6 Contoh Soalan Tenaga Mekanikal
Teorem kerja-tenaga mekanikal
1. Lihat imej sesaran bongkah berikut ! Andaikan g = 10 m/ s² . Jika pekali geseran kinetik antara bongkah dan lantai ialah μ k = 0,5, maka nilai sesaran (s) objek ialah ….
A. 5,00 m
B. 4,25 m
C. 3,00 m
D. 2,50 m
Timur 2,00 m
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa :
Pekali geseran kinetik ( μk ) = 0,5
Jisim bongkah (m) = 4 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/ s²
Berat bongkah (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton
Jika bongkah itu berada di atas permukaan yang rata, maka daya normal (N) = berat (w) = 40 Newton.
Halaju awal (v1 ) = 5 m/s
Halaju akhir (v 2 ) = 0 m/s
Ditanya : sesaran objek?
Jawapan :
Teorem kerja-tenaga mekanikal menyatakan bahawa kerja (W) yang dilakukan oleh daya bukan konservatif adalah sama dengan perubahan tenaga mekanikal objek atau tenaga mekanikal akhir (EM 2 ) – tenaga mekanikal awal (EM 1 ). Geseran kinetik ialah daya bukan konservatif dan satu-satunya daya bukan konservatif yang bertindak pada blok tersebut ialah daya geseran kinetik.
W = ΔEM
fk s = EM 2 – EM 1
Kerja yang dilakukan oleh geseran kinetik:
W = f k s = ( μ k )(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Perubahan dalam tenaga mekanikal:
Δ EM = EM 2 – EM 1 = (EK + EP) 2 – (EK + EP) 1
Suatu objek bergerak di atas permukaan rata dan tidak mengalami perubahan ketinggian ( Δh = 0) jadi tiada perubahan dalam tenaga keupayaan graviti ( ΔEP = EP2 – EP1 = 0). Jadi perubahan dalam tenaga mekanikal hanya melibatkan perubahan dalam tenaga kinetik.
Δ EM = EK 2 – EK 1 = ½ mv 2 2 – ½ mv 1 2 = ½ m (v 2 2 – v 1 2 )
Δ EM = ½ (4)(0 2 – 5 2 ) = (2)(25) = 50
Anjakan blok tersebut ialah:
W = ΔEM
20 s = 50
s = 50 / 20 = 2,5 meter
Jawapan yang betul ialah D.
Hukum pemuliharaan tenaga mekanikal
2. Objek A dan B mempunyai jisim yang sama. Objek A jatuh dari ketinggian h meter dan B jatuh dari ketinggian 2j meter. Jika A menghentam tanah dengan kelajuan vm/s, maka objek B akan menghentam tanah dengan tenaga kinetik….
A. 2 mv 2
B. mv 2
C. 3/4 mv 2
D. 1/2 mv 2
E. 1/4 mv 2
Perbincangan
Laju akhir objek B yang jatuh bebas dari ketinggian 2 jam ialah:
v 2 = 2 g (2j) = 4 gh
Tenaga kinetik objek B ialah:
EK B = ½ mv 2 = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– Persamaan 1
Tenaga mekanikal awal objek B ialah tenaga keupayaan graviti = mg/jam. Tenaga mekanikal akhir objek B ialah tenaga kinetik = ½ mv/ 2.
Hukum pemuliharaan tenaga mekanikal :
mgh = ½ mv².
Oleh kerana mgh = ½ mv 2 maka kita boleh menggantikan mgh dalam persamaan 1 dengan ½ mv 2.
Tenaga kinetik objek B = 2 mgh = 2(½ mv² ) = mv²
Jawapan yang betul ialah B.
3. Lihat gambar di bawah! Sebuah objek jatuh bebas dari ketinggian 20 m. Jika pecutan graviti ialah 10 m/s, maka laju objek itu apabila ia berada 15 m di atas tanah ialah….
A. 2 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s
Perbincangan
Tenaga mekanikal akhir = tenaga mekanikal awal
Tenaga kinetik objek pada titik 2 = pengurangan tenaga keupayaan graviti sebanyak 5 meter
½ mv 2 = mgh
½ v 2 = (10)(20-15)
½ v 2 = (10)(5)
½ v2 = 50
v2 = ( 2 )(50)
v2 = 100
v = 10 m/s
Jawapan yang betul ialah C.
4. Sebuah bongkah dipegang di bahagian atas satah condong seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Apabila dilepaskan, bongkah itu meluncur tanpa geseran di sepanjang cerun. Laju bongkah apabila sampai ke bahagian bawah cerun ialah…
B. 8 ms -1
C. 10 ms -1
D. 12 ms -1
E. 16 ms -1
Perbincangan
Tenaga mekanikal awal = tenaga keupayaan graviti = mgh = m(10)(5) = 50 m
Tenaga mekanikal akhir = tenaga kinetik = 1/2 mv²
Hukum pemuliharaan tenaga mekanikal menyatakan bahawa tenaga mekanikal awal = tenaga mekanikal akhir.
EM o = EM t
50 m = 1/2 mv 2
50 = 1/2 lawan 2
2 (50) = v2
100 = v2
v = 10 m/s
Jawapan yang betul ialah C.
5. Sebuah bongkah berjisim m kg dilepaskan dari ketinggian h meter di atas tanah seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Nisbah tenaga keupayaan (EP) dan tenaga kinetik (EK) apabila ia berada di titik M ialah….
A.1 : 3 
B.1 : 2
C.2 : 1
D.2 : 5
E.3 : 7
Perbincangan
Tenaga keupayaan graviti pada titik M:
EP M = mg (0,3 jam)
Tenaga kinetik pada titik M = pengurangan tenaga keupayaan graviti sebanyak h-0,3h = 0,7 h
EK M = EP = mg (0,7 jam)
Nisbah tenaga keupayaan graviti dan tenaga kinetik pada titik M ialah:
EP M : EK M
mg (0,3 jam) : mg (0,7 jam)
0,3: 0,7
3: 7
Jawapan yang betul ialah E.
6. Lihat gambar objek A jatuh bebas dari titik P di bawah!
Jika EP Q dan EK Q masing-masing ialah tenaga keupayaan dan tenaga kinetik pada titik Q (g = 10 m/s² ) , maka EP Q : EK Q ialah….
A.16 : 9
B.9 : 16
C.3 : 2
D.2 : 3
E.2 : 1
Perbincangan
Tenaga keupayaan graviti pada titik Q:
EP Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m
Tenaga kinetik pada titik Q = pengurangan tenaga keupayaan graviti sebanyak 5-1,8 = 3,2 meter
EK Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
Nisbah tenaga keupayaan graviti dan tenaga kinetik pada titik Q ialah:
EP Q : EK Q
18 meter : 32 meter
18: 32
9: 16
Sumber soalan:
Soalan Fizik Peperiksaan Kebangsaan untuk Sekolah Menengah Atas/Sekolah Menengah Vokasional
