Contoh soal penerapan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak jatuh bebas

1. 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.

2. 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

3. 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.

(Jumlah halaman = 17)

Daftar Isi Pembahasan Soal :

  1. Contoh soal usaha (kerja)
  2. Contoh soal usaha dan energi kinetik
  3. Contoh soal usaha dan energi mekanik
  4. Contoh soal usaha dan energi potensial gravitasi
  5. Contoh soal energi potensial elastis pegas
  6. Contoh soal daya
  7. Contoh soal penerapan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak jatuh bebas
  8. Contoh soal penerapan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak vertikal
  9. Contoh soal penerapan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak di bidang miring
  10. Contoh soal penerapan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak di bidang lengkung
  11. Contoh soal penerapan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak parabola
Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung

Penulis, Netpreneur, Guru. Dari Lembata/Flores Timur, Nusa Tenggara Timur.