Contoh soal Usaha

9 Contoh soal Usaha

1. Gaya 20 Newton dikerjakan pada balok hingga balok berpindah sejauh 2 meter. Usaha yang dikerjakan gaya F pada balok adalah…
Usaha-fisika-1Pembahasan
Diketahui :
Gaya (F) = 20 N
Perpindahan (s) = 2 meter
Sudut = 0 (arah gaya sama dengan arah perpindahan atau arah gaya berhimpit dengan arah perpindahan sehingga sudut yang dibentuk oleh gaya dengan perpindahan adalah nol)
Ditanya : Usaha (W)
Jawab :
Usaha-fisika-2Catatan :
Jika arah gaya sama dengan arah perpindahan, hitung usaha menggunakan rumus W = F s, tanpa perlu menambahkan cos teta.

2. Sebuah benda diam di atas permukaan lantai licin. Pada benda dikerjakan gaya F = 10 N, membentuk sudut 30o terhadap permukaan lantai. Jika benda bergerak sejauh 1 meter, berapa usaha yang dilakukan oleh gaya F pada benda ?
Usaha-fisika-3Pembahasan
Diketahui :
Gaya (F) = 10 Newton
Gaya yang searah perpindahan (Fx) = F cos 30o = (10)(0,5√3) = 5√3 Newton
Perpindahan (s) = 1 meter
Ditanya : usaha (W) ?
Jawab :
W = Fx s = (5√3)(1) = 5√3 Joule

3. Benda bermassa 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 2 meter. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda tersebut!
Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 1 kg
Ketinggian (h) = 2 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda (W)
Jawab :
Arah gaya gravitasi atau gaya berat (w) adalah vertikal ke bawah, arah perpindahan (s) benda juga vertikal ke bawah sehingga gaya gravitasi searah dengan perpindahan benda.
W = F s = w h = m g h
W = (1)(10)(2) = 20 Joule

4. Pegas digantungi beban bermassa 1 kg sehingga pegas mengalami pertambahan panjang 2 cm. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan (a) konstanta pegas (b) usaha yang dilakukan oleh pegas pada beban
Pembahasan
Diketahui :
Massa (m) = 1 kg
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Pertambahan panjang pegas (x) = 2 cm = 0,02 meter
Ditanya : konstanta pegas dan usaha yang dilakukan oleh gaya pegas
Jawab :
(a) Konstanta pegas
Rumus hukum Hooke :
F = k x.
Balik rumus ini untuk menghitung konstanta pegas :
k = F / x = w / x = m g / x
k = (1)(10) / 0,02 = 10 / 0,02
k = 500 Newton/meter
(b) Usaha yang dilakukan oleh gaya pegas
W = – ½ k x2
W = – ½ (500)(0,02)2
W = – (250)(0,0004)
W = -0,1 Joule
Usaha yang dilakukan oleh gaya pegas pada beban bernilai negatif karena arah gaya pegas berlawanan dengan dengan arah perpindahan beban.

BACA JUGA  Prinsip-Prinsip Gelombang

5. Sebuah kotak yang diam di atas permukaan lantai dipercepat dengan gaya sebesar 10 N sehingga kotak berpindah sejauh 2 meter. Jika gaya dorong searah dengan perpindahan kotak dan pada kotak bekerja gaya gesek kinetis sebesar 2 Newton maka usaha total yang dikerjakan pada kotak adalah…
Pembahasan
Usaha-fisika-4Diketahui :
Gaya (F) = 10 Newton
Gaya gesek kinetis (Fk) = 2 Newton
Perpindahan (s) = 2 meter
Ditanya : Usaha total (Wtotal)
Jawab :
Usaha yang dilakukan oleh gaya (F) :
W1 = F s cos 0 = (10)(2)(1) = 20 Joule
Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek kinetis (Fk) :
W2 = Fk s = (2)(2)(cos 180) = (2)(2)(-1) = -4 Joule
Usaha total adalah :
Wtotal = W1 – W2
Wtotal = 20 – 4
Wtotal = 16 Joule

6. Sebuah benda massa 5 kg berada 10 meter di atas permukaan bumi. Percepatan gravitasi = 10 ms-2. Besar usaha untuk memindahkan benda tersebut ke atas ketinggian 15 meter dari permukaan bumi adalah …

BACA JUGA  Contoh soal kapasitas kapasitor keping sejajar

A. . 75 Joule

B. . 250 Joule

C. . 500 Joule

D. . 750 Joule

E. 1.250 Joule

Pembahasan

Diketahui :

Massa benda (m) = 5 kg

Ketinggian (h) = 10 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Usaha untuk memindahkan benda ke ketinggian 15 meter

Jawab :

Usaha untuk memindahkan benda minimal sama dengan gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut.

