Fisika Brain - Pembahasan soal fisika tentang usaha, gaya, dan perpindahan. Kumpulan soal ini membahas tentang hubungan antara usaha, gaya, dan perpindahan. Soal-soal ini disusun sedemikian rupa untuk membantu murid memahami konsep dasar tentang usaha dalam fisika. Untuk itu, soal disusun berdasarkan model soal yang sering keluar dalam soal latihan atau soal ujian.
Model soal tersebut antaralain menentukan besar usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya untuk memindahkan benda, besar usaha total yang dilakukan oleh beberapa gaya, menentukan usaha total yang dibutuhkan untuk memindahkan benda pada bidang kasar, dan menentukan besar gaya yang dibutuhkan untuk melakukan usaha.
A. 10 N
B. 20 N
C. 32 N
D. 40 N
E. 80 N
Petunjuk penyelesaian:
Usaha adalah besar energi yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu benda dan besarnya sama dengan hasil kali gaya dengan perpindahan benda. Secara matematis, hubungan antara gaya, usaha, dan perpindahan ditulis sebagai:
⇒ W = F . s
⇒ F = W/s
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan gaya (J)
F = gaya yang melakukan usaha (N)
s = perpindahan benda (m).
Berdasarkan soal:
Dik : m = 10 kg, s = 4 m, W = 80 J
Dit : F = ... ?
Gaya yang harus diberikan:
⇒ F = 80/4
⇒ F = 20 N.
Contoh #2
Sebuah benda bermassa 40 kg diletakkan di bagian atas bidang miring kasar yang kemiringannya 53o terhadap horizontal. Jika koefisien gesekan antara benda dan permukaan bidang adalah 0,3 dan benda tersebut meluncur sejauh 0,5 meter, maka total usaha yang dialami benda adalah ...
A. 100 J
B. 124 J
C. 148 J
D. 204 J
E. 224 J
A. 4 J
B. 8 J
C. 10 J
D. 12 J
E. 16 J
Petunjuk penyelesaian:
Jika dalam proses pemindahan suatu benda melibatkan beberapa gaya, maka usaha total yang diberikan kepada benda adalah total usaha dari masing-masing gaya yang bekerja pada benda. Secara matematis, besar usaha tersebut dapat dihitung dengan rumus:
⇒ W = ∑F . s
Keterangan :
W = usaha total yang dilakukan oleh beberpa gaya (J)
∑F = resultan gaya yang bekerja (N)
s = perpindahan benda (m).
Karena pada soal benda dikenai tiga gaya degan arah yang berbeda seperti terlihat pada gambar di atas, maka usaha total yang dialami oleh benda adalah:
⇒ W = (F1 - F2 - F3x) . s
⇒ W = (F1 - F2 - F3.cos θ) . s
Keterangan :
F3x = proyeksi gaya ketiga pada sumbu x, sejajar bidang
θ = besar sudut yang dibentuk F3 dengan horizontal.
Berdasarkan soal:
Dik : F1 = 40 N, F2 = 20 N, F3 = 10 N, s = 1 m, θ = 37o
Dit : W = .... ?
Usaha total oleh ketiga gaya:
⇒ W = (F1 - F2 - F3.cos 37o) . s
⇒ W = {40 - 20 - 10(4/5)} . 1
⇒ W = (40 - 20 - 8)
⇒ W = 12 J.
Contoh #4
Seorang murid bermassa 50 kg memanjat sebuah pohon hingga ketinggian 4 meter. Jika murid itu membutuhkan waktu selama 8 detik, maka daya yang dibutuhkan murid tersebut adalah ...
A. 250 watt
B. 300 watt
C. 500 watt
D. 650 watt
E. 1000 watt
A. 100 J
B. 150 J
C. 200 J
D. 300 J
E. 450 J
Petunjuk penyelesaian:
Gaya dikatakan melakukan usaha jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah. Gaya yang menyebabkan benda berpindah adalah gaya yang arahnya sejajar dengan bidang gerak benda. Jika gaya membentuk sudut tertentu dengan bidang, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah:
⇒ W = Fs . s
⇒ W = F cos θ . s
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan oleg gaya (J)
Fs = gaya yang sejajar atau searah dengan perpindahan (N)
F = gaya yang membentuk sudut (N)
θ = sudut yang dibentuk oleh gaya dan horizontal
s = perpindahan benda (m)
Berdasarkan soal:
Dik : F = 100 N, θ = 53o, s = 5 m
Dit : W = ... ?
