10 Contoh Soal dan Rumus Usaha Energi Momentum
1. Perhatikan gambar berikut, orang tersebut sedang berhenti sejenak dan sedang memanggul tas ransel, berapakah usaha yang dilakukan oleh orang yang memanggul tas ransel tersebut?
A. 1 Joule
B. 2 Joule
C. 0 Joule
D. 10 Joule
E. 0,5 Joule
Pembahasan
Usaha yang dilakukan oleh orang = 0 karena perpindahan nol.
Jawaban yang benar C.
2. Pada suatu benda yang mempunyai massa 3 kg bekerja suatu gaya yang besarnya 60 N searah perpindahannya selama 5 detik dari keadaannya yang diam sehingga benda tersebut bergerak. Berapakah besarnya energi kinetiknya pada detik ke lima?
A. 15 J
B. 150 J
C. 1500 J
D. 15000 J
E. 1,5 J
Pembahasan
Diketahui:
Massa (m) = 3 kg
Gaya (F) = 60 N
Waktu (t) = 5 detik
Kecepatan awal (vo) = 0 (pada mulanya benda diam)
Ditanya: Energi kinetik (EK) pada detik ke-5
Jawab:
Rumus Energi Kinetik:
EK = 1/2 m vt2 ………… Persamaan 1
Hitung kecepatan benda pada detik ke-5 menggunakan rumus GLBB:
vt = vo + a t = 0 + a (5) = 5 a ………… Persamaan 2
Hitung percepatan (a) menggunakan rumus hukum II Newton:
ΣF = m a
60 = (3) a
a = 60/3
a = 20 m/s2
Kembali ke Persamaan 2:
vt = 5 a = 5 (20) = 100 m/s
Kembali ke Persamaan 1:
Jawaban yang benar D.
3. Pada suatu bidang mendatar yang memiliki koefisien gesekan 0.25√3 ditempatkan sebuah benda bermassa 3 kg. Gaya sebesar 30 N bekerja pada benda tersebut dengan membentuk sudut 60° terhadap garis horizontal. Apabila pada keadaan awal benda tersebut diam, tentukanlah usaha total yang dilakukan gaya 30 N pada benda tersebut setelah benda menempuh bidang datar sejauh 20 m !
A. 20,39 J
B. 30,2 J
C. 40.2 J
D. 45,39 J
E. 45,52 J
Pembahasan
Diketahui:
Koefisien gesek = 0.25√3 (Statis atau Kinetis ?)
Massa benda (m) = 3 kg
Percepatan gravitasi (g) = 9,8 m/s2
Berat benda (w) = m g = 29,4 N
F = 30 N
Fx = F cos 60o = (30 N)(0,5) = 15 N
Fy = F sin 60o = 26 N
Perpindahan (s) = 20 meter
Kecepatan awal (vo) = 0 (benda mulanya diam)
Ditanya: Usaha Total (W)
Jawab:
Gaya Normal:
N = w – Fy = 29,4 N – 26 N = 3,4 N
Gaya gesek kinetis:
Fk = (0.25√3)(3,4 N) = 1,47 N
Gaya total pada arah horisontal:
ΣF = Fx-Fk = 15-1,47 N = 13,53 N
Usaha Total = Perubahan Energi Kinetik
W = ΔEK = EK2 – EK1
Benda mula-mula diam v1 = 0 sehingga EK1 = 0
W = EK2 = 1/2 m v22 = 1/2 (3 kg) v22 …………… Persamaan 1
Hitung kecepatan akhir menggunakan rumus Hukum II Newton dan GLBB:
ΣF = m a = (3 kg) a …………… Persamaan 2
Hitung percepatan a menggunakan rumus GLBB:
Kembali ke persamaan 2:
Kembali ke persamaan 1:
W = 1/2 (3) v22 = (1,5)(180,4)
W = 270,6 Joule
4. Boni menendang sebuah bola bermassa 0.4 kg vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan awal 20 m/s hingga bola mencapai tinggi maksimum dan akhirnya kembali lagi ke permukaan tanah. Berapakah usaha yang dialami bola tersebut di ketinggian maksimum?
A. 80 J
B. – 80 J
C. 90 J
D. -90 J
E. 100 J
Pembahasan
Diketahui:
Massa (m) = 0,4 kg
Kecepatan awal (v1) = 20 m/s (+ karena arahnya ke atas)
Kecepatan akhir (v2) = 0 (di ketinggian maksimum bola diam sesaat sebelum jatuh)
Ditanya: Usaha yang dialami di ketinggian maksimum
Jawab:
Usaha = Perubahan energi kinetik:
W = ΔEK = EK2 – EK1
Di ketinggian maksimum kecepatan v2 = 0 sehingga EK2 = 0
W = – EK1 = -1/2 m v12 = -1/2 (0,4)(202)
W = -1/2 (0,4)(400) = – (0,2)(400) = -80 J
Jawaban yang benar B.
5. Boni menendang sebuah bola bermassa 0.4 kg vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan awal 20 m/s hingga bola mencapai tinggi maksimum dan akhirnya kembali lagi ke permukaan tanah. Berapakah usaha yang dialami bola tersebut di ketinggian maksimum?
