Energi mekanik – UN fisika SMA/MA 2012

Teorema usaha-energi kinetik

1. Soal UN 2011/2012 C61 No.16

Sebuah mobil dengan massa 1 ton, bergerak dari keadaan diam. Sesaat kemudian kecepatannya 5 ms-1. Besar usaha yang dilakukan oleh mesin mobil tersebut adalah…

A. 1000 Joule
B. 2.500 Joule
C. 5.000 Joule
D. 12.500 Joule
E. 25.000 Joule

Pembahasan

Diketahui :
Massa (m) = 1 ton = 1000 kg
Kelajuan awal (vo) = 0 (mobil bergerak dari keadaan diam)
Kelajuan akhir (vt) = 5 m/s
Ditanya : Usaha (W) yang dilakukan oleh mesin mobil ?
Jawab :

Teorema usaha-energi kinetik :
Wtotal = ½ m (vt2 – vo2)
Usaha yang dilakukan oleh mesin mobil adalah :
Wtotal = ½ (1000)(52 – 02) = (500)(25 – 0) = (500)(25) = 12.500 Joule
Jawaban yang benar adalah D.

Hukum kekekalan energi mekanik

2. Soal UN 2011/2012 C61 No.14

Pemain ski es meluncur dari ketinggian A seperti gambar berikut :
Jika kecepatan awal pemain ski = nol dan percepatan gravitasi 10 ms-2, maka kecepatan pemain pada ketinggian B adalah…
Energi mekanik - UN fisika SMA MA 2012 - 1

A. √2 ms-1
B. 5√2 ms-1
C. 10√2 ms-1
D. 20√2 ms-1
E. 25√2 ms-1

Pembahasan
Diketahui :
Kecepatan awal (vo) = 0
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Perubahan ketinggian = 50 meter – 10 meter = 40 meter
Ditanya : kecepatan pemain pada ketinggian B ?
Jawab :
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal = energi mekanik akhir.
Ketika mulai bergerak dari titik A, kecepatan awal pemain ski = vo = 0 sehingga energi kinetik awal = EKo = ½ m vo2 = 0. Sebaliknya ketika berada di titik A, pemain ski mempunyai energi potensial gravitasi awal = EPo = m g h, di mana h = 50 meter. Jadi energi mekanik awal (EMo) = energi potensial gravitasi awal (EPo). Selama bergerak dari A ke B, ketinggian pemain ski berkurang sehingga energi potensial gravitasi berkurang. Energi potensial gravitasi tidak hilang tetapi berubah menjadi energi kinetik. Bertambahnya energi kinetik ditandai dengan meningkatnya kecepatan pemain ski. Jika pemain ski tiba di dasar bidang miring maka semua energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik. Pada dasar bidang miring, energi potensial gravitasi bernilai nol sedangkan energi kinetik bernilai maksimum. Jadi energi mekanik akhir (EMt) = energi kinetik akhir (EKt).

Bagaimana dengan energi potensial gravitasi dan energi kinetik di titik B ? Pada titik B, sebagian energi potensial gravitasi berkurang dan berubah menjadi energi kinetik. Tepatnya, energi kinetik di titik B = pengurangan energi potensial gravitasi jika benda diandaikan jatuh bebas setinggi 40 meter. Mengapa tidak digunakan panjang lintasan bidang miring tetapi ketinggian 40 meter ? Jika anda belum memahami hal ini, sebaiknya anda pelajari lagi materi gaya konservatif dan kaitannya dengan energi potensial serta hukum kekekalan energi mekanik.

Kecepatan pemain ski pada ketinggian B :
Energi mekanik akhir = energi mekanik awal
Energi kinetik di titik B = energi potensial gravitasi setinggi 40 meter
EK = EP
½ m vt2 = m g h
½ vt2 = g h
½ vt2 = (10)(50-10)
½ vt2 = (10)(40)
½ vt2 = 400
vt2 = (2)(400) = 800
vt = √800 = √(2)(400) = 20√2 m/s
Jawaban yang benar adalah D.

3. Soal UN 2011/2012 A81 No.14
Sebuah benda bergerak dari titik A tanpa kecepatan awal. Jika selama gerakan tidak ada gesekan, kecepatan benda di titik terendah adalah….
A. 8 m.s-1Energi mekanik - UN fisika SMA MA 2012 - 2
B. 12 m.s-1
C. 20 m.s-1
D. 24 m.s-1
E. 30 m.s-1
Pembahasan
Diketahui :
Massa benda = m
Kecepatan awal (vo) = 0
Ketinggian (h) = 20 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : kecepatan akhir (vt) ?
Jawab :
Energi mekanik awal (EM1) = energi potensial gravitasi di A (EPA) = m g h = (m)(10)(20) = 200 m
Energi mekanik akhir (EM2) = energi kinetik (EK) = ½ m vt2
Kecepatan benda pada titik terendah atau kecepatan akhir benda vt) ?
Hukum kekekalan energi mekanik :
EM1 = EM2
200 m = ½ m vt2
200 = ½ vt2
400 = vt2
vt= 20 m/s
Jawaban yang benar adalah C.

Jumlah halaman : 29

Materi Pembahasan Soal :

  1. Pengukuran
  2. Vektor
  3. Gerak Lurus
  4. Gerak Melingkar Beraturan
  5. Hukum Newton
  6. Dinamika Rotasi
  7. Usaha dan Energi
  8. Elastisitas
  9. Momentum, Impuls dan Tumbukan
  10. Fluida Dinamis
  11. Suhu, Kalor dan Perpindahan Kalor
  12. Termodinamika
  13. Gelombang Mekanik
  14. Alat Optik
  15. Gelombang Cahaya
  16. Gelombang Bunyi
  17. Listrik Statis
  18. Listrik Dinamis
  19. Gaya Magnet
  20. Listrik Arus Bolak Balik
  21. Efek fotolistrik
  22. Relativitas Khusus
  23. Fisika Inti
Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung