Contoh soal hukum kekekalan energi mekanik

16 Contoh Soal Hukum Hekekalan Energi Mekanik

Hukum kekekalan energi mekanik pada gerak jatuh bebas

1. Buah kelapa bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 6 meter. Energi kinetik yang dimiliki buah kelapa ketika buah kelapa tiba di permukaan tanah adalah… g = 10 m/s2
Pembahasan
Diketahui :
Massa buah kelapa (m) = 2 kg
Ketinggian (h) = 6 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi kinetik (EK)
Jawab :

Energi mekanik awal
Jika benda jatuh bebas maka benda tersebut tidak mempunyai kecepatan awal. Karena tidak ada kecepatan awal maka tidak ada energi kinetik awal. Pada mulanya benda berada pada ketinggian 6 meter sehingga tentu saja benda mempunyai energi potensial gravitasi awal. Jadi energi mekanik awal (EMo) adalah energi potensial gravitasi (EP).
EMo = EP = m g h = (2)(10)(6) = 120 Joule

Energi mekanik akhir
Ketika bergerak ke bawah, ketinggian benda berkurang sehingga energi potensial gravitasi berkurang. Energi potensial gravitasi tidak hilang tetapi berubah menjadi energi kinetik. Pada saat tiba di permukaan tanah, ketinggian benda sama dengan ketinggian permukaan tanah (h = 0) sehingga energi potensial gravitasi bernilai nol (h = 0 sehingga EP = m g h = 0). Semua energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik. Jadi energi mekanik akhir (EMt) adalah energi kinetik (EK).
EMt = EK = ½ m v2

Hukum kekekalan energi mekanik :
Energi mekanik awal = energi mekanik akhir
EMo = EMt
EP = EK
120 = EK
Energi kinetik yang dimiliki buah kelapa ketika buah kelapa tiba di permukaan tanah adalah 100 Joule.

2. Hukum kekekalan energi mekanik - Pembahasan soal dan jawaban UN Fisika SMA MA 2013 - 1Sebuah bola yang massanya 2 kg jatuh bebas dari posisi A seperti pada gambar. (g = 10 ms-2). Ketika sampai di titik B besar energi kinetik sama dengan 2 kali energi potensial, maka tinggi titik B dari tanah adalah…

A. 80 m
B. 70 m
C. 60 m
D. 40 m
E. 30 m

Pembahasan
Diketahui :
Massa bola (m) = 2 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 ms-2
Ketinggian A (hA) = 90 meter
Ditanya : Ketinggian B (hB)
Jawab :

Ketika bola tiba di titik B, energi kinetik bola di titik B sama dengan 2 kali energi potensial gravitasi bola di titik B.
EK = 2 EP
½ m v2 = 2 m g hB
½ v2 = 2 g hB
v2 = 2(2)(10) hB
v2 = 40 hB
Hitung kecepatan (v) bola ketika tiba di titik B setelah jatuh dari titik A.
v2 = 2 g h = 2(10)(90–hB) = 20(90–hB)
Gantikan v2 pada persamaan di atas dengan v2 pada persamaan ini.
v2 = 40 hB
20(90–hB) = 40 hB
1800–20 hB = 40 hB
1800 = 40 hB + 20 hB
1800 = 60 hB
hB = 1800 / 60
hB = 30 meter
Jawaban yang benar adalah E.

3. Benda bermassa 1 kg jatuh bebas dari puncak gedung bertingkat yang mempunyai ketinggian 80 meter. Jika gesekan dengan udara diabaikan dan percepatan gravitasi (g) adalah 10 m/s2 maka energi kinetik benda ketika tiba permukaan tanah adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Massa (m) = 1 kg
Ketinggian (h) =  80 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi kinetik (EK) benda ketika benda tiba dipermukaan tanah
Jawab :
Benda jatuh bebas karenanya benda tidak mempunyai kecepatan awal. Dengan demikian, ketika berada pada ketinggian 80 meter, benda mempunyai energi potensial gravitasi tetapi benda tidak mempunyai energi kinetik (v = 0 sehingga EK = ½ m v2 = 0). Jadi energi mekanik awal (EMo) = energi potensial gravitasi (EP).