A. 80 J
B. – 80 J
C. 90 J
D. -90 J
E. 100 J
Soal sama seperti sebelumnya.
6. Sebuah benda bermassa 8 kg dikenai suatu gaya horisontal sehingga bergerak dengan kecepatan 5 m/s dan menempuh suatu lintasan sepanjang 12 m. Diketahui pada keadaan awal, benda bergerak dengan kecepatan 2 m/s. Berapakah besarnya usaha yang dilakukan gaya tersebut?
A. 48 J
B. 28 J
C. 30 J
D. 84 J
E. 90 J
Pembahasan
Diketahui:
Massa (m) = 8 kg
Kecepatan awal (v1) = 2 m/s
Kecepatan akhir (v2) = 5 m/s
Perpindahan (s) = 12 m
Ditanya: Usaha
Jawab:
Usaha = Perubahan energi kinetik:
W = ΔEK = EK2 – EK1 = 1/2 m v22 – 1/2 m v12 = 1/2 m (v22-v12)
W = 1/2 (8)(52 – 22) = 4 (25 – 4) = 4 (21) = 84 J
Jawaban yang benar D.
7. Sebuah bola 100 gr yang berada dalam keadaan diam dipukul dengan sebuah tongkat dengan kecepatan 30 m/s. Berapakah besarnya impuls pukulan tongkat tersebut?
A. 3 Ns
B. 6 Ns
C. 9 Ns
D. 12 N
E. 15 Ns
Pembahasan
Diketahui:
Massa (m) = 100 gr = 0,1 kg
Kecepatan awal (v1) = 0
Kecepatan akhir (v2) = 30 m/s
Ditanya: Impuls
Jawab:
Impuls = Perubahan Momentum
I = Δp = p2 – p1 = m v2 – m v1 = m (v2 – v1) = (0,1)(30) = 3 Ns
Jawaban yang benar A.
8. Suatu benda 200 gr dilemparkan ke sebuah tembok dengan kecepatan 40 m/s sehingga benda tersebut terpantul kembali dengan kecepatan 30 m/s. Benda tersebut menyentuh dinding selama 0,05 s. Berapakah perubahan momentum yang terjadi?
A. 14 kg m/s
B. -14 kg m/s
C. 28 kg m/s
D. -28 kg m/s
E. 5 kg m/s
Pembahasan
Diketahui:
Massa (m) = 200 gr = 0,2 kg
Kecepatan awal (v1) = +40 m/s
Kecepatan akhir (v2) = -30 m/s
Waktu (t) = 0,05 s
Ditanya: Perubahan momentum
Jawab:
Δp = p2 – p1 = m v2 – m v1 = m (v2 – v1) = (0,2)(-30-40) = (0,2)(-70) = -14 kg m/s
Jawaban yang benar B.
9. Suatu benda bermassa 20 kg yang bergerak dengan kecepatan 10 m/s dan benda kedua yang mempunyai massa 4 kg bergerak dengan arah berlawanan dengan kecepatan 4 m/s. Sebagai akibat dari gerakan tersebut, kedua benda tersebut saling bertumbukan. Berapakah kecepatan akhir benda bermassa 20 kg apabila tumbukannya dianggap lenting sempurna?
A. 8,2 m/s
B. 16,2 m/s
C. -8,2 m/s
D. -16,2 m/s
E. 15 m/s
Pembahasan
Diketahui:
Massa 1 (m1) = 20 kg
Kecepatan awal 1 (v1) = 10 m/s
Massa 2 (m2) = 4 kg
Kecepatan awal 2 (v2) = 4 m/s
Ditanya: Kecepatan akhir m1 apabila tumbukan lenting sempurna
Jawab:
10. Suatu benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 9 m/s. Benda tersebut ditumbuk oleh benda lain yang mempunyai massa 4 kg dengan kecepatan 4 m/s. Kecepatan akhir benda bermassa 4 kg tersebut adalah 6 m/s. Berapakah nilai koefisien restitusi tumbukan tersebut.
A. 0,1
B. 0,2
C. 0,3
D. 0,4
E. 0,5
Pembahasan
Diketahui:
Massa 1 (m1) = 2 kg
Kecepatan awal 1 (v1) = 9 m/s
Massa 2 (m2) = 4 kg
Kecepatan awal 2 (v2) = 4 m/s
Kecepatan akhir 2 (v2’) = 6 m/s
Ditanya: Koefisien restitusi (e)
Jawab:
m1 v1 + m2 v2 = m1 v1’ + m2 v2’
(2)(9) + (4)(4) = (2)v1’ + (4)(6)
18 + 16 = (2)v1’ + 24
34 – 24 = (2)v1’
10 = 2 v1’
v1’ = 10/2 = 5 m/s
Rumus Koefisien Restitusi:
Jawaban yang benar B.
Sumber soal :
Soal Tes Formatif MODUL 2 KB 2. USAHA DAN ENERGI, MOMENTUM
DAR2/Profesional/184/1/2022
PENDALAMAN MATERI FISIKA
MODUL 2: DINAMIKA
Penulis : Albertus Hariwangsa Panuluh, M.Sc.
KEMENTRIAN PENDIDIKAN, KEBUDAYAAN, RISTEK,
DAN TEKNOLOGI
2022
