Kumpulan Soal Dan Pembahasan Kerja Keras Dan Energi

Usaha biasanya dinyatakan selaku besarnya hasil kali gaya dengan perpindahan. Dengan kata lain kerja keras ialah besaran yang dipakai untuk memindahkan suatu benda atau mengganti kedudukan suatu benda. Bila mengatakan mengenai gaya dan perpindahan , maka tentu akan berafiliasi dengan energi. Oleh alasannya yakni itu , kerja keras pada prinsipnya sungguh berhubungan dengan energi.

Untuk itu , ada baiknya kalau kita mengetahui kembali prinsip-prinsip dasar energi untuk memudahkan solusi permasalahan perihal kerja keras dan energi. Berikut beberapa soal dan pembahasan mengenai kerja keras dan relevansinya dengan energi. Soal dikumpulkan dari soal cobaan nasional dan beberapa rujukan yang sering dipakai di sekolah.

Kumpulan Soal

Sebuah balok bermassa 4 kg berada di atas permukaan licin dalam kondisi diam. Jika balok tersebut mengalami percepatan 2 m/s² dalam arah horizontal , maka kerja keras yang dilakukan kepada balok selama 5 detik adalah…
A. 400 Joule
B. 200 Joule
C. 360 Joule
D. 300 Joule
E. Tidak ada pilihan yang benar
Pembahasan :
Bila pada soal dikenali kecepatan atau percepatan , maka biasanya soal mengacuh pada relasi kerja keras dengan energi kinetik. Adapun relasi kerja keras dengan energi kinetik yakni selaku berikut :
W =∆Ek = Ek – Eko = 1/2 m (v² – vo²)

dengan :
W = usaha
v = kecepatan akhir
vo = kecepatan mula-mula
Ek = energi kinetik akhir
Eko = energi kinetik mula-mula
∆Ek = pergantian energi kinetik

Pada soal dikenali :
vo = 0
a = 2 m/s²
t = 5 s
m = 4 kg
Tentukan apalagi dahulu kecepatan simpulan (kecepatan pada t 5 detik) menggunakan salah satu rumus GLBB yakni :
v² = vo² + at
v² = 0 + 2(5)
v² = 10 m/s
Usaha :
W = ∆Ek = 1/2. 4 (100 – 0)
W = 200 Joule —> pilihan B
Tono menawan suatu meja dengan kemiringan 37^o kepada arah horizontal menyerupai gambar di bawah. Jika gaya Tono sebesar 100 N sukses memindahkan meja tersebut sejauh 5 meter , maka kerja keras yang dilakukan Tono adalah…

A. 400 Joule
B. 300 Joule
C. 355 Joule
D. 250 Joule
E. 500 Joule
Pembahasan :
Soal ini sanggup dikatakan sederhana tetapi kebanyakan sukses menjebak murid. Kesalahan terjadi alasannya yakni mereka menjawab dengan rumus dasar W = F.s tanpa memperhatikan sudut terbuat oleh gaya. Untuk itu akan sungguh menolong kalau kita menguraikan gaya tono ke dalam sumbu x dan sumbu y selaku berikut :

Karena meja bergerak sejauh 5 meter dalam arah horizontal maka gaya yang kita tinjau yakni gaya Toni pada sumbu x. Gaya vertikal tidak perlu ditinjau alasannya yakni tidak sesumbu dengan arah gerak. Dengan demikian ,
W = Fx . s
W = F cos 37^o . s
W = 100 (4/5) (5)
W = 400 Joule —> pilihan A
Tips !!
Sudut 37^o dan sudut 53^o ialah sudut istimewa yang sering timbul di soal. Oleh alasannya yakni itu , akan sungguh menolong kalau kita menghafalnya.
sin 37^o = 3/5—> cos 37^o = 4/5—> tan 37^o = 3/4
Sebaliknya ,
sin 53^o = 4/5—> cos 53^o = 3/5—> tan 53^o = 4/3
Besar kerja keras yang dilakukan oleh mesin kepada suatu kendaraan beroda empat bermassa 1 ton yang mula-mula membisu sehingga bergerak dengan kecepatan 5 m/s adalah…
A. 1000 Joule
B. 1500 Joule
C. 5000 Joule
D. 12.500 Joule
E. 25.000 Joule
Pembahasan :
Dari soal dikenali :
v = 5 m/s
m = 1000 kg
vo = 0
Usaha :
W = ∆Ek = 1/2. (1000) (25 – 0)
W = 12.500 Joule —> pilihan D
Sebuah bola bermassa 200 gram dilempar vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan permulaan 10 m/s. Pada titik maksimum kerja keras yang dilakukan oleh gaya berat adalah…
A. 50 J
B. 20 J
C. 10 J
D. 5 J
E. 2 ,5 J
Pembahasan :
Dari soal dikenali :
vo = 10 m/s
v = 0 —> pada ketinggian maksimum kecepatan benda sama dengan nol.
m = 0 ,2 kg
Usaha :
W = ∆Ek = 1/2. (0 ,2) (0 – 100)
W = -10 Joule —> pilihan C
Tanda negatif mengatakan bahwa gaya berat bertentangan arah dengan arah perpindahan sehingga dalam hal ini kerja keras yang dilakukan gaya berat yakni menghalangi gerak.
Usaha yang diperlukan untuk memindahkan suatu benda bermassa 10 kg lewat bidang miring licin dengan kemiringan 53^o menyerupai gambar di bawah adalah…

