Berikut berbagai macam contoh soal dan pembahasan tentang usaha dan energi untuk meningkatkan pemahaman Sebuah balok ditarik gaya F = 120 N yang membentuk sudut 37o terhadap arah horizontal seperti pada gambar. Jika balok bergeser sejauh 10 m, tentukan usaha yang dilakukan pada balok!Pembahasan2. Balok bermassa 2 kg berada di atas permukaan yang licin dipercepat dari kondisi diam hingga bergerak dengan percepatan 2 m/ usaha yang dilakukan terhadap balok selama 5 s!PembahasanTerlebih dahulu dicari kecepatan balok saat 5 s, kemudian dicari selisih energi kinetik dari kondisi awal dan akhirnya3. Benda 10 kg hendak digeser melalui permukaan bidang miring yang licin seperti gambar berikut!Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut!PembahasanMencari usaha dengan selisih energi potensial 4. Perhatikan grafik gaya F terhadap perpindahan S di bawah!Tentukan besarnya usaha hingga detik ke 12!PembahasanUsaha = Luasan antara garis grafik F-S dengan sumbu S, untuk grafik di atas luasan berupa trapesiumW = 1/212 + 9 x 6 W = 1/2 216 W = 63 joule5. Sebuah mobil bermassa kg sedang bergerak dengan kelajuan 72 km/jam mendekati lampu besar gaya pengereman yang harus dilakukan agar mobil berhenti di lampu merah yang saat itu berjarak 100 meter dari mobil! 72 km/jam = 20 m/sPembahasan6. Sebuah tongkat yang panjangnya 40 cm dan tegak di atas permukaan tanah dijatuhi martil 10 kg dari ketinggian 50 cm di atas ujungnya. Bila gaya tahan rata-rata tanah 103 N, maka banyaknya tumbukan martil yang perlu dilakukan terhadap tongkat agar menjadi rata dengan permukaan tanah adalah….PembahasanDua rumus usaha yang terlibat disini adalahPada martil W = m g Δ hPada tanah oleh gaya gesekanW = F SCari kedalaman masuknya tongkat S oleh sekali pukulan martilF S = mgΔh103 S = 10 100,5S = 50/1000 = 5/100 m = 5 cmJadi sekali jatuhnya martil, tongkat masuk tanah sedalam 5 cm. Untuk tongkat sepanjang 40 cm, maka jumlah jatuhnya martiln = 40 5 = 8 kali7. Sebuah balok berada pada sebuah bidang miring dengan koefisien gesekan 0,1 seperti diperlihatkan gambar turun ke bawah untuk tinjauan 5 gaya-gaya yang bekerja pada balokb usaha masing-masing gaya pada balokc usaha total Gunakan g = 10 m/s2, sin 53o = 0,8, cos 53o = 0,6, W huruf besar untuk lambang usaha, dan w kecil untuk lambang gaya gaya-gaya yang bekerja pada balokgaya normal N, gaya berat w dengan komponennya yaitu w sin 53° dan w cos 53°, gaya gesek Fgesb usaha masing-masing gaya pada balokDengan bidang miring sebagai lintasan acuan perpindahan-Usaha oleh gaya Normal dan komponen gaya berat w cos 53°Usaha kedua gaya bernilai nol gaya tegak lurus lintasan-Usaha oleh komponen gaya berat w sin 53°W = w sin 53° . SW = mg sin 53° . SW = 6100,85 = + 240 jouleDiberi tanda positif, arah mg sin 53° searah dengan pindahnya balok.-Usaha oleh gaya gesekCari besar gaya gesek terlebih dahulufges = μ Nfges = μ mg cos 53°fges = 0,1 6100,6 = 0,36 N 3,6 NW = − fges S = − 3,6 5 = − 18 jouleDiberi tanda negatif, arah gaya gesek berlawanan dengan arah pindahnya balokc usaha totalWtotal = +240 joule − 18 joule = + 222 joule8. Sebuah balok bermassa 2 kg berada pada sebuah bidang miring kasar seperti diperlihatkan gambar didorong ke atas oleh gaya F = 25 N hingga bergeser ke atas untuk tinjauan sejauh 5 meter. Gaya gesek yang terjadi antara balok dengan bidang miring sebesar 3 N. Kemiringan bidang 53° terhadap