KONSEP USAHA, DAYA DAN ENERGI.pdf

ENERGI, USAHA, DAN DAYA

Tujuan mempelajari usaha dan energi adalah agar

kalian dapat membedakan konsep energi, usaha, dan daya

serta mampu mencari hubungan antara usaha dan perubahan

energi, sehingga dapat bermanfaat bagi kehidupan sehari-

hari.

Sepeda motor memerlukan bahan bakar bensin untuk dapat bergerak di jalan. Setelah

mesin dihidupkan gaya mesin mendorong sepeda motor bergerak. Selama berpindah

tempat dikatakan sepeda motor melakukan usaha. Usaha sepeda motor adalah

perubahan energi kinetik yang dilakukan sepeda motor.

Busur yang terentang mengandung energi potensial. Ketika anak panah dilepaskan,

energi potensial tersebut berubah menjadi energi kinetik yang dipakai anak panah

untuk bergerak. Hukum kekekalan energi mekanik dipenuhi oleh anak panah selama

bergerak. Energi dan usaha adalah besaran yang belum terukur waktunya. Daya

sudah menyertakan kuantitas waktu karena daya adalah energi tiap satuan waktu.

Matahari sebagai sumber energi utama sangat dibutuhkan bagi segala kehidupan di bumi.

Energi matahari dapat ditangkap secara langsung oleh solar sel. Aliran konveksi udara dapat

menyebabkan angin yang dapat memutarkan kincir angin. Energi putaran kincir dapat

dimanfaatkan untuk memutar mesin-mesin penggilingan atau bahkan turbin pembangkit

listrik. Di Indonesia yang kaya akan gunung api dapat memanfaatkan energi panas bumi

(geotermal) yang melimpah untuk mencukupi kebutuhan energinya .

A. Usaha

Perhatikanlah gambar orang yang sedang menarik balok sejaruh d meter! Orang tersebut

dikatakan telah melakukan kerja atau usaha. Namun perhatikan pula orang yang mendorong

dinding tembok dengan sekuat tenaga. Orang yang mendorong dinding tembok dikatakan

tidak melakukan usaha atau kerja. Meskipun orang tersebut mengeluarkan gaya tekan yang

sangat besar, namun karena tidak terdapat perpindahan kedudukan dari tembok, maka orang

tersebut dikatakan tidak melakukan kerja.

Gambar:

Usaha akan bernilai bila ada perpindahan

Kata kerja memiliki berbagai arti dalam bahasa sehari-hari, namun dalam fisika kata kerja

diberi arti yang spesifik untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan gaya ketika gaya itu

bekerja pada suatu benda. Kata ’kerja’ dalam fisika disamakan dengan kata usaha. Kerja atau

Usaha secara spesifik dapat juga didefinisikan sebagai hasil kali besar perpindahan dengan

komponen gaya yang sejajar dengan perpindahan.

Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh s, maka gaya F melakukan usaha sebesar

W, yaitu

Persamaan usaha dapat dirumuskan sebagai berikut.

W = F . s

W = usaha (joule)

F = gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)

s = perpindahan (m)

Jika suatu benda melakukan perpindahan sejajar bidang

horisontal, namun gaya yang diberikan membentuk

sudut terhadap perpindahan, maka besar usaha yang

dikerjakan pada benda adalah :

W = F . cos . s

Kerja Mandiri

1. Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m, mendapat perlawanan gesekan

dengan papan sebesar 180 newton. Berapa besarnya usaha dilakukan oleh benda

tersebut.

2. Gaya besarnya 60 newton bekerja pada sebuah gaya. Arah gaya membentuk sudut 30o

dengan bidang horizontal. Jika benda berpindah sejauh 50 m. Berapa besarnya usaha ?

Lalu bagaimana menentukan besarnya usaha, jika gaya

yang diberikan tidak teratur. Sebagai misal, saat 5 sekon pertama, gaya yang diberikan pada

suatu benda membesar dari 2 N menjadi 8 N, sehingga benda berpindah kedudukan dari 3 m

menjadi 12 m. Untuk menentukan kerja yang dilakukan oleh gaya yang tidak teratur, maka

kita gambarkan gaya yang sejajar dengan perpindahan sebagai fungsi jarak s. Kita bagi jarak

menjadi segmen-segmen kecil s. Untuk setiap segmen, rata-rata gaya ditunjukkan dari garis

putus-putus. Kemudian usaha yang dilakukan merupakan luas persegi panjang dengan lebar

s dan tinggi atau panjang F. Jika kita membagi lagi jarak menjadi lebih banyak segmen, s

dapat lebih kecil dan perkiraan kita mengenai kerja yang dilakukan bisa lebih akurat. Pada

limit s mendekati nol, luas total dari banyak persegi panjang kecil tersebut mendekati luas

dibawah kurva.

Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya yang tidak

beraturan pada waktu memindahkan sebuah benda

antara dua titik sama dengan luas daerah di bawah

kurva.

Pada contoh di samping :

W = ½ . alas . tinggi

W = ½ . ( 12 – 3 ) . ( 8 – 2 )

W = 27 joule

Kerja Kelompok

Lakukan diskusi tentang besar usaha yang dilakukan suatu benda, jika lintasan tempuh yang

dilakukan benda berbeda-beda! Buatlah argumen yang dapat menunjukkan alasan-alasan

yang dikemukaan, baik dalam bentuk narasi maupun dalam bentuk diagram dan gambar!

B. Energi

Energi merupakan salah satu konsep yang penting dalam sains. Meski energi tidak dapat

diberikan sebagai suatu definisi umum yang sederhana dalam beberapa kata saja, namun

secara tradisional, energi dapat diartikan sebagai suatu kemampuan untuk melakukan usaha

atau kerja. Untuk sementara suatu pengertian kuantitas energi yang setara dengan massa

suatu benda kita abaikan terlebih dahulu, karena pada bab ini, hanya akan dibicarakan energi

dalam cakupan mekanika klasik dalam sistem diskrit.

Cobalah kalian sebutkan beberapa jenis energi yang kamu kenal ! Apakah energi-energi yang

kalian kenal bersifat kekal, artinya ia tetap ada namun dapat berubah wujud ? Jelaskanlah

salah satu bentuk energi yang kalian kenali dalam melakukan suatu usaha atau gerak!

Beberapa energi yang akan dibahas dalam bab ini adalah sebagai berikut.

1. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang berkaitan dengan kedudukan suatu benda terhadap suatu

titik acuan. Dengan demikian, titik acuan akan menjadi tolok ukur penentuan ketinggian

suatu benda.

Misalkan sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.

Energi potensial dinyatakan dalam persamaan:

Ep = m . g . h

Ep = energi potensial (joule)

m = massa (joule)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = ketinggian terhadap titik acuan (m)

Persamaan energi seperti di atas lebih tepat dikatakan sebagai energi potensial gravitasi. Di

samping energi potensial gravitasi, juga terdapat energi potensial pegas yang mempunyai

persamaan:

Ep = ½ . k. x2 atau Ep = ½ . F . x

Ep = energi potensial pegas (joule)

k = konstanta pegas (N/m)

x = pertambahan panjang (m)

F = gaya yang bekerja pada pegas (N)

Gambar:

Mobil mainan memanfaatkan energi pegas diubah menjadi energi kinetik

Di samping energi potensial pegas, juga dikenal energi potensial gravitasi Newton, yang

berlaku untuk semua benda angkasa di jagad raya, yang dirumuskan:

Ep = – G M.m / r2

Ep = energi potensial gravitasi Newton (joule) selalu bernilai negatif. Hal ini menunjukkan

bahwa untuk memindahkan suatu benda dari suatu posisi tertentu ke posisi lain

yang jaraknya lebih jauh dari pusat planet diperlukan sejumlah energi (joule)

M = massa planet (kg)

m = massa benda (kg)

r = jarak benda ke pusat planet (m)

G = tetapan gravitasi universal = 6,672 x 10-11

N.m2/kg

2

2. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang berkaitan dengan gerakan suatu benda. Jadi, setiap benda

yang bergerak, dikatakan memiliki energi kinetik. Meski gerak suatu benda dapat dilihat

sebagai suatu sikap relatif, namun penentuan kerangka acuan dari gerak harus tetap dilakukan

untuk menentukan gerak itu sendiri.