Usaha yang dilakukan oleh gaya:
⇒ W = F cos 53o . s
⇒ W = 100 (3/5) . 5
⇒ W = 300 J.
Contoh #6
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya berat pada benda yang sudah bergerak selama 1 detik adalah ...
A. 500 J
B. 400 J
C. 100 J
D. -400 J
E. -500 J
A. 80 J
B. 100 J
C. 120 J
D. 140 J
E. 160 J
Petunjuk penyelesaian:
Pada soal disebutkan bahwa nilai koefisien gesekan antara peti dan lantai adalah 0,3. Itu artinya saat peti ditarik terjadi gaya gesekan antara peti dan lantai. Dengan demikian ada dua gaya yang bekerja yaitu gaya tarik dan gaya gesekan.
⇒ W = ∑F . s
Keterangan :
W = usaha total yang dilakukan oleh beberpa gaya (J)
∑F = resultan gaya yang bekerja (N)
s = perpindahan benda (m).
Karena ada gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak, maka usaha total untuk memindahkan peti adalah:
⇒ W = (F - fg) . s
⇒ W = (F - μ.N) . s
⇒ W = (F - μ.m.g) . s
Keterangan :
F = gaya tarik (N)
fg = gaya gesekan (N)
μ = koefisien gesekan antara peti dan lantai
m = massa peti (kg)
s = perpindahan peti (m)
Berdasarkan soal:
Dik : F = 80 N, m = 20 kg, μ = 0.3, s = 6 m
Dit : W = ...?
Usaha total untuk memindahkan peti:
⇒ W = (F - μ.m.g) . s
⇒ W = {80 - 0,3 (20)(10)} . 6
⇒ W = (80 - 60) . 6
⇒ W = 20(6)
⇒ W = 120 J.
Contoh #8
Sebuah benda bermassa 4 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka besar usaha yang dilakukan pada benda setelah benda bergerak selama 1 detik adalah ....
A. -1000 J
B. -500 J
C. 400 J
D. 500 J
E. 1000 J
A. 50 N
B. 70 N
C. 100 N
D. 125 N
E. 150 N
Petunjuk penyelesaian:
Prinsip pengerjaan soal ini sama dengan soal sebelumnya. Besar gaya yang dibutuhkan dapat ditentukan berdasarkan rumus usaha total berikut:
⇒ W = (F - fg) . s
⇒ W/s = F - fg
⇒ F = W/s + fg
Keterangan :
F = gaya yang harus dilakukan (N)
W = usaha untuk memindahkan kotak (J)
fg = gaya gesekan (N)
s = perpindahan benda (m).
Berdasarkan soal:
Dik : m = 25 kg, W = 200 J, μ = 0.2, s = 10 m
Dit : F = ...?
Gaya yang harus dilakukan:
⇒ F = W/s + fg
⇒ F = W/s + μ.m.g
⇒ F = 200/10 + 0,2(25)(10)
⇒ F = 20 + 50
⇒ F = 70 N.
Contoh #10
Bola pejal bermassa 1 kg dilempat vertikal ke atas dari tanah dengan kecepatan awal 40 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 10 m/s2, maka besar energi kinetik bola saat bola mencapai ketinggian 20 meter adalah ....
A. 600 J
B. 500 J
C. 300 J
D. 200 J
E. 100 J
Model soal tersebut antaralain menentukan besar usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya untuk memindahkan benda, besar usaha total yang dilakukan oleh beberapa gaya, menentukan usaha total yang dibutuhkan untuk memindahkan benda pada bidang kasar, dan menentukan besar gaya yang dibutuhkan untuk melakukan usaha.
Contoh #1 : Menentukan Usaha yang Dilakukan Sebuah Gaya
Jika untuk memindahkan benda bermassa 10 kg sejauh 4 meter dibutuhkan usaha sebesar 80 Joule, maka besar gaya yang harus diberikan adalah ...A. 10 N
B. 20 N
C. 32 N
D. 40 N
E. 80 N
Petunjuk penyelesaian:
Usaha adalah besar energi yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu benda dan besarnya sama dengan hasil kali gaya dengan perpindahan benda. Secara matematis, hubungan antara gaya, usaha, dan perpindahan ditulis sebagai:
⇒ W = F . s
⇒ F = W/s
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan gaya (J)
F = gaya yang melakukan usaha (N)
s = perpindahan benda (m).
