Fisika Brain - Pembahasan soal fisika tentang daya, usaha, dan waktu. Kumpulan soal ini membahas tentang hubungan antara usaha, daya, dan waktu. Soal pilihan berganda ini disusun sedemikian rupa untuk membantu murid memahami hubungan antara usaha dan daya serta beberapa besaran lain yang umum keluar dalam pembahasan usaha seperti gaya, waktu, dan kecepatan.
Beberapa model soal yang akan dibahas antaralain menentukan daya yang dilakukan jika usaha dan waktu diketahui, menentukan hubungan daya dengan perubahan energi potensial, menentukan hubungan antara daya, gaya, dan kecepatan, menentukan energi potensial benda jika dayanya diketahui, dan sebagainya.
A. 250 watt
B. 300 watt
C. 500 watt
D. 650 watt
E. 1000 watt
Petunjuk penyelesaian:
Laju energi atau daya merupakan hasil bagi antara usaha dengan waktu. Daya yang dihasilkan menyatakan banyaknya energi yang digunakan persatuan waktu. Hubungan antara usaha, daya, dan waktu secara matematis ditulis sebagai berikut:
⇒ P = W/t
Keterangan :
t = waktu yang dibutuhkan (s)
W = besar usaha yang dilakukan mesin (J)
P = daya yang dihasilkan mesin (Watt)
Karena usaha yang dilakukan murid dalam memanjat pohon menyebabkan ketinggiannya berubah, maka besar usaha yang dilakukannya akan sama dengan besar perubahan energi potensialnya.
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Δh = perubahan ketinggian benda (m)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Berdasarkan soal :
Dik : m = 50 kg, h = 4 m, t = 8 s
Dit : P = ... ?
Daya yang dihasilkan selama proses tersebut:
⇒ P = 250 watt.
Contoh #2
Andi menjatuhkan sebuah batu dari ketinggian 20 meter sehingga batu bergerak jatuh bebas. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka kecepatan batu setelah berpindah sejauh 5 meter dari posisi awalnya adalah ....
A. 10√3 m/s
B. 10 m/s
C. 8 m/s
D. 5√3 m/s
E. 5 m/s
A. 30 watt
B. 25 watt
C. 15 watt
D. 10 watt
E. 8 watt
Petunjuk penyelesaian:
Dalam proses ini, pompa air melakukan dua kali usaha, yaitu usaha untuk menaikkan air dari kedalaman 4 meter dan usaha untuk memancurkan air keluar pipa. Usaha yang pertama menyebabkan perubahan energi potensial dan usaha yang kedua menyebabkan perubahan energi kinetik.
Berdasarkan soal:
Dik : V = 20 liter, m = 20 (1) = 20kg, h = 4 m, v = 10 m/s, t = 1 menit = 60 s
Dit : P = ... ?
Usaha menaikkan air ke atas:
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
⇒ W = 20 (10) (4 - 1)
⇒ W = 800 Joule
Usaha menyemburkan air keluar:
⇒ W = ΔEk
⇒ W = ½ m v2
⇒ W = ½ (20) 102
⇒ W = 1000 Joule
Daya yang dihasilkan pompa:
⇒ P = W/t
⇒ P = (1000 + 800)/60
⇒ P = 1800/60
⇒ P = 30 watt.
Contoh #4
Sebuah bola pejal bermassa 1 kg dilempar vertikal ke atas dari tanah dengan kecepatan awal 40 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka besar energi kinetik benda saat mencapai ketinggian 20 meter di atas permukaan tanah adalah ....
A. 600 J
B. 500 J
C. 300 J
D. 200 J
E. 100 J
A. 15 sekon
B. 10 sekon
C. 8 sekon
D. 6 sekon
E. 4 sekon
Petunjuk penyelesaian:
Karena pergerakan lift adalah ke atas, maka akan terjadi perubahan ketinggian. Perubahan ketinggian menyebabkan perubahan energi potensial. Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh mesin lift untuk menggerakkan lift tersebut sama dengan perubahan energi potensial.
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Δh = perubahan ketinggian benda (m)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Untuk menentukan waktu yang dibutuhkan jika besar usaha dan dayanya diketahui, dapat digunaan rumus berikut:
⇒ P = W/t
⇒ t = W/P
Keterangan :
t = waktu yang dibutuhkan (s)
W = besar usaha yang dilakukan mesin (J)
P = daya yang dihasilkan mesin (Watt)
Berdasarkan soal :
Dik : m = 800 + 6(50) = 1100 kg, h = 10 m, P = 11.000 Watt, g = 10 m/s2
Dit : t = ... ?
