6 Contoh soal Energi Mekanik
Teorema usaha-energi mekanik
1. Δώστε προσοχή στην εικόνα εκτόπισμα balok sebagai berikut! Anggap g = 10 m/s2. Jika koefisien gesekan kinetik antara balok dan lantai μk = 0,5, maka nilai perpindahan benda (s) adalah ….
Α. 5,00 μ.
Β. 4,25 μ.
Γ. 3,00 μ.
Δ. 2,50 μ.
Α. 2,00 μ.
Συζήτηση
Είναι γνωστό :
Συντελεστής κινητικής τριβής (μk) = 0,5
Μάζα μπλοκ (m) = 4 kg
Επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (g) = 10 m/s2
Βάρος μπλοκ (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton
Jika balok berada di atas permukaan bidang datar maka gaya normal (N) = gaya berat (w) = 40 Newton.
Αρχική ταχύτητα (v1) = 5 m/s
Τελική ταχύτητα (v2) = 0 m/s
Ερωτηθείς : perpindahan benda (s) ?
Jawab :
Teorema usaha-energi mekanik menyatakan bahwa usaha (W) yang dilakukan oleh gaya tak konservatif sama dengan perubahan energi mekanik benda atau energi mekanik akhir (EM2) – energi mekanik awal (EM1). Gaya gesek kinetis termasuk gaya tak konservatif dan satu-satunya gaya tak konservatif yang bekerja pada balok adalah gaya gesek kinetis.
W= ΔEM
fk s = EM2 – ΗΜ1
Έργο που παράγεται από την κινητική τριβή:
W = fk s = (μk)(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Perubahan energi mekanik :
ΔEM = EM2 – ΗΜ1 = (EK + EP)2 – (EK + EP)1
Benda bergerak di atas permukaan bidang datar dan tidak mengalami perubahan ketinggian (Δh = 0) sehingga tidak ada perubahan energi potensial gravitasi (ΔEP = EP2 – ΕΚ1 = 0). Jadi perubahan energi mekanik hanya melibatkan perubahan energi kinetik.
ΔEM = EK2 – ΕΚ1 = ½ mV22 – ½ mV12 = ½ m (v22 - v12)
ΔEM = ½ (4)(02 - 52) = (2)(25) = 50
Perpindahan balok adalah :
W= ΔEM
20 δευτερόλεπτα = 50
s = 50 / 20 = 2,5 μέτρα
Η σωστή απάντηση είναι το Δ.
Νόμος διατήρησης της μηχανικής ενέργειας
2. Benda A dan B bermassa sama. Benda A jatuh dari ketinggian h meter dan B jatuh dari 2h meter. Jika A menyentuh tanah dengan kecepatan v m/s, maka benda B akan menyentuh tanah dengan energi kinetik sebesar….
A. 2 mv2
B. mv2
C. 3/4 mv2
D. 1/2 mv2
E. 1/4 mv2
Συζήτηση
Kelajuan akhir benda B yang jatuh bebas dari ketinggian 2h adalah :
v2 = 2 g (2 ώρες) = 4 gh
Energi kinetik benda B adalah :
EKB = ½ mV2 = ½ m (4 g h) = 2 m g h —– Persamaan 1
Energi mekanik awal benda B adalah energi potensial gravitasi = m g h. Energi mekanik akhir benda B adalah energi kinetik = ½ m v2.
Νόμος διατήρησης της μηχανικής ενέργειας :
mgh = ½ mv2.
Επειδή mgh = ½ mv2 maka kita dapat menggantikan m g h pada persamaan 1 dengan ½ m v2.
Energi kinetik benda B = 2 m g h = 2(½ m v2) = mv2
Η σωστή απάντηση είναι η Β.
3. Perhatikan gambar di bawah ini! Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian 20 m. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s, maka kecepatan benda pada saat berada 15 m di atas tanah adalah….
Α. 2 m/s
Β. 5 m/s
Γ. 10 m/s
Δ. 15 m/s
Α. 20 m/s
Συζήτηση
Τελική μηχανική ενέργεια = αρχική μηχανική ενέργεια
Energi kinetik benda di titik 2 = pengurangan energi potensial gravitasi sejauh 5 meter
½ mV2 = mgh
½ v2 = (10)(20-15)
½ v2 = (10)(5)
½ v2 = 50
v2 = (2)(50)
v2 = 100
v = 10 m/s
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
4. Sebuah balok ditahan di puncak bidang miring seperti gambar. Ketika dilepas, balok meluncur tanpa gesekan sepanjang bidang miring. Kecepatan balok ketika tiba di dasar bidang miring adalah…
Β. 8 ms-1
Γ. 10 ms-1
Δ. 12 ms-1
Ε. 16 ms-1
Συζήτηση
Energi mekanik awal = energi potensial gravitasi = m g h = m (10)(5) = 50 m
Energi mekanik akhir = energi kinetik = 1/2 m v2
Ο νόμος διατήρησης της μηχανικής ενέργειας ορίζει ότι αρχική μηχανική ενέργεια = τελική μηχανική ενέργεια.
EMo = ΕΜt
50 m = 1/2 mV2
50 = 1/2 v2
100 = v2
v = 10 m/s
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
5. Sebuah balok bermassa m kg dilepaskan dari ketinggian h meter di atas tanah seperti pada gambar. Perbandingan energi potensial (EP) dan energi kinetik (EK) ketika berada di titik M adalah….
Α. 1:3 
Β. 1: 2
Γ. 2:1
Δ. 2: 5
Ε. 3:7
Συζήτηση
Energi potensial gravitasi di titik M :
EPM = mg (0,3 ώρες)
Energi kinetik di titik M = pengurangan energi potensial gravitasi sejauh h-0,3h = 0,7 h
EKM = EP = m g (0,7 h)
Perbandingan energi potensial gravitasi dan energi kinetik di titik M adalah :
EPM : ΕΚM
mg (0,3 ώρες): mg (0,7 ώρες)
0,3: 0,7
3: 7
Η σωστή απάντηση είναι η Ε.
6. Perhatikan gambar benda A yang jatuh bebas dari titik P berikut ini!
Jika EPQ dan EKQ masing-masing adalah energi potensial dan energi kinetik di titik Q (g = 10 m/s2), maka EPQ : ΕΚQ είναι….
Α. 16:9
Β. 9: 16
Γ. 3:2
Δ. 2: 3
Ε. 2:1
Συζήτηση
Energi potensial gravitasi di titik Q :
EPQ = m g h = (m)(10)(1,8) = 18 m
Energi kinetik di titik Q = pengurangan energi potensial gravitasi sejauh 5-1,8 = 3,2 meter
EKQ = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
Perbandingan energi potensial gravitasi dan energi kinetik di titik Q adalah :
EPQ : ΕΚQ
18 μ. : 32 μ.
18: 32
9: 16
Πηγή ερώτησης:
Ερωτήσεις Φυσικής για Πανελλαδικές Εξετάσεις Λυκείου/Επαγγελματικού Λυκείου