Rumus usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi :

W = w h = m g h

Keterangan : W = usaha, w = gaya berat, h = ketinggian, m = massa, g = percepatan gravitasi

Rumus usaha yang dilakukan adalah :

W = w h = m g h = (5 kg)(10 m/s2)(10 m) = 500 kg m2/s2 = 500 Joule

Jawaban yang benar adalah C.

7. Sebuah benda massa 2 kg bergerak pada suatu permukaan licin dengan kecepatan 2 m s–1 . Beberapa saat kemudian benda itu bergerak dengan kecepatan 5 m s–1 . Usaha yang dikerjakan pada benda selama selang waktu tersebut adalah …

A. 4 Joule

B. 9 Joule

C. 15 Joule

D. 21 Joule

E. 25 Joule

Pembahasan

Diketahui :

Massa benda (m) = 2 kg

Kelajuan awal (vo) = 2 m s–1

Kelajuan akhir (vt) = 5 m s–1

Ditanya : Usaha yang dikerjakan pada benda selama selang waktu tersebut

Jawab :

Teorema usaha-energi kinetik menyatakan bahwa usaha total yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik benda. Secara matematis :

W = ΔEK = EK2 – EK1 = 1/2 m vt2 – 1/2 m vo2 = 1/2 m (vt2 – vo2) = 1/2 (2)(52-22) = (1)(25-4) = 21 Joule

8. Sebuah meja massanya 10 kg mula-mula diam di atas lantai licin, didorong selama 3 sekon bergerak lurus dengan percepatan 2 m.s−2. Besar usaha yang terjadi adalah…

BACA JUGA  Beda Fase Gelombang

A. 20 Joule

B. 30 Joule

C. 60 Joule

D. 180 Joule

E. 360 Joule

Pembahasan

Diketahui :

Massa (m) = 10 kg

Kelajuan awal (vo) = 0 (pada mulanya meja diam)

Selang waktu (t) = 3 sekon

Percepatan (a) = 2 m/s2

Ditanya : usaha (W) ?

Jawab :

Terlebih dahulu hitung jarak tempuh menggunakan rumus GLBB :

s = vo t + ½ a t2 = (0)(3) + ½ (2)(3)2

s = 0 + (1)(9) = 9

Usaha yang dilakukan pada meja :

W = F s = (m a)(s) = (10)(2)(9) = 180 Joule

Jawaban yang benar adalah D.

9. Sebuah balok bermassa 1,5 kg didorong ke atas oleh gaya konstan F = 15 N pada bidang miring seperti gambar. Anggap percepatan gravitasi (g) 10 ms-2 dan gesekan antara balok dan bidang miring nol. Usaha total yang dilakukan pada balok adalah…

A. 15 JPembahasan soal usaha (kerja) 1

B. 30 J

C. 35 J

D. 45 J

E. 50 J

Pembahasan

Diketahui :

Massa balok (m) = 1,5 kg

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Berat balok (w) = m g = (1,5)(10) = 15 Newton

Gaya dorong (F) = 15 Newton

Ditanya : usaha total yang dilakukan pada balok (W) ?

Jawab :

Terdapat dua gaya melakukan usaha pada balok; gaya yang sejajar dengan perpindahan balok, yakni gaya dorong (F) dan gaya berat balok yang sejajar dengan permukaan bidang miring (wx).

Usaha yang dilakukan oleh gaya dorong adalah :

W1 = F s = (15 N)(2 m) = 30 N m = 30 Joule

Usaha yang dilakukan oleh gaya berat wx :

W2 = wx s = (w sin 30o)(2 m) = (15 N)(1/2)(2 m) = 15 N m = 15 Joule

Usaha total yang dilakukan pada balok :

Wtotal = W1 – W2 = 30 J – 15 J = 15 Joule

Jawaban yang benar adalah A.

Tinggalkan komentar