W = 750.000 joule
P =
P =
P = 187.500 watt
 =
80 % =
Pout = 150.000 watt

36. Sebuah balok bermassa 1 kg di atas lantai licin. Jika gaya mendatar 5 N digunakan untuk menari balok, maka tentukan usaha yang dilakukan agar balok berpindah sejauh 4 m!
Penyelesaian:
W = F . s
W = 5 . 4
W = 20 joule

37. ) Buah kelapa bermassa 5 kg berada pada ketinggian 8 m. Tentukan energi potensial yang dimilikibuah kelapa terhadap permukaan bumi!
Penyelesaian:
Ep = m . g . h
Ep = 5 . 10 . 8

38. Sebuah sepeda dan penumpangnya bermassa 100 kg. Jika kecepatan sepeda dan penumpannya 72 km/jam, tentukan energio kinetik yang dilakukan pemiliki sepeda!
Penyelesaian:
Ek = ½ . m . v2 ( v = 72 km/jam = 72 x 1000 m / 3600s)
Ek = ½ . 100 . 202
Ek = 20.000 joule

39. Sebuah partikel bermassa 10 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Berapa daya yang dibutuhkan untuk mengubah kecepatan benda menjadi 20 m/s dalam waktu 5 sekon ?
Penyelesaian:
EK_awal = ½mvo² = ½.10.10² = 500 J
EK_akhir = ½mv² = ½.10.20² = 2000 J
ΔEK = 1500 J
P = E/t = 1500 J / 5 s = 300 J/s = 300 W

40. buah mangga yang ranum dan mengundang selera mengelayut pada tangkai pohon mangga yang berjarak 12 meter dari permukaan tanah. Jika massa buah mangga tersebut 0,15 kg, berapakah energi potensialnya?(g= 10 m/s2)
Penyelesaian:
diketahui:
h = 12 m
m = 0,15 kg
g = 10 m/s2
ditanya: Ep.........?
jawab:
Ep = m.g.h
Ep = (0.15 kg) . (10 m/s2) . (12 m)
Ep = 18 joule
41. Buah durian tergantung pada tangkai pohonnya setinggi 8 meter, jika massa durian 2 kg dan percepatan gravitasi 10 N/kg, berapa energi potensial yang dimiliki durian tersebut?
Penyelesaian :
Diketahui :
h = 8 meter
m = 2 kg
g = 10 N/kg
Ditanyakan : Ep = ……… ?
Jawab :
Ep = m.g.h
Ep = 2 kg. 10 N/kg. 8 m
Ep = 160 Nm
Ep = 160 J
42. bayu mendorong meja yang massanya 4 kg dgn percepatan 2m/s2 sejauh 5 m. berapkah usahanya?
jawab:

43.Sebuah benda dengan massa 0,5 kg jatuh dari ketinggian 4m ke tanah, jika g = 10 m/s2, hitunglah energi potensial ketika melayang jatuh

Jawab:
Diketahui :
m= o,5 kg
h = 4m
g = 10 m/s2

Jawab :
Ep = M.g.h
=0,5 kg . 4 m. 10 m/s2
= 20 J

44.Sebuah benda bermassa 25 kg diangkat 3 meter selama 5 detik, Hitung energi Potensial dan Daya! jika g = 10m/s2
Jawab :
Energi potensial = m x g x h
= 25 kg X 3 M X 10 m/s2 = 750 J
Daya


p = 150 Watt

45.Sebuah benda bergerak dengan gaya 8 n sejauh 2,5 m, Tentukan Usaha !
Jawab :
W = F.S
= 8 N . 2,5 m
= 20 J
46.Sebuah benda dengan massa 5 kg jatuh dari ketinggian 8 m ke tanah, jika g = 10 m/s2. Berapa energi potensial ketika melayang jatuh?
Dik: m = 5 kg
h = 8 m
g = 10 m/s2
Dit: Ep…?
Jawab: Ep = m.g.h
Ep = 5 x 10 x 8
Ep = 400 joule

47.Sebuah mobil dengan massa 120 kg jalan dengan kecepatan 12 m/s. Berapa Energi kinetik ketika menyentuh tanah ?
dik: m = 120 kg
V = 12 m/s
dit Ek….?
jawab: Ek = 1/2 .m.v
Ek = x 120 x 12
Ek = 1/2 x 1440
Ek = 720 joule

48. Sebuah partikel bermassa 20 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Berapa daya yang dibutuhkan untuk mengubah kecepatan benda menjadi 20 m/s dalam waktu 6 sekon ?
diketahui
v0 = 10 m/s
vt = 20 m/s
m = 20 kg
t = 6 s
ditanya
Jawab:
Ek0 = ½.m.v0² = ½.20.10² = ½.20.100 = ½.2000 = 1000 J
Ekt = ½.m.vt² = ½.20.20² = ½.20.400 = ½.8000 = 4000 J
ΔEk = Ekt – Ek0 = 4000 – 1000 = 3000 J
P= 3000 J / 6 s = 500 J/s = 500 W
49. Sebuah balok bermassa 5 kg di atas lantai licin ditarik gaya 4 N membentuk sudut 60° terhadap bidang horisontal. Jika balok berpindah sejauh 2 m, maka tentukan usaha yang dilakukan!
Penyelesaian:
W = F . s . cos 
W = 4 . 2 . cos 600
W = 4 joule
50. Sebuah balok bermassa 1 kg di atas lantai licin. Jika gaya mendatar 2 N digunakan untuk menarik balok, maka tentukan usaha yang dilakukan agar balok berpindah sejauh 3 m!
Penyelesaian:
W = F . s
W = 2 N . 3 m
W = 6 joule