Usaha dan energi – Pembahasan soal dan jawaban UN Fisika SMA/MA 2013

1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.9

Sebuah bola bermassa 500 gram dilempar vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan awal 10 ms-2. Bila g = 10 ms-2, maka usaha yang dilakukan gaya berat bola pada saat mencapai tinggi maksimum adalah…

A. 2,5 J
B. 5,0 J
C. 25 J
D. 50 J
E. 500 J

Pembahasan
Abaikan hambatan udara.
Diketahui :
Massa bola (m) = 500 gram = 0,5 kg
Kecepatan awal (vo) = 10 m/s2
Kecepatan akhir (vt) = 0. Pada ketinggian maksimum, benda diam sesaat sebelum berbalik arah.
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Usaha (W) yang dilakukan oleh gaya berat bola
Jawab :

Teorema usaha-energi kinetik :
Teorema usaha-energi kinetik menyatakan bahwa usaha total atau usaha yang dilakukan oleh resultan gaya pada sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut. Rumus teorema usaha-energi kinetik :
Wtotal = ΔEK = EKt – EKo
Wtotal = ½ m vt2 – ½ m vo2 = ½ m (vt2 – vo2)
Keterangan :
EKt = energi kinetik akhir, EKo = energi kinetik awal, m = massa benda, vt = kecepatan akhir benda, vo = kecepatan awal benda.
Usaha total :
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat bola sejak bola dilempar hingga bola mencapai ketinggian maksimum adalah :
Wtotal = ½ m (vt2 – vo2) = ½ (0,5)(02 – 102)
Wtotal = (0,25)(-100) = -25 Joule
Tanda negatif menunjukan bahwa arah perpindahan bola berlawanan dengan arah gaya berat bola. Arah perpindahan bola ke atas, arah gaya berat bola ke bawah. Gaya berat melakukan usaha negatif pada bola artinya usaha yang dilakukan oleh gaya berat menyebabkan energi potensial gravitasi bola bertambah dan energi kinetik bola berkurang. Gaya berat melakukan usaha positif apabila arah gaya berat bola sama dengan arah perpindahan bola (bola bergerak ke bawah).
Jawaban yang benar adalah C.

2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.9

Sebuah bola bermassa 1 kg dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari atas gedung melewati jendela A di lantai atas ke jendela B di lantai bawah dengan beda tinggi 2,5 m (g = 10 m.s-2). Berapa besar usaha untuk perpindahan bola dari jendela A ke jendela B tersebut ?

A. 5 Joule
B. 15 Joule
C. 20 Joule
D. 25 Joule
E. 50 Joule

Pembahasan
Diketahui :
Massa bola (m) = 1 kg
Kecepatan awal (vo) = 0 m/s
Ketinggian (h) = 2,5 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Usaha total selama perpindahan bola
Jawab :
Kecepatan akhir bola (vt)
Bola jatuh tanpa kecepatan awal karenanya gerakan bola termasuk gerak jatuh bebas. Terlebih dahulu hitung kecepatan akhir bola menggunakan rumus gerak jatuh bebas. Diketahui percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2, perubahan ketinggian bola (h) = 2,5 meter dan ditanyakan kecepatan akhir (vt) karenanya gunakan rumus vt2 = 2 g h
vt2 = 2 g h = 2(10)(2,5) = 2(25)
vt = √2(25) = 5√2
Jadi kecepatan akhir bola adalah 5√2 m/s
Usaha total = perubahan energi kinetik
Wtotal = ΔEK = ½ m (vt2 – vo2) = ½ (1){(5√2)2 – 02}
Wtotal = ½ (25)(2) = 25 Joule
Jawaban yang benar adalah D.

3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.9
Sebuah benda bermassa 2 kg mula-mula bergerak dengan kecepatan 72 km.jam-1. Setelah bergerak sejauh 400 m, kecepatan benda menjadi 144 km.jam-1 dan (g = 10 ms-2). Usaha total yang dilakukan benda pada saat itu adalah…
A. 20 J
B. 60 J
C. 1.200 J
D. 2.000 J
E. 2.400 J
Pembahasan
Diketahui :
Massa benda (m) = 2 kg
Kecepatan awal (vo) = 72 km/jam = 20 m/s
Kecepatan akhir (vt) = 144 km/jam = 40 m/s
Jarak tempuh (s) = 400 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Usaha total
Jawab :
Usaha total = perubahan energi kinetik
Wtotal = ΔEK = ½ m (vt2 – vo2) = ½ (2)(402 – 202}
Wtotal = ½ (2)(1600 – 400) = 1200 Joule
Jawaban yang benar adalah C.

(Jumlah halaman : 56)

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. Induksi Elektromagnetik
  21. Listrik Arus Bolak Balik
  22. Efek fotolistrik
  23. Relativitas Khusus
  24. Fisika Inti
Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung

Penulis, Netpreneur, Guru. Dari Lembata/Flores Timur, Nusa Tenggara Timur.