Persamaan energi kinetik adalah :

Ek = ½ m v2

Ek = energi kinetik (joule)


v = kecepatan gerak suatu benda (m/s)

Gambar:

Energi kimia dari bahan bakar diubah menjadi energi kinetik oleh mobil

3. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi total yang dimiliki benda, sehingga energi mekanik dapat

dinyatakan dalam sebuah persamaan:

Em = Ep + Ek

Energi mekanik sebagai energi total dari suatu benda bersifat kekal, tidak dapat dimusnahkan,

namun dapat berubah wujud, sehingga berlakulah hukum kekekalan energi yang dirumuskan:

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

Mengingat suatu kerja atau usaha dapat terjadi manakala adanya sejumlah energi, maka perlu

diketahui, bahwa berbagai bentuk perubahan energi berikut akan menghasilkan sejumlah

usaha, yaitu:

W = F . s

W = m g (h1 – h2)

W = Ep1 – Ep2

W = ½ m v22 – ½ m v1

2

W = ½ F x

W = ½ k x2

Keterangan :

W = usaha (joule)

F = gaya (N)


g = percepatan gravitasi (umumnya 10 m/s2 untuk di bumi, sedang untuk di planet

lain dinyatakan dalam persamaan g = G M/r2)

h1 = ketinggian awal (m)

h2 = ketinggian akhir (m)

v1 = kecepatan awal (m)

v2 = kecepatan akhir (m)

k = konstanta pegas (N/m)

x = pertambahan panjang (m)

Ep1 = energi potensial awal (joule)

Ep2 = energi potensial akhir (joule)

Dengan mengkombinasi persamaan-persamaan di atas, maka dapat ditentukan berbagai nilai

yang berkaitan dengan energi. Di samping itu perlu pula dicatat tentang percobaan James

Prescott Joule, yang menyatakan kesetaraan kalor – mekanik. Dari percobaannya Joule

menemukan hubungan antara satuan SI joule dan kalori, yaitu :

1 kalori = 4,185 joule atau

1 joule = 0,24 kalor

Tugas Mandiri

Carilah berbagai bentuk energi dan sumber-sumbernya beserta contoh-contohnya.

Presentasikan di depan kelas beberapa bentuk energi yang ada di alam semesta. Kemukakan

pula cara memanfaatkan energi tersebut dan uraikan kelebihan serta kekurangan dari bentuk

energi yang kamu presentasikan!

C. Kaitan Antara Energi dan Usaha

Teorema usaha-energi apabila dalam sistem hanya berlaku energi kinetik saja dapat

ditentukan sebagai berikut.

W = F . s

W = m a.s

W = ½ m.2as

Karena v2

2 = v21 + 2as dan 2as = v

22 – v

21 maka

W = ½ m (v2

2 – v21)

W = ½ m v22 – ½ m v

21

W = Ep

Untuk berbagai kasus dengan beberapa gaya dapat ditentukan resultan gaya sebagai berikut.

Pada bidang datar

- fk . s = ½ m (Vt2 – Vo

2)

F cos – fk . s = ½ m (Vt2 – Vo

2)

Pada bidang miring

- w sin – fk . s =

½ m (Vt2 – Vo

2)

(F cos – w sin – fk) . s = ½ m (Vt2 – Vo

2)

Kerja Mandiri

1. Gaya besarnya 80 newton bekerja pada benda massanya 50 kg. Arah gaya membentuk

sudut 60o dengan horizontal. Hitung kecepatan benda setelah berpindah sejauh 10 m.

D. Daya

Daya adalah kemampuan untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi suatu bentuk energi

lain. Sebagai contoh, jika terdapat sebuah lampu 100 watt yang efisiensinya 100 %, maka tiap

detik lampu tersebut akan mengubah 100 joule energi listrik yang memasuki lampu menjadi

100 joule energi cahaya. Semakin besar daya suatu alat, maka semakin besar kemampuan alat

itu mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.

Kerja Kelompok

Percobaan

Tujuan:

Menunjukkan adanya perubahan suatu bentuk energi menjadi energi lain.

Metode pelaksanaan:

Tempelkan sebuah pegas pada balok yang cukup besar, kemudian di ujung pegas diberi bola

kecil. Semua benda di lantai, maka saat bola kecil ditarik dan kemudian dilepaskan,

selidikilah perubahan energi apa saja yang terjadi dalam percobaan tersebut.