EMo = EP = m g h = (1)(10)(80) = 800 Joule

Ketika jatuh bebas, energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik. Pada saat benda menyentuh tanah, semua energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik. Jadi ketika tiba di permukaan tanah, benda mempunyai energi kinetik tetapi benda tidak mempunyai energi potensial gravitasi (h = 0 sehingga EP = m g h = 0). Jadi energi mekanik akhir (EMt) = energi kinetik (EK)

Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal sama dengan energi kinetik akhir.
EMo = EMt
EP = EK
800 = EK
Energi kinetik (EK) benda ketika tiba di permukaan tanah adalah 800 Joule.

4. Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian 10 meter di atas tanah. Jika massa benda 4 kg dan percepatan gravitasi (g) = 10 m s–2 maka energi kinetik dan kelajuan benda pada ketinggian 5 meter di atas tanah adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Perubahan ketinggian (h) = 10 – 5 = 5 meter
Massa (m) = 4 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi kinetik benda pada ketinggian 5 meter
Jawab :
(a) Energi kinetik benda pada ketinggian 5 meter
Energi mekanik awal (EMo) = energi potensial gravitasi (EP)
EMo = EP = m g h = (4)(10)(5) = 200 Joule
Energi mekanik akhir (EMt) = energi kinetik (EK)
EMt = EK
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal sama dengan energi mekanik akhir.
EMo = EMt
200 = EK
Energi kinetik benda pada ketinggian 5 meter di atas tanah adalah 200 Joule.

(b) Kelajuan benda pada ketinggian 5 meter
Energi mekanik awal (EMo) = energi mekanik akhir (EMt)
EP = EK
200 = ½ m v2
2(200) / 4 = v2
100 = v2
v = √100
v = 10 meter/sekon
Kelajuan benda adalah 10 meter/sekon

5. Buah mangga jatuh bebas dari ketinggian 2 meter. Jika g = 10 m s–2, hitunglah kelajuan buah mangga sesaat sebelum menyentuh tanah dengan menggunakan hukum energi mekanik.
Pembahasan
Diketahui :
Ketinggian (h) = 2 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : kelajuan buah mangga sesaat sebelum menyentuh tanah (v)
Jawab :
Energi mekanik awal (EMo) = energi potensial gravitasi (EP)
EMo = EP = m g h = m (10)(2) = 20 m
Energi mekanik akhir (EMt) = energi kinetik (EK)
EMt = EK = ½ m v2
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal sama dengan energi mekanik akhir.
EMo = EMt
20 m = ½ m v2
20 = ½ v2
2(20) = v2
40 = v2
v = √40 = √(4)(10) = 2√10 meter/sekon
Kelajuan buah mangga sesaat sebelum menyentuh tanah adalah 2√10 meter/sekon.
Perlu diketahui bahwa dalam perhitungan, kita mengabaikan gesekan udara. Dalam kenyataannya, jika benda apapun jatuh bebas di permukaan bumi maka terdapat gaya gesek udara yang turut mempengaruhi gerakan benda sehingga kelajuan benda lebih kecil dari perhitungan di atas.

Hukum kekekalan energi mekanik pada gerak vertikal ke atas dan ke bawah

6. Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar vertikal ke bawah dengan kecepatan awal 2 m/s dari tepi bangunan setinggi 40 meter. Energi kinetik benda ketika berada pada ketinggian 10 meter di atas permukaan tanah adalah… g = 10 m/s2

Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 1 kg
Kecepatan awal (vo) = 2 m/s
Perubahan ketinggian = 40 – 10 = 30 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi kinetik benda pada ketinggian 10 meter di atas permukaan tanah
Jawab :

Energi mekanik awal
Pada mulanya benda mempunyai energi potensial gravitasi dan energi kinetik.
Energi potensial gravitasi (EP) awal = m g h = (1)(10)(30) = 300 Joule
Energi kinetik (EK) awal = ½ m vo2 = ½ (1)(2)2 = ½ (4) = 2 Joule
Jadi energi mekanik awal = energi potensial gravitasi awal + energi kinetik awal = 300 + 2 = 302 Joule.