Berdasarkan soal:
Dik : m = 10 kg, s = 4 m, W = 80 J
Dit : F = ... ?
Gaya yang harus diberikan:
⇒ F = 80/4
⇒ F = 20 N.
Jawaban : B
Contoh #2
Sebuah benda bermassa 40 kg diletakkan di bagian atas bidang miring kasar yang kemiringannya 53o terhadap horizontal. Jika koefisien gesekan antara benda dan permukaan bidang adalah 0,3 dan benda tersebut meluncur sejauh 0,5 meter, maka total usaha yang dialami benda adalah ...
A. 100 J
B. 124 J
C. 148 J
D. 204 J
E. 224 J
Contoh #3 : Menentukan Usaha Total Oleh Beberapa Gaya
Tiga gaya bekerja pada sebuah benda bermassa 40 kg dengan arah yang berbeda. Gaya pertama ke kanan, gaya kedua ke kiri, dan gaya ketiga ke kiri membentuk sudut 37o terhadap horizontal. Besar ketiga gaya itu berturut-turut adalah 40 N, 20 N, dan 10 N. Jika benda berpindah sejauh 1 meter, maka usaha total yang dilakukan pada benda adalah ....A. 4 J
B. 8 J
C. 10 J
D. 12 J
E. 16 J
Petunjuk penyelesaian:
Jika dalam proses pemindahan suatu benda melibatkan beberapa gaya, maka usaha total yang diberikan kepada benda adalah total usaha dari masing-masing gaya yang bekerja pada benda. Secara matematis, besar usaha tersebut dapat dihitung dengan rumus:
⇒ W = ∑F . s
Keterangan :
W = usaha total yang dilakukan oleh beberpa gaya (J)
∑F = resultan gaya yang bekerja (N)
s = perpindahan benda (m).
Karena pada soal benda dikenai tiga gaya degan arah yang berbeda seperti terlihat pada gambar di atas, maka usaha total yang dialami oleh benda adalah:
⇒ W = (F1 - F2 - F3x) . s
⇒ W = (F1 - F2 - F3.cos θ) . s
Keterangan :
F3x = proyeksi gaya ketiga pada sumbu x, sejajar bidang
θ = besar sudut yang dibentuk F3 dengan horizontal.
Berdasarkan soal:
Dik : F1 = 40 N, F2 = 20 N, F3 = 10 N, s = 1 m, θ = 37o
Dit : W = .... ?
Usaha total oleh ketiga gaya:
⇒ W = (F1 - F2 - F3.cos 37o) . s
⇒ W = {40 - 20 - 10(4/5)} . 1
⇒ W = (40 - 20 - 8)
⇒ W = 12 J.
Jawaban : D
Contoh #4
Seorang murid bermassa 50 kg memanjat sebuah pohon hingga ketinggian 4 meter. Jika murid itu membutuhkan waktu selama 8 detik, maka daya yang dibutuhkan murid tersebut adalah ...
A. 250 watt
B. 300 watt
C. 500 watt
D. 650 watt
E. 1000 watt
Contoh #5 : Usaha Oleh Gaya yang Membentuk Sudut
Rika menarik sebuah kotak dengan gaya sebesar 100 N yang membentuk sudut 53o terhadap horizontal. Jika kotak berpindah sejauh 5 meter, maka usaha yang dilakukan Rika adalah ...A. 100 J
B. 150 J
C. 200 J
D. 300 J
E. 450 J
Petunjuk penyelesaian:
Gaya dikatakan melakukan usaha jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah. Gaya yang menyebabkan benda berpindah adalah gaya yang arahnya sejajar dengan bidang gerak benda. Jika gaya membentuk sudut tertentu dengan bidang, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah:
⇒ W = Fs . s
⇒ W = F cos θ . s
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan oleg gaya (J)
Fs = gaya yang sejajar atau searah dengan perpindahan (N)
F = gaya yang membentuk sudut (N)
θ = sudut yang dibentuk oleh gaya dan horizontal
s = perpindahan benda (m)
Berdasarkan soal:
Dik : F = 100 N, θ = 53o, s = 5 m
Dit : W = ... ?