A. 1000 J
B. 800 J
C. 600 J
D. 400 J
E. 100 J
Pembahasan :
Soal ini sanggup dijalankan dengan menggunakan relasi kerja keras dan energi berpotensi :

W = mg ∆h

Dari gambar terperinci terlihat bahwa ketinggian bidang miring , bidang datar , dan bidang miring membentuk segitiga siku-siku. Oleh alasannya yakni itu berlaku :

W = mg s sin 53 —> dengan s yakni sisi miring.

W = 10 (10) (10) (4/5)

W = 800 Joule —> pilihan B.
Sebuah bola bermassa 500 gram dijatuhkan dari atas gedung setinggi 2 m. Besar kerja keras selama perpindahan bola tersebut adalah…
A. 50 J
B. 30 J
C. 25 J
D. 20 J
E. 10 J
Pembahasan :
Dari soal dikenali :
m = 500 g = 0 ,5 kg
∆h = 2 m
vo = 0
Model soal menyerupai ini sanggup dijalankan dengan dua cara yakni menyaksikan relasi kerja keras dengan energi kinetik atau dengan menyaksikan relasi antara kerja keras dengan energi potensial. Hubungan energi berpotensi dengan kerja keras yakni :
W = ∆Ep = m g ∆h
W = 0 ,5 (10) (2)
W = 10 Joule —> pilihan E
Jika menyaksikan relasi kerja keras dengan energi kinetik apalagi dahulu kita cari kecepatan hasilnya dengan rumus GLBB :
v = vo + 2gh
v = 0 +2 (10) (2)= 40
W = ∆Ek
W = 1/2 (0 ,5) (40 – 0)
W = 10 Joule —> pilihan E
Sebuah benda 2 kg bergerak pada permukaan licin dengan kecepatan 2 m/s. Jika pada benda dilakukan kerja keras sebesar 21 Joule , maka kecepatan benda tersebut akan berubah menjadi…
A. 1 m/s
B. 2 m/s
C. 3 m/s
D. 5 m/s
E. 17 m/s
Pembahasan :
Dari soal dikenali :
m = 2kg
vo = 2 m/s
W = 21 J
Kecepatan simpulan :
W = ∆Ek
21 = 1/2 (2) (v² – 4)
v² = 25
v = 5 m/s —> pilihan D
Suatu benda bermassa 4 kg bergerak dengan kecepatan permulaan 6 m/s. Besar kerja keras yang mesti dilakukan untuk meminimalisir kecepatan benda itu sampai menjadi sepertiganya adalah…
A. 100 J
B. 86 J
C. 64 J
D. 36 J
E. 24 J
Pembahasan :
Dari soal dikenali :
m = 4kg
vo = 6 m/s
v = 1/3 (6) = 2m/s
Usaha :
W = ∆Ek
W = 1/2 (4) (4 – 36)
W = -64 J —> pilihan C
Tanda negatif mengatakan kerja keras pengereman melawan arah gerak.
Sebuah meja massanya 10 kg mula-mula membisu di atas lantai licin. Meja kemudian didorong selama 3 detik dan bergerak lurus dengan percepatan 2 m/s^o. Besar kerja keras yang terjadi adalah…

A. 180 J
B. 360 J
C. 90 J
D. 45 J
E. 36 J
Pembahasan :
Dari soal dikenali :
m = 10 kg
vo = 0
t = 3 s
a = 2 m/s²
Kecepatan simpulan
v = vo + at = 0 + 2(3)
v = 6 m/s
Usaha :
W = ∆Ek = 1/2 (10) (36 – 0)
W = 180 J —> pilihan A
Sebuah kendaraan beroda empat bermassa 5.000 kg sedang bergerak dengan kelajuan 36 km/jam. Pada jarak 100 meter di depan kendaraan beroda empat terdapat suatu pohon yang tumbang membatasi jalan. Besar gaya pengereman yang diperlukan agar truk tidak menabrak pohon tersebut adalah…

A. 2.500 N
B. 2.000 N
C. 1.000 N
D. 800 N
E. 400 N
Pembahasan :
Dari soal dikenali :
m = 5000 kg
vo = 36 km/jam = 10 m/s
v = 0 —> berhenti
s = 100 m
Konsep Usaha :
W = ∆Ek
F . s = 1/2 (5000) (0 – 100)
F = 250.000/s
F = 250.000/100
F = 2.500 N —> pilihan A