Energi mekanik akhir
Pada saat benda bergerak ke bawah, ketinggian benda berkurang sehingga energi potensial gravitasi berkurang. Energi potensial gavitasi berubah menjadi energi kinetik. Setelah bergerak sejauh 30 meter atau pada saat benda berada pada ketinggian 10 meter di atas permukaan tanah, semua energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik.
Jadi energi mekanik akhir = energi kinetik akhir = energi potensial gravitasi awal + energi kinetik awal = 300 + 2 = 302 Joule.

7. Benda bermassa 1 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Tentukan (a) energi potensial gravitasi di titik tertinggi (b) titik tertinggi atau ketinggian maksimum yang dicapai benda… g = 10 m/s2
Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 1 kg
Kecepatan awal (vo) = 10 m/s
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi potensial gravitasi di titik tertinggi dan titik tertinggi
Jawab :
(a) Energi potensial gravitasi di titik tertinggi
Energi mekanik awal
Pada mulanya benda mempunyai energi kinetik tetapi benda tidak mempunyai energi potensial gravitasi. Energi mekanik awal = energi kinetik awal (EK) = ½ m vo2 = ½ (1)(10)2 = ½ (100) = 50 Joule.
 
Energi mekanik akhir
Setelah bergerak vertikal ke atas, ketinggian benda bertambah sehingga energi potensial gravitasi benda bertambah. Energi potensial gravitasi ini tidak muncul dengan sendirinya tetapi berasal dari energi kinetik. Pada ketinggian maksimum atau pada titik tertinggi, benda diam sesaat sebelum berbalik arah. Karena diam sesaat maka kecepatan benda bernilai nol sehingga energi kinetik benda juga bernilai nol. Semua energi kinetik berubah menjadi energi potensial gravitasi.
Energi mekanik akhir = energi potensial gravitasi (EP)

Hukum kekekalan energi mekanik :
Energi mekanik awal = energi mekanik akhir
EK = EP
50 = EP
Energi potensial gravitasi adalah 50 Joule.

(b) Titik tertinggi atau ketinggian maksimum
EP = m g h
50 = (1)(10) h
50 = 10 h
h = 50 / 10 = 5 meter
Titik tertinggi atau ketinggian maksimum yang dicapai benda berjarak 5 meter dari permukaan tanah.

 

Hukum kekekalan energi mekanik pada gerak di bidang miring

8. Dari keadaan diam, balok meluncur tanpa gesekan sepanjang bidang miring. Kelajuan balok ketika tiba di dasar bidang miring adalah… g = 10 m/s2
Contoh-soal-penerapan-hukum-kekekalan-energi-mekanik-pada-gerak-di-bidang-miring-1Pembahasan
Diketahui :
Ketinggian (h) = 8 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : kelajuan (v) balok ketika tiba di dasar bidang miring
Jawab :
Ketika berada pada ketinggian 8 meter, balok mempunyai energi potensial gravitasi tetapi tidak mempunyai energi kinetik karena balok belum bergerak. Dengan demikian, energi mekanik awal yang dimiliki balok adalah energi potensial gravitasi.
Energi mekanik awal (EMo) = energi potensial gravitasi (EP)
EMo = EP = m g h = m (10)(8) = 80 m
Pada saat balok mulai bergerak ke bawah, energi potensial gravitasi yang dimiliki balok mulai berubah menjadi energi kinetik. Ketika tiba di dasar bidang miring, semua energi potensial gravitasi berubah menjadi  energi kinetik. Dengan demikian, energi mekanik akhir yang dimiliki balok adalah energi kinetik.
Energi mekanik akhir (EMt) = energi kinetik (EK)
EMt = EK = ½ m v2
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal sama dengan energi mekanik akhir.
EMo = EMt
80 m = ½ m v2
80 = ½ v2
160 = v2
v = √160 = √(16)(10) = 4√10 m/s
Kelajuan balok di dasar bidang miring adalah 4√10 meter/sekon.

