1 M TO ATER P L ID EV AN EL LAT - X IH II S AN MA SO AL FISIKA SB MP TN SET 1 USAHA - ENERGI DAN MOMENTUM a. usaHa Usaha didefinisikan sebagai perkalian skalar antara gaya (F) dan perpindahan (s) yang diakibatkannya. Dirumuskan sebagai: W = F.s a. s = jarak perpindahan ( m ) Pada bidang datar F W = F cos θ . s θ s b. Pada bidang miring s W = F sin θ . s F sin θ F cos θ θ F 1 B. a. b. c. Energi Energi adalah kemampuan melakukan usaha. Energi bersifat kekal dan dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Energi kinetik: energi yang dimiliki benda saat bergerak. Ek = 1 m.v2 2 Energi potensial: energi yang dimiliki benda karena ketinggiannya terhadap bidang acuan, dirumuskan: Ep = m.g.h Energi potensial pegas, dirumuskan: Epp = 1 k∆x2 2 k = konstanta pegas (N/m) ∆x = pertambahan panjang (m) d. C. Energi mekanik, dirumuskan: Em = Ek + Ep Hubungan usaha dan energi a.Usaha dan Energi Kinetik Usaha dapat diartikan sebagai perubahan energi kinetik yang terjadi pada suatu benda. Dirumuskan sebagai: W = ∆Ek = Ek2 – Ek1 = 1 m(v22 – v12) 2 b.Usaha dan energi potensial Usaha diartikan pula sebagai perubahan energi potensial, dirumuskan sebagai: W = ∆ Ep = Ep2 – Ep1 = m.g.(h2 – h1) c.Usaha dan energi mekanik Usaha dapat pula diartikan sebagai perubahan energi mekanik, dirumuskan sebagai: W = ∆Em = Em2 – Em1 2 jika W = 0, maka: Em1 = Em2 Maka berlaku hukum kekekalan energi sebagai: Ek2 + Ep2 = Ek1 + Ep1 d. daYa aTau LaJu EnErgi P= P W t v W F.s s = = F. = F.v t t t = = = = Daya (watt) usaha/energi (joule) waktu (s) kecepatan rata-rata (m/s) CONTOH SOAL 1. Benda bermassa 50 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Besar gaya yang diperlukan agar benda tersebut berhenti 10 m dari tempat semula adalah .... Pembahasan: Diketahui: = 4 m/s v0 = 0 ( saat dikenai gaya F, benda berhenti) vt s = 10 m Ditanya: F? Jawab: W = ∆Ek F . s = m(vt2 – v02) F.10 = F F 1 .50(02 – 42) 2 25( −16) 10 = –40 N = Tanda (-) berarti menunjukkan arah berlawanan dengan perpindahan benda. 3 2. Sebuah balok bermassa 40 kg. Dilepas dari bukit bidang miring licin dengan ketinggian 3 m dari dasar bisang seperti pada gambar. Berapakah usaha yang dilakukan untuk memindahkan balok ke dasar bidang? 3 cm Pembahasan: Dicari dulu perpindahan: h 3 = = 5 meter sin 37 3 5 Usaha: W = F . s W = W . sin θ . s W = m . g sin θ . s W = 40 × 10 × W = 1.200 J 3. Balok yang massanya 8 kg meluncur di atas bidang datar licin dengan laju 4 m/s. Seperti pada gambar. Jika konstanta pegas k = 2 N/m. Berapa jauh pegas tertekan setelah balok berhenti? S= 4 v 3 ×5 5 Pembahasan: 1 k.∆x2 2 1 ∆Ek = k.∆x2 2 1 1 m.v2 = k. ∆x2 2 2 W = ∆x2 = m.v 2 k 8.(4)2 = 2 = 8 cm ∆x ∆x LATIHAN SOAL 1. Sebuah palu bermassa 2 kg dan berkecepatan 2 m/s menghantam paku sehingga terbenam ke dalam kayu 5 cm. Besar gaya tahanan kayu tersebut adalah …. A. 400 N B. 800 N C. 4000 N D. 8000 N E. 40.000 N 2. Sebuah benda bermassa 0,1 kg jatuh bebas vertikal dari ketinggian 2 m ke hamparan pasir. Jika benda masuk sedalam 2 cm ke dalam pasir sebelum berhenti, besar gaya ratarata yang dilakukan pasir terhadap benda adalah …. A. 30 N B. 50 N C. 60 N D. 90 N E. 100 N 3. Sebuah peluru bermassa 20 gram ditembakkan dengan sudut elevasi 30° dan berkecepatan 40 m/s. Jika gesekan udara diabaikan, perbandingan energi potensial dengan energi kinetiknya pada titik tertinggi …. A. 1 2 5 B. C. D. E. 4. Sebuah benda bermassa 2 kg yang sedang bergerak dengan kelajuan tetap, tiba-tiba menumbuk karung padi sehingga mengalami gaya F (lihat grafik F sebagai fungsi waktu). Perubahan kelajuan benda selama 4 detik pertama adalah …. 4 0 A. B. C. D. E. 5. 6. 6 2 3 4 5 1 3 1 9 F (N) 40 t (s) 11,6 m/s 10,6 m/s 9,6 m/s 8,6 m/s 7,6 m/s Sebuah balok yang bermassa 1,5 kg dalam keadaan diam di atas bidang horizontal (µk = 0,2). Peluru (massa peluru = 10 g) ditembakkan ke arah balok dan bersarang di dalamnya sehingga balok bergeser 1 meter. Kecepatan peluru menumbuk balok adalah …. A. 152 m/s B. 200 m/s C. 212 m/s D. 302 m/s E. 450 m/s ^ ^ Benda yang bermassa 2 kg dan dalam keadaan diam, mendapat gaya F = 8 i- 4t j N . Waktu yang dibutuhkan agar benda mencapai laju 15 m/s adalah …. A. 3 s B. 3,5 s C. 4 s D. 5 s E. 6,5 s