Jika seluruh energi yang masuk diubah menjadi energi dalam bentuk lain, maka dikatakan

efisiensi alat tersebut adalah 100 % dan besar daya dirumuskan:

P = W / t

P = daya (watt)

W = usaha (joule)

t = waktu (s)

Namun mengingat dalam kehidupan sehari-hari sukar ditemukan kondisi ideal, maka

dikenallah konsep efisiensi. Konsep efisiensi yaitu suatu perbandingan antara energi atau

daya yang dihasilkan dibandingkan dengan usaha atau daya masukan. Efisiensi dirumuskan

sebagai berikut.

= Wout / Win x 100 % atau = Pout / Pin x 100 %

= efisiensi (%)

Wout = usaha yang dihasilkan (joule)

Win = usaha yang dimasukkan atau diperlukan (joule)

Pout = daya yang dihasilkan (watt)

Pin = daya yang dimasukkan atau dibutuhkan (watt)

Kerja Mandiri

Selesaiakan permasalahan berikut ini!

Berilah gambaran singkat tentang ilustrasi berikut ini! Bergantung pada faktor apa sajakah

usaha bangsa Mesir primitif dalam membengun piramid? Berapa daya yang dibutuhkan?

Jelaskan pula efisiensinya!

Perhatikan contoh-contoh soal berikut!

Contoh:

1) 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

2) 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

3) 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

4) 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

5) 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

6) 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

7) 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

8) 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 . v2

2

jika semua ruas dibagi dengan m maka diperoleh :

g.h1 + ½ .v12 = g.h2 + ½ . v2

2

10.12,5 + ½ .02 = 10 . 0 + ½ .v2

2

125 + 0 = 0 + ½ v22

v2 =

v2 = 15,8 m/s

9) 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 . v2

2

g.h1 + ½ .v12 = g.h2 + ½ . v2

2

10.6 + ½ .02 = 10 . 0 + ½ .v2

2

60 + 0 = 0 + ½ v22

v2 =

v2 = 10,95 m/s

10) 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 v1

2

W = ½ . 500 . 303 – ½ . 500 . 0

2 ( catatan : 108 km/jam = 30 m/s)

W = 225.000 joule

11) 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.

12) 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

13) 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

14) 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!

15) 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 v1

2 (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

Soal-soal Ulangan 5

Soal-soal Pilihan Ganda

Pilihlah jawaban yang paling tepat!

1. Sebuah balok ditarik di atas lantai dengan gaya 25 N mendatar sejauh 8 m. Usaha yang

dilakukan pada balok adalah … .

a. 25 joule d. 200 joule

b. 50 joule e. 250 joule

c. 100 joule

2. Gaya 40 N digunakan untuk menarik sebuah benda pada lantai datar. Jika tali yang

digunakan untuk menarik benda membentuk sudut 45°, sehingga benda berpindah

sejauh 42 m, maka besar usaha yang dilakukan adalah … .

a. 40 joule d. 210 2 joule

b. 120 joule e. 450 2 joule

c. 160 joule

3. Sebuah mobil mainan mempunyai kedudukan yang ditunjukkan oleh grafik pada gambar

berikut. Usaha yang dilakukan mobil mainan untuk berpindah dari titik asal ke

kedudukan sejauh 8 meter adalah … .



c. 45 joule

4. Sebuah balok bermassa 3 kg didorong ke atas bidang miring kasar. Jika gaya dorong 24 N

ke atas sejajar bidang miring dengan kemiringan 37° dan gaya gesek balok dan bidang

miring 3 N, sehingga balok berpindah sejauh 2 m, maka usaha total pada balok adalah

… .



c. 8 joule

5. Sebuah bola bemassa 1 kg menggelinding dengan kecepatan tetap 4 m/s, maka energi

kinetik bola adalah … .



c. 3 joule

6. Energi potensial benda bermassa 6 kg pada ketinggian 5 meter adalah … .



c. 300 joule

7. Usaha untuk memindahkan balok bermassa 0,25 kg dari ketinggian 1 m ke ketinggian 6 m

adalah … .

a. – 12,5 joule d. 8,25 joule

b. – 8,25 joule e. 12,25 joule

c. – 6 joule

8. Usaha untuk menggerakkan sepeda bermassa 100 kg dari keadaan diam menjadi

berkecepatan 18 km/jam adalah … .

a. 12.500 joule d. 19.500 joule

b. 18.000 joule e. 20.500 joule

c. 18.500 joule

9. Kelereng dilempar ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan 8 m/s. Kecepatan

kelereng saat ketinggiannya 2 m saat bergerak ke atas adalah … .