Waktu yang dibutuhkan :
⇒ t = 110/11
⇒ t = 10 sekon.
Contoh #6
Sebuah peti bermassa 80 kg dinaikkan dari tanah ke atas truk menggunakan bidang miring. Jika tinggi truk 1,5 meter dan percepatan gravitasi 10 m/s2, maka besar usaha yang harus dilakukan untuk menaikkan peti tersebut adalah ....
A. 600 Joule
B. 800 Joule
C. 900 Joule
D. 1000 Joule
E. 1200 Joule
A. 5000 kW
B. 4500 kW
C. 4000 kW
D. 3500 kW
E. 2000 kW
Petunjuk penyelesaian:
Soal ini dapat diselesaikan dengan mudah yaitu dengan menggunakan rumus hubungan antara daya, gaya, dan kecepatan. Jika sebuah gaya menyebabkan benda bergerak dengan kecepatan tertentu, maka besar daya yang dihasilkan adalah sama dengan hasil kali gaya dengan kecepatan benda.
Secara matematis, hubungan daya, gaya, dan kecepatan ditulis:
⇒ P = F . v
Keterangan :
P = daya yang dihasilkan (Watt)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
v = kecepatan benda (m/s).
Berdasarkan soal:
Dik : v = 250 m/s, F = 20.000 N
Dit : P = ... ?
Daya yang dihasilkan oleh mesin:
⇒ P = F . v
⇒ P = 20.000 (250)
⇒ P = 5.000.000
⇒ P = 5000 kW
Contoh #8
Benda bermassa 2 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya berat setelah benda begerak selama 1 detik adalah ....
A. 500 Joule
B. 400 Joule
C. 100 Joule
D. -400 Joule
E. -500 Joule
A. 12.000 Joule
B. 10.000 Joule
C. 1200 Joule
D. 1000 Joule
E. 800 Joule
Petunjuk penyelesaian:
Daya atau laju energi menunjukkan banyaknya energi yang terpakai dalam satuan waktu. Besar daya yang dihasilkan berbanding lurus dengan besar usaha dan berbanding terbalik dengan waktu. Secara matematis, ditulis sebagai berikut:
⇒ P = W/t
Keterangan :
P = daya atau laju energi (watt atau Joule/s)
W = usaha yang dilakukan (J)
t = waktu (S).
Karena usaha yang dilakukan oleh anak untuk menaiki tangga menyebabkan ketinggian anak berubah, maka besar usaha yang dilakukan oleh anak tersebut akan sama dengan perubahan energi potensialnya.
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Δh = perubahan ketinggian benda (m)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Berdasarkan soal:
Dik : m = 50 kg, t = 1 menit = 60 s, P = 200 watt
Dit : Ep = ... ?
Energi potensial anak di bagian atas tangga:
⇒ P.t = ΔEp
⇒ P.t = Ep - Epo
⇒ P.t = Ep - m.g.ho
⇒ 200 (60) = Ep - 50 (10)(0)
⇒ 12.000 = Ep
⇒ Ep = 12.000 Joule.
Contoh #10
Doni dan Dani menarik sebuah peti bermassa 100 kg secara bersamaan ke kanan. Doni menarik dengan gaya 40 N sedangkan Dani menarik dengan gaya sebesar 30 N membentuk sudut 53o terhadap horizontal.
Jika usaha total yang dilakukan oleh kedua anak tersebut adalah 116 Joule, maka peti berpindah sejauh ....
A. 2 meter
B. 3 meter
C. 4 meter
D. 5 meter
E. 6 meter
Beberapa model soal yang akan dibahas antaralain menentukan daya yang dilakukan jika usaha dan waktu diketahui, menentukan hubungan daya dengan perubahan energi potensial, menentukan hubungan antara daya, gaya, dan kecepatan, menentukan energi potensial benda jika dayanya diketahui, dan sebagainya.
