Contoh soal penerapan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak vertikal ke atas dan ke bawah

1. 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.

2. 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.

(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