9. Sebuah benda bermassa 1 kg yang pada mulanya diam, dilepas dari puncak bidang miring licin yang panjangnya 8 meter. Tentukan energi kinetik setelah benda meluncur pada bidang miring sejauh 5 meter…. (g = 10 m/s2)
Contoh-soal-penerapan-hukum-kekekalan-energi-mekanik-pada-gerak-di-bidang-miring-2Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 0,2 kg
Panjang sisi miring yang dilalui benda = 5 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi kinetik (EK) benda setelah meluncur sejauh 5 meter
Jawab :
Langkah awal menyelesaikan soal ini adalah menghitung perubahan ketinggian benda setelah benda tersebut meluncur pada bidang miring sejauh 5 meter.
sin 30o = panjang sisi tegak / panjang sisi miring
0,5 = panjang sisi tegak / 5
Panjang sisi tegak = (0,5)(5) = 2,5 meter
Perubahan ketinggian benda adalah 2,5 meter.

Energi mekanik awal (EMo) = energi potensial gravitasi (EP)
EMo = EP = m g h = (1)(10)(2,5) = 25 Joule
Energi mekanik akhir (EMt) = energi kinetik (EK)
EMt = EK
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal sama dengan energi mekanik akhir.
EMo = EMt
25 = EK
Energi kinetik benda setelah benda meluncur sejauh 5 meter adalah 25 Joule.

 

Hukum kekekalan energi mekanik pada gerak di bidang lengkung

10. Benda bermassa 1 kg meluncur tanpa gesekan dari ketinggian 5 meter tanpa kecepatan awal. Energi kinetik dan kelajuan benda pada titik terendah adalah… g = 10 m/s2
Contoh-soal-penerapan-hukum-kekekalan-energi-mekanik-pada-gerak-di-bidang-lengkung-1Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 1 kg
Perubahan ketinggian (h) = 5 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi kinetik (EK) dan kelajuan (v) benda pada titik terendah
Jawab :

(a) Energi kinetik benda pada titik terendah
Ketika berada pada ketinggian 5 meter dan belum mulai bergerak, benda mempunyai energi potensial gravitasi tetapi benda belum mempunyai energi kinetik karena benda masih diam. Jadi energi mekanik awal ketika benda belum mulai bergerak adalah energi potensial gravitasi. Setelah benda mulai bergerak ke bawah, energi potensial gravitasi mulai berubah menjadi energi kinetik. Pada saat tiba pada titik terendah, semua energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik. Jadi energi mekanik akhir adalah energi kinetik.
Energi mekanik awal = energi potensial gravitasi
EMo = EP = m g h = (1)(10)(5) = 50 Joule
Energi mekanik akhir = energi kinetik
EMt = EK = ½ m vt2
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal sama dengan energi mekanik akhir.
EMo = EMt
EP = EK
50 = EK
Energi kinetik (EK) pada titik terendah adalah 50 Joule.

(b) Kelajuan benda pada titik terendah
Cara pertama :
Hukum kekekalan energi mekanik :
Energi mekanik awal (EMo) = energi mekanik akhir (EMt)
Energi potensial gravitasi (EP) = energi kinetik (EK)
50 = ½ m v2
2(50) / m = v2
100 / 1 = v2
100 = v2
v = √100
v = 10 meter/sekon
 
Cara kedua :
Hukum kekekalan energi mekanik :
Energi mekanik awal (EMo) = energi mekanik akhir (EMt)
Energi potensial gravitasi (EP) = energi kinetik (EK)
m g h = ½ m v2
g h = ½ v2
2 g h = v2
2(10)(5) = v2
100 = v2
v = √100
v = 10 meter/sekon
Kelajuan benda pada titik terendah adalah 10 m/s.