Contoh #1 : Hubungan Usaha, Daya, dan Waktu
Seorang murid yang bermassa 50 kg memanjat sebuah pohon hingga ketinggian 4 meter. Jika murid itu mmebutuhkan waktu selama 8 detik, maka daya yang dihasilkan murid tersebut adalah ....A. 250 watt
B. 300 watt
C. 500 watt
D. 650 watt
E. 1000 watt
Petunjuk penyelesaian:
Laju energi atau daya merupakan hasil bagi antara usaha dengan waktu. Daya yang dihasilkan menyatakan banyaknya energi yang digunakan persatuan waktu. Hubungan antara usaha, daya, dan waktu secara matematis ditulis sebagai berikut:
⇒ P = W/t
Keterangan :
t = waktu yang dibutuhkan (s)
W = besar usaha yang dilakukan mesin (J)
P = daya yang dihasilkan mesin (Watt)
Karena usaha yang dilakukan murid dalam memanjat pohon menyebabkan ketinggiannya berubah, maka besar usaha yang dilakukannya akan sama dengan besar perubahan energi potensialnya.
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Δh = perubahan ketinggian benda (m)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Berdasarkan soal :
Dik : m = 50 kg, h = 4 m, t = 8 s
Dit : P = ... ?
Daya yang dihasilkan selama proses tersebut:
| ⇒ P = | m.g.Δh |
| t |
| ⇒ P = | 50 (10) (4 - 0) |
| 8 |
| ⇒ P = | 2000 |
| 8 |
Jawaban : A
Contoh #2
Andi menjatuhkan sebuah batu dari ketinggian 20 meter sehingga batu bergerak jatuh bebas. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka kecepatan batu setelah berpindah sejauh 5 meter dari posisi awalnya adalah ....
A. 10√3 m/s
B. 10 m/s
C. 8 m/s
D. 5√3 m/s
E. 5 m/s
Contoh #3 : Daya, Energi Potensial, dan Energi Kinetik
Sebuah pompa air dapat menaikkan 20 liter air dari sumur sedalam 4 meter setiap menitnya. Jika pompa menyemburkan air dengan kecepatan 10 m/s, maka daya pompa tersebut adalah ....A. 30 watt
B. 25 watt
C. 15 watt
D. 10 watt
E. 8 watt
Petunjuk penyelesaian:
Dalam proses ini, pompa air melakukan dua kali usaha, yaitu usaha untuk menaikkan air dari kedalaman 4 meter dan usaha untuk memancurkan air keluar pipa. Usaha yang pertama menyebabkan perubahan energi potensial dan usaha yang kedua menyebabkan perubahan energi kinetik.
Berdasarkan soal:
Dik : V = 20 liter, m = 20 (1) = 20kg, h = 4 m, v = 10 m/s, t = 1 menit = 60 s
Dit : P = ... ?
Usaha menaikkan air ke atas:
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
⇒ W = 20 (10) (4 - 1)
⇒ W = 800 Joule
Usaha menyemburkan air keluar:
⇒ W = ΔEk
⇒ W = ½ m v2
⇒ W = ½ (20) 102
⇒ W = 1000 Joule
Daya yang dihasilkan pompa:
⇒ P = W/t
⇒ P = (1000 + 800)/60
⇒ P = 1800/60
⇒ P = 30 watt.
Jawaban : A
Contoh #4
Sebuah bola pejal bermassa 1 kg dilempar vertikal ke atas dari tanah dengan kecepatan awal 40 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka besar energi kinetik benda saat mencapai ketinggian 20 meter di atas permukaan tanah adalah ....
A. 600 J
B. 500 J
C. 300 J
D. 200 J
E. 100 J
Contoh #5 : Daya dan Perubahan Energi Potensial
Sebuah lift yang massanya 800 kg mampu mengangkut 6 penumpang (dengan massa masing-masing penumpang 50 kg) setinggi 10 meter. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2 dan daya yang dihasilkan oleh mesin lift selama proses itu adalah 11.000 watt, maka waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian tersebut adalah ....A. 15 sekon
B. 10 sekon
C. 8 sekon
D. 6 sekon
E. 4 sekon
Petunjuk penyelesaian:
Karena pergerakan lift adalah ke atas, maka akan terjadi perubahan ketinggian. Perubahan ketinggian menyebabkan perubahan energi potensial. Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh mesin lift untuk menggerakkan lift tersebut sama dengan perubahan energi potensial.
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Δh = perubahan ketinggian benda (m)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Untuk menentukan waktu yang dibutuhkan jika besar usaha dan dayanya diketahui, dapat digunaan rumus berikut:
⇒ P = W/t
⇒ t = W/P
Keterangan :
t = waktu yang dibutuhkan (s)
W = besar usaha yang dilakukan mesin (J)
P = daya yang dihasilkan mesin (Watt)
Berdasarkan soal :
Dik : m = 800 + 6(50) = 1100 kg, h = 10 m, P = 11.000 Watt, g = 10 m/s2
Dit : t = ... ?