a. 36 m/s d. 8 m/s

b. 26 m/s e. 6 m/s

c. 2 m/s

10. Sebuah balok bermassa 400 gram dijatuhkan dari ketinggian 2 m ke permukaan tanah.

Jika di permukaan tanah terdapat pegas dengan konstanta 100 N/m, maka pegas akan

tertekan sebesar … .

a. 0,1 m d. 0,4 m

b. 0,2 m e. 0,5 m

c. 0,3 m

11. Agar sebuah motor bermassa 300 kg berhenti dari kecepatan 36 km/jam sejauh 5 m, maka

besar gaya pengereman yang perlu dilakukan adalah … .

a. 1.000 N d. 4.000 N

b. 2.000 N e. 5.000 N

c. 3.000 N

12. Sebuah mesin dapat menurunkan benda 10 kg dari ketinggian 4 m ke permukaan tanah

dalam 2 sekon. Daya dari mesin tersebut adalah … .

a. 125 watt d. 275 watt

b. 200 watt e. 300 wat

c. 250 watt

13. Sebuah mobil mempunyai mesin dengan kekuatan 1000 daya kuda. Jika 1 hp = 746 watt,

maka daya keluaran mesin dengan efisiensi mesin 90 % adalah … .

a. 7,460 . 105 watt d. 6,714 . 10

5 watt

b. 7,460 . 104 watt e. 6,714 . 10

4 watt

c. 7,460 . 103 watt

14. Air terjun pada ketinggian 40 m mengalirkan air sebanyak 150.000 kg/menit. Jika

efisiensi generator 50 %, maka daya yang dihasilkan generator adalah … .

a. 525 kW d. 450 kW

b. 500 kW e. 400 kW

c. 475 kW

15. Benda bermassa 840 gram jatuh dari ketinggian 10 m. Jika seluruh energi potensial benda

dapat diubah menjadi kalor (1 kalori = 4,2 joule), maka energi kalor yang terjadi (dalam

kalori) adalah … .

a. 5 d. 20

b. 10 e. 30

c. 15

16. Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian 125 m. Jika energi potensial awalnya 2500

joule, maka :

(1) massa benda 2,5 kg

(2) benda sampai di tanah setelah 6,25 sekon

(3) kecepatan saat mencapai tanah adalah 50 m/s

(4) tepat saat menyentuh tanah energi kinetiknya 1250 joule

Dari pernyataan di atas yang benar adalah … .

a. (1), (2), dan (3) d. (4) saja

b. (1) dan (3) e. semua benar

c. (2) dan (4)

17. Sebuah motor dengan kecepatan 18 km/jam dalam waktu 5 sekon diberhentikan. Jika

massa motor 100 kg, maka:

(1) perlambatan motor sebesar 1 m/s2

(2) usaha yang diperlukan untuk menghentikan motor adalah – 1.250 joule

(3) gaya rem untuk menghentikan gerak motor sebesar – 100 N

(4) motor berhenti setelah menempuh jarak 12,5 m

Dari pernyataan di atas yang benar adalah….

a. (1), (2) dan (3) d. (4) saja


c. (2) dan (4)

18. Sebuah pegas yang digetarkan, maka pada titik setimbangnya berlaku :

(1) Energi kinetik maksimum

(2) Energi potensial minimum

(3) percepatan nol

(4) energi potensial nol


a. (1), (2) dan (3) d. (4) saja


c. (2) dan (4)

19. Saat sebuah peluru ditembakkan vertikal ke atas dari permukaan tanah, maka berlaku …

(1) di permukaan tanah energi kinetik minimum

(2) di permukaan tanah energi potensial maksimum

(3) di titik tertinggi energi kinetik maksimum

(4) di titik tertinggi energi potensial maksimum


a. (1), (2) dan (3) d. (4) saja


c. (2) dan (4)

20. Saat sebuah benda mengalami gerak jatuh bebas dari ketinggian h, maka berlaku …

(1) di titik tertinggi energi kinetiknya maksimum

(2) di titik tertinggi energi kinetiknya minimum

(3) di titik terendah energi potensialnya maksimum

(4) di titik terendah energi potensialnya minimum


a. (1), (2) dan (3) d. (4) saja


c. (2) dan (4)

Jawablah dengan singkat dan jelas!