11. Benda bermassa 2 kg yang pada mulanya diam, meluncur tanpa gesekan dari ketinggian 10 meter di atas permukaan tanah. Energi kinetik dan kelajuan benda pada ketinggian 2 metera di atas permukaan tanah adalah… g = 10 m/s2
Contoh-soal-penerapan-hukum-kekekalan-energi-mekanik-pada-gerak-di-bidang-lengkung-2Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 2 kg
Perubahan ketinggian (h) = 10 – 2 = 8 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi kinetik (EK) dan kelajuan (v) benda pada ketinggian 2 meter di atas permukaan tanah.
Jawab :
Penyelesaian soal ini mirip seperti penyelesaian soal sebelumnya.

(a) Energi kinetik benda pada ketinggian 2 meter
Energi mekanik awal = energi potensial gravitasi
EMo = EP = m g h = (2)(10)(8) = 160 Joule
Energi mekanik akhir = energi kinetik
EMt = EK = ½ m vt2
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal sama dengan energi mekanik akhir.
EMo = EMt
EP = EK
160 = EK
Energi kinetik (EK) pada ketinggian 2 meter adalah 160 Joule.

(b) Kelajuan benda pada titik terendah
Cara pertama :
Hukum kekekalan energi mekanik :
Energi mekanik awal (EMo) = energi mekanik akhir (EMt)
Energi potensial gravitasi (EP) = energi kinetik (EK)
160 = ½ m v2
160 = ½ (2) v2
160 = v2
v = √160 = √(16)(10) = 4√10 meter/sekon

Cara kedua :
Hukum kekekalan energi mekanik :
Energi mekanik awal (EMo) = energi mekanik akhir (EMt)
Energi potensial gravitasi (EP) = energi kinetik (EK)
m g h = ½ m v2
g h = ½ v2
2 g h = v2
2(10)(8) = v2
160 = v2
v = √160 = √(16)(10) = 4√10 meter/sekon
Kelajuan benda pada ketinggian 2 meter adalah 4√10 meter/sekon.

12. Pada musim dingin di negara Swedia diadakan perlombaan ski es di daerah pegunungan. Pemain ski es meluncur dari ketinggian A seperti pada gambar 2.

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 32

Pembahasan soal UN fisika SMA tahun 2015 - 33

Jika kecepatan awal pemain ski = nol, dan percepatan gravitasi = 10 m.s-2, maka kecepatan pemain pada saat ketinggian B adalah…

A. √2 m.s-1

B. 5 √2 m.s-1

C. 10 √2 m.s-1

D. 20 √2 m.s-1

E. 25 √2 m.s-1

Pembahasan

Diketahui :

Kecepatan awal (vo) = 0

Ketinggian awal (ho) = 50 m – 10 m = 40 m

Ketinggian akhir (ht) = 0

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Ditanya : Kecepatan akhir (vt)

Jawab :

Perubahan energi kinetik :

ΔEK = 1/2 m (vt2 – vo2) = 1/2 m (vt20) = 1/2 m vt2

Perubahan energi potensial :

ΔEP = m g (ht – ho) = m (10)(0-40) = m (10)(-40) = – 400 m

Hitung kecepatan akhir (vt) menggunakan rumus hukum kekekalan energi mekanik :

0 = ΔEK + ΔEP

0 = 1/2 m vt2 – 400 m

1/2 m vt2 = 400 m

1/2 vt2 = 400

vt2 = 2(400)

vt = √(400)(2)

vt = 20√2 m/s

Jawaban yang benar adalah D.

13. Sebuah bola bermassa 1 kg dilepas dan meluncur dari posisi A ke posisi C melalui lintasan lengkung yang licin seperti gambar di bawah ini. Jika Pembahasan soal UN fisika SMA MA 2014 – Hukum kekekalan energi mekanik 11apercepatan gravitasi = 10 m.s-2, maka energi kinetik (Ek) bola saat berada di titik C adalah….