Waktu yang dibutuhkan :
| ⇒ t = | W |
| P |
| ⇒ t = | m.g.h |
| P |
| ⇒ t = | 1100 (10) (10) |
| 11.000 |
⇒ t = 10 sekon.
Jawaban : B
Contoh #6
Sebuah peti bermassa 80 kg dinaikkan dari tanah ke atas truk menggunakan bidang miring. Jika tinggi truk 1,5 meter dan percepatan gravitasi 10 m/s2, maka besar usaha yang harus dilakukan untuk menaikkan peti tersebut adalah ....
A. 600 Joule
B. 800 Joule
C. 900 Joule
D. 1000 Joule
E. 1200 Joule
Contoh #7 : Hubungan Daya, Gaya, dan Kecepatan
Sebuah pesawat terbang mengangkasa dengan kecepatan 250 m/s. Jika gaya dorong yang diberikan mesin pesawat adalah 20.000 N, maka daya yang dihasilkan oleh mesin terebut adalah ....A. 5000 kW
B. 4500 kW
C. 4000 kW
D. 3500 kW
E. 2000 kW
Petunjuk penyelesaian:
Soal ini dapat diselesaikan dengan mudah yaitu dengan menggunakan rumus hubungan antara daya, gaya, dan kecepatan. Jika sebuah gaya menyebabkan benda bergerak dengan kecepatan tertentu, maka besar daya yang dihasilkan adalah sama dengan hasil kali gaya dengan kecepatan benda.
Secara matematis, hubungan daya, gaya, dan kecepatan ditulis:
⇒ P = F . v
Keterangan :
P = daya yang dihasilkan (Watt)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
v = kecepatan benda (m/s).
Berdasarkan soal:
Dik : v = 250 m/s, F = 20.000 N
Dit : P = ... ?
Daya yang dihasilkan oleh mesin:
⇒ P = F . v
⇒ P = 20.000 (250)
⇒ P = 5.000.000
⇒ P = 5000 kW
Jawaban : A
Contoh #8
Benda bermassa 2 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya berat setelah benda begerak selama 1 detik adalah ....
A. 500 Joule
B. 400 Joule
C. 100 Joule
D. -400 Joule
E. -500 Joule
Contoh #9 : Menentukan Energi Potensial jika Daya Diketahui
Seorang anak bermassa 50 kg menaiki tangga batu hingga ke bagian puncaknya dalam waktu 1 menit. Jika daya yang dikeluarkan anak tersebut adalah 200 watt, maka energi potensial anak di bagian puncak tangga adalah ....A. 12.000 Joule
B. 10.000 Joule
C. 1200 Joule
D. 1000 Joule
E. 800 Joule
Petunjuk penyelesaian:
Daya atau laju energi menunjukkan banyaknya energi yang terpakai dalam satuan waktu. Besar daya yang dihasilkan berbanding lurus dengan besar usaha dan berbanding terbalik dengan waktu. Secara matematis, ditulis sebagai berikut:
⇒ P = W/t
Keterangan :
P = daya atau laju energi (watt atau Joule/s)
W = usaha yang dilakukan (J)
t = waktu (S).
Karena usaha yang dilakukan oleh anak untuk menaiki tangga menyebabkan ketinggian anak berubah, maka besar usaha yang dilakukan oleh anak tersebut akan sama dengan perubahan energi potensialnya.
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Δh = perubahan ketinggian benda (m)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Berdasarkan soal:
Dik : m = 50 kg, t = 1 menit = 60 s, P = 200 watt
Dit : Ep = ... ?
Energi potensial anak di bagian atas tangga:
| ⇒ P = | ΔEp |
| t |
⇒ P.t = Ep - Epo
⇒ P.t = Ep - m.g.ho
⇒ 200 (60) = Ep - 50 (10)(0)
⇒ 12.000 = Ep
⇒ Ep = 12.000 Joule.
Jawaban : A
Contoh #10
Doni dan Dani menarik sebuah peti bermassa 100 kg secara bersamaan ke kanan. Doni menarik dengan gaya 40 N sedangkan Dani menarik dengan gaya sebesar 30 N membentuk sudut 53o terhadap horizontal.
Jika usaha total yang dilakukan oleh kedua anak tersebut adalah 116 Joule, maka peti berpindah sejauh ....
A. 2 meter
B. 3 meter
C. 4 meter
D. 5 meter
E. 6 meter
0 comments :
Post a Comment