SESI 1.indd

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