A. 25,0 joule
B. 22,5 joule
C. 20,0 joule
D. 12,5 joule
E. 7,5 joule

Pembahasan
Diketahui :
Massa bola (m) = 1 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Perubahan ketinggian (h) = 0,75 m

Energi potensial gravitasi awal (EPo) = m g h = (1)(10)(0,75) = 7,5 Joule
Energi kinetik awal (EKo) = ½ m vo2 = ½ m (02) = 0
Energi potensial gravitasi akhir (EPt) = m g h = m g (0) = 0
Ditanya : Energi kinetik (EK) bola saat berada di titik C
Jawab :

Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik bola pada posisi awal sama dengan energi mekanik akhir bola pada posisi akhir. Pada persoalan ini, posisi awal adalah posisi bola sebelum dilepas dan posisi akhir adalah titik C.

Energi mekanik awal (EMo) = Energi mekanik akhir (EMt)
Energi potensial gravitasi awal (EPo) + Energi kinetik awal (EKo) = Energi potensial gravitasi akhir (EPt) + Energi kinetik akhir (EKt)
7,5 Joule + 0 = 0 + EKt
7,5 Joule = EKt
Energi kinetik (EK) bola saat berada di titik C adalah 7,5 Joule.
Jawaban yang benar adalah E.

14. Bola A massanya 2 kg dilepaskan dan menempuh lintasan licin seperti pada gambar. Jika percepatan gravitasi 10 m.s-2, energi kinetik bola saat Pembahasan soal UN fisika SMA MA 2014 – Hukum kekekalan energi mekanik 11bdi B adalah….

A. 4 joule
B. 8 joule
C. 10 joule
D. 12 joule
E. 24 joule

Pembahasan
Diketahui :
Massa bola (m) = 2 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Perubahan ketinggian (h) = 120 cm = 1,2 meter

Energi potensial gravitasi awal (EPo) = m g h = (2)(10)(1,2) = 24 Joule
Energi kinetik awal (EKo) = ½ m vo2 = ½ m (02) = 0
Energi potensial gravitasi akhir (EPt) = m g h = m g (0) = 0
Ditanya : Energi kinetik bola saat di B
Jawab :
Energi mekanik bola pada titik A (energi mekanik awal) sama dengan energi mekanik bola pada titik B (energi mekanik akhir).

Energi mekanik awal (EMo) = Energi mekanik akhir (EMt)
Energi potensial gravitasi awal (EPo) + Energi kinetik awal (EKo) = Energi potensial gravitasi akhir (EPt) + Energi kinetik akhir (EKt)
24 Joule + 0 = 0 + EKt
EK= 24 Joule
Energi kinetik (EK) bola saat berada di titik C adalah 24 Joule.
Jawaban yang benar adalah E.

 

Hukum kekekalan energi mekanik pada gerak parabola

15. Bola bermassa 0,1 kg disepak dengan kecepatan 10 m/s. Jika sudut elevasinya 30o dan percepatan gravitasi adalah 10 m/s2 , tentukan (a) energi potensial gravitasi bola pada titik tertinggi (b) titik tertinggi atau ketinggian maksimum.
Pembahasan
Diketahui :
Massa bola (m) = 0,1 kg
Kecepatan awal (vo) = 10 m/s
Sudut elevasi = 30o
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : energi kinetik (EK) bola pada titik tertinggi
Jawab :

(a) Energi potensial gravitasi bola pada titik tertinggi
Lintasan gerak bola adalah parabola seperti gambar di bawah.
Contoh-soal-penerapan-hukum-kekekalan-energi-mekanik-pada-gerak-parabola-1Terlebih dahulu hitung komponen kecepatan awal pada arah horisontal (vox) dan vertikal (voy).
Contoh-soal-penerapan-hukum-kekekalan-energi-mekanik-pada-gerak-parabola-2Jika lintasan gerak parabola seperti gambar di atas maka gerakan pada arah horisontal atau mendatar dianalisis seperti gerak lurus beraturan dan gerakan pada arah vertikal dianalisis seperti gerak vertikal ke atas. Pada gerak lurus beraturan, kecepatan selalu konstan selama benda bergerak. Sebaliknya pada gerak vertikal ke atas, ketika benda mencapai ketinggian maksimum atau titik tertinggi, benda diam sesaat sebelum berbalik arah. Jadi pada titik tertinggi, kecepatan benda pada arah vertikal adalah nol, tetapi pada titik tertinggi benda masih mempunyai kecepatan yakni vox.