Usaha yang dilakukan oleh gaya:
⇒ W = F cos 53o . s
⇒ W = 100 (3/5) . 5
⇒ W = 300 J.
Jawaban : D
Contoh #6
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya berat pada benda yang sudah bergerak selama 1 detik adalah ...
A. 500 J
B. 400 J
C. 100 J
D. -400 J
E. -500 J
Contoh #7 : Usaha untuk Memindahkan Benda di Bidang Kasar
Peti bermassa 20 kg ditarik dengan gaya sebesar 80 N dan berpindah sejauh 6 meter. Jika koefisien gesekan antara peti dan permukaan lantai adalah 0,3 maka usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan peti tersebut adalah ....A. 80 J
B. 100 J
C. 120 J
D. 140 J
E. 160 J
Petunjuk penyelesaian:
Pada soal disebutkan bahwa nilai koefisien gesekan antara peti dan lantai adalah 0,3. Itu artinya saat peti ditarik terjadi gaya gesekan antara peti dan lantai. Dengan demikian ada dua gaya yang bekerja yaitu gaya tarik dan gaya gesekan.
⇒ W = ∑F . s
Keterangan :
W = usaha total yang dilakukan oleh beberpa gaya (J)
∑F = resultan gaya yang bekerja (N)
s = perpindahan benda (m).
Karena ada gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak, maka usaha total untuk memindahkan peti adalah:
⇒ W = (F - fg) . s
⇒ W = (F - μ.N) . s
⇒ W = (F - μ.m.g) . s
Keterangan :
F = gaya tarik (N)
fg = gaya gesekan (N)
μ = koefisien gesekan antara peti dan lantai
m = massa peti (kg)
s = perpindahan peti (m)
Berdasarkan soal:
Dik : F = 80 N, m = 20 kg, μ = 0.3, s = 6 m
Dit : W = ...?
Usaha total untuk memindahkan peti:
⇒ W = (F - μ.m.g) . s
⇒ W = {80 - 0,3 (20)(10)} . 6
⇒ W = (80 - 60) . 6
⇒ W = 20(6)
⇒ W = 120 J.
Jawaban : C
Contoh #8
Sebuah benda bermassa 4 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka besar usaha yang dilakukan pada benda setelah benda bergerak selama 1 detik adalah ....
A. -1000 J
B. -500 J
C. 400 J
D. 500 J
E. 1000 J
Contoh #9 : Gaya yang Diperlukan untuk Melakukan Usaha
Sebuah kotak bermassa 25 kg berada di atas lantai datar yang kasar. Koefisien gesekan antara kotak dan permukaan lantai adlah 0,2. Jika untuk memindahkan kotak sejauh 10 meter dibutuhkan usaha 200 J, maka gaya yang harus diberikan pada benda adalah ...A. 50 N
B. 70 N
C. 100 N
D. 125 N
E. 150 N
Petunjuk penyelesaian:
Prinsip pengerjaan soal ini sama dengan soal sebelumnya. Besar gaya yang dibutuhkan dapat ditentukan berdasarkan rumus usaha total berikut:
⇒ W = (F - fg) . s
⇒ W/s = F - fg
⇒ F = W/s + fg
Keterangan :
F = gaya yang harus dilakukan (N)
W = usaha untuk memindahkan kotak (J)
fg = gaya gesekan (N)
s = perpindahan benda (m).
Berdasarkan soal:
Dik : m = 25 kg, W = 200 J, μ = 0.2, s = 10 m
Dit : F = ...?
Gaya yang harus dilakukan:
⇒ F = W/s + fg
⇒ F = W/s + μ.m.g
⇒ F = 200/10 + 0,2(25)(10)
⇒ F = 20 + 50
⇒ F = 70 N.
Jawaban : B
Contoh #10
Bola pejal bermassa 1 kg dilempat vertikal ke atas dari tanah dengan kecepatan awal 40 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 10 m/s2, maka besar energi kinetik bola saat bola mencapai ketinggian 20 meter adalah ....
A. 600 J
B. 500 J
C. 300 J
D. 200 J
E. 100 J
0 comments :
Post a Comment