beserta tanda positif atau negatifnyaa usaha oleh gaya Fb usaha oleh gaya gesekc usaha oleh gaya beratd usaha totalPembahasana usaha oleh gaya FW = F . S = + 25 5 = + 125 jouleb usaha oleh gaya gesekW = − f . S = − 35 = − 15 joulec usaha oleh gaya beratW = − mg sin 53° . S = − 2100,85 = − 80 jouled usaha totalWtotal = + 125 − 15 − 80 = 30 jouleSoal Benda seberat 10 N berada pada bidang miring yang licin dengan sudut kemiringan 30°. Bila benda meluncur sejauh 1 m, maka usaha yang dilakukan gaya berat adalah….PembahasanUsaha oleh gaya beratW = mg sin θDari soal telah diketahui bahwa mg = 10 Newton dan θ = 30°, sehinggaW = 10 sin 30° joule10. Sebuah benda massanya 2 kg jatuh bebas dari puncak gedung bertingkat yang tingginya 100 m. Apabila gesekan dengan udara diabaikan dan g = 10 m s–2 maka usaha yg dilakukan oleh gaya berat sampai pada ketinggian 20 m dari tanah adalah…..PembahasanUsaha, perubahan energi potensial gravitasiW = mgΔ hW = 2 x 10 x 100 − 20W = 1600 joule11. Sebuah mobil dengan massa 1 ton bergerak dari keadaan diam. Sesaat kemudian kecepatannya 5 m s–1. Besar usaha yang dilakukan oleh mesin mobil tersebut adalah…PembahasanUsaha perubahan energi kinetik bendaW = 1/2 m Δv2W = 1/2 x 1000 x 52W = 12 500 joule12. Sebuah benda massa 5 kg berada di bagian atas bidang miring yang kecepatan awal benda adalah 2 m/s tentukan usaha yang terjadi saat benda mencapai dasar bidang miring, gunakan percepatan gravitasi bumi di tempat itu g = 10 m/s2 dan sin 53o = 4/5!PembahasanCara pertama Usaha = selisih energi kinetik bendaSaat kecepatannya 2 m/s, energi kinetiknya adalahEk = 1/2 mv2 = 1/2 522 = 10 jouleBerikutnya harus tahu kecepatan benda saat tiba dibawah, cari dulu percepatannyaPercepatan benda pake hukum newtonF = mamg sin 53° = mag sin 53° = a10 × 4/5 = aa = 8 m/s2 Kecepatan benda, rumus glbbVt2 = Vo2 + 2aSVt2 = 22 + 2810Vt2 = 4 + 160 = 164 m/s Di sini dibiarkan dalam bentuk Vt2 saja, karena nanti diperlukan Vt2 .Saat sampai di bawah, energi kinetiknya adalahEk = 1/2 mv2 = 1/2 5164= 410 jouleSehingga,Usaha = selisih energi kinetik bendaW = 410 − 10 = 400 jouleCara kedua W = selisih energi potensial bendaW = mgΔhW = 51010 sin 53° W = 50 104/5 = 400 jouleCara ketiga W = F S gaya dikali perpindahan yang jadi gaya F = mg sin 53°perpindahannya S = 10 mJadinyaW = mg sin 53° SW = 5 104/510 = 400 joule13. Sebuah kotak ditarik sepanjang lantai dengan gaya tetap P = 50 N dengan cos a = 0,8 dengan arah gerak. Gaya lain pada kotak adalah berat w, gaya normal h oleh lantai dan gaya gesek fk = 15 usaha yang dilakukan bila kotak bergerak sepanjang lantai ke kanan sejauh s = 20 m?PenyelesaianP cos a = 50 x 0,8 = 40 NF total = Ptotal - Fk = 40 N - 15 N = 25 NW = F toal x s = 25 N x 20 m = 500 NmJadi, Usaha yang dibutuhkan untuk menggerakkan kotak sepanjang 20 m adalah 500 Berapa banyak usaha energi yang dibutuhkan untuk mempercepat mobil dengan massa 1000 kg dari 20 m/s menjadi 30 m/s?Penyelesaianm = 1000 kgv1 = 20 m/sv2 = 30 m/sW = = 1/ - 1/ = 1/ v22 - v12 = 1/2 . 1000 . 302 - 202 = 500 . 900 - 400 = 500 x 500 = 25000 Nm15. Seorang anak yang massanya 40 kg berada di lantai3 sebah gedung pada ketinggian 15 m dari atas tanah. Hitung energi potensial anak jika sekarang anak tersebut berada di lantai 5 dan berada 25 m dari tanah !Jawaban Diketahui m= 40 kgh= 25 mg = 10 m/s²ditanya Ep . . . ?Jawab Ep = m x g x hEp = 401025Ep = 10000 j