1. Sebuah balok dengan massa 5 kg ditarik gaya mendatar 6 N. Tentukan usaha untuk

memindahkan balok sejauh 3 m!

2. Jika balok ditarik gaya 7 N, dan gaya gesek yang menghambat gerak balok 2 N, sehingga

balok berpindah 2 m, maka tentukan usaha yang dilakukan!

3. Tentukan usaha untuk memindahkan buku 200 gram yang terletak di permukaan tanah,

agar dapat diletakkan di atas meja setinggi 1,25 m!

4. Buah apel bermassa 100 gram jatuh dari ketinggian 2 m. Tentukan kecepatan buah apel

saat menyentuh tanah!

5. Tentukan besar usaha yang diperlukan, jika balok bermassa 10 kg di atas lantai licin ditarik

gaya 20 N membentuk sudut 63° terhadap horisontal, sehingga balok berpindah sejauh

5 m!

6. Tentukan energi potensial benda bermassa 2,5 kg pada ketinggian 3 m!

7. Tentukan energi kinetik benda 3 kg berkecepatan 18 km/jam !

8. Benda 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 6,25 m. Tentukan kecepatan benda saat mencapai

tanah!

9. Pada puncak bidang miring licin dengan kemiringan 37° sebuah balok diam dilepaskan.

Jika panjang bidang miring 2 m, dan massa balok 0,5 kg, tentukan kecepatan balok di

dasar bidang miring!

10. Sebuah mobil dengan rem blong dan berkecepatan 36 km/jam menaiki tanjakan dengan

kemiringan 37°. Berapa besar gaya gesek roda dan jalan tanjakan itu sehingga mobil

berhenti?

11. Akmal menaiki tangga setinggi 4 m dalam waktu 5 sekon. Tentukan daya yang dimiliki

Akmal!

12. Sebuah balok 200 gram dengan kecepatan 2 m/s bergerak di atas lantai datar licin. Jika di

depan balok terdapat pegas dengan konstanta 200 N/m, maka tentukan berapa besar

pegas akan tertekan hingga balok tersebut berhenti!

13. Jika benda 2 kg yang bergerak dengan kecepatan 2 m/s dilewatkan pada bidang kasar

sehingga berhenti dalam 0,5 m, maka tentukan gaya gesek yang menghentikan balok

tersebut!

14. Jika kelereng 100 gram dilempar Hafidz dengan kecepatan awal 10 m/s, maka tentukan

energi potensial kelereng saat ketinggiannya ½ dari ketinggian maksimalnya!

15. Sebuah peluru bermassa 40 gram ditembakkan Kopral Joko dengan sudut elevasi 53° dan

kecepatan awal 20 m/s. Tentukan energi total peluru di titik tertinggi!

Rangkuman

1. Usaha adalah hasil kali resultan gaya dengan perpindahan, dirumuskan sebagai berikut:

2. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda bergerak, dirumuskan sebagai berikut:

3. Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya, dirumuskan sebagai

berikut:

4. Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi mekanik, dirumuskan sebagai

berikut:

5. Usaha pada arah mendatar sama dengan perubahan energi kinetik

6. Usaha pada arah vertikal sama dengan perubahan energi potensial

7. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

8. Daya adalah energi tiap satuan waktu

P = W/t

Glosarium

Daya = energi tiap satuan waktu

Energi = kemampuan untuk melakukan usaha

Energi kinetik = energi yang dimiliki benda karena kecepatannya.

Energi mekanik = energi total yang dimiliki benda.

Energi potensial = energi yang dimiliki benda karena kedudukannya.

Energi potensial gravitasi = energi yang dimiliki benda karena ketinggian dari pusat

bumi.

Energi potensial pegas = energi yang dimiliki oleh pegas

Gaya = tarikan atau dorongan oleh sumber gaya pada suatu benda.

Efisiensi = prosentase perbandingan antara nilai keluaran dengan nilai masukan.

Perubahan energi = energi hanya dapat berubah bentuk, tidak bisa hilang dan tidak dapat

diciptakan.

Usaha = hasil kali antara gaya dan perpindahan.

KONSEP USAHA, DAYA DAN ENERGI.pdf

Documents

Transcript of KONSEP USAHA, DAYA DAN ENERGI.pdf