Energi mekanik awal
Pada saat mulai bergerak, ketinggian bola sama dengan permukaan lantai atau tanah (h = 0) sehingga energi potensial gravitasi bernilai nol (h = 0 sehingga EP = m g h = 0). Sebaliknya, ketika mulai bergerak, bola mempunyai kecepatan awal maksimum sehingga energi kinetik bernilai maksimum. Jadi energi mekanik awal bola adalah energi kinetik.
Energi mekanik awal (EMo) = energi kinetik (EK)
EMo = EK = ½ m vo2 = ½ (0,1)(10)2 = ½ (0,1)(100) = ½ (10) = 5 Joule

Energi mekanik akhir
Setelah mulai bergerak, ketinggian bola semakin bertambah sehingga energi potensial gravitasi bola bertambah. Ketika mencapai ketinggian maksimum, energi potensial gravitasi bernilai maksimum. Bagaimana dengan energi kinetik bola ? Pada titik tertinggi, kecepatan bola pada arah vertikal (voy) adalah nol tetapi bola masih mempunyai kecepatan pada arah horisontal (vox).
Energi kinetik pada ketinggian maksimum :
EK = ½ m vox2 = ½ (0,1)(5√3)2 = ½ (0,1)((25)(3)) = ½ (0,1)(75) = 3,75 Joule

Hukum kekekalan energi mekanik :
Energi mekanik awal (EMo) = energi mekanik akhir (EMt)
EK = EP + EK
5 = EP + 3,75
EP = 5 – 3,75 = 1,25 Joule
Energi potensial gravitasi pada ketinggian maksimum adalah 1,25 Joule.
 
(b) Titik tertinggi atau ketinggian maksimum
EP = m g h
1,25 = (0,1)(10) h
1,25 = h
Ketinggian maksimum adalah 1,25 meter.

16. Bola bermassa 0,1 kg dilempar mendatar dengan kecepatan 10 m/s dari tepi gedung yang tingginya 10 meter. Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s2, maka energi kinetik bola ketika tiba di tanah adalah….
Pembahasan
Diketahui :
Massa bola (m) = 0,1 kg
Kelajuan awal (vo) = 10 m/s
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Perubahan ketinggian (h) = 10 – 2 = 8 meter
Ditanya : energi kinetik bola pada ketinggian 2 meter
Jawab :
Ketika berada pada ketinggian 10 meter, bola mempunyai energi potensial gravitasi. Bola mulai bergerak setelah dilempar dengan kecepatan awal 10 m/s karenanya bola juga mempunyai energi kinetik. Jadi energi mekanik awal bola adalah energi potensial gravitasi + energi kinetik.
Energi potensial gravitasi (EP) awal = m g h = (0,1)(10)(10) = 10 Joule
Energi kinetik (EK) awal = ½ m vo2 = ½ (0,1)(10)2 = ½ (0,1)(100) = ½ (10) = 5 Joule

Ketika bergerak ke bawah, ketinggian bola berkurang sehingga energi potensial gravitasi berkurang. Pada saat tiba di permukaan tanah, ketinggian bola sama dengan ketinggian permukaan tanah (h = 0) sehingga energi potensial gravitasi bernilai nol (h = 0 sehingga EP = m g h = 0). Semua energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik.
Energi kinetik akhir = energi potensial gravitasi awal + energi kinetik awal = 10 + 5 = 15 Joule

Alexsander San Lohat

Sarjana Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Guru Fisika di SMAN 2 Nubatukan Lewoleba, Kabupaten Lembata, Provinsi Nusa Tenggara Timur.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.