Soal Usaha, Energi, dan Pesawat Sederhana

 

Jawablah Pertanyaan di bawah ini!

1. Perhatikan gambar!

Jika balok bergeser sejauh 5 meter, usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar ... .

Diketahui:

F = (300 + 200) – 400 = 100 N

S = 5 m

Ditanya: W = ... ?

Jawab: 

W = F x S

W = 100 N x 5 m

W = 500 J

 

2. Perhatikan gambar berikut!

Besarnya usaha yang dihasilkan gaya F sehingga berpindah dari posisi (1) ke (2) adalah . . .  .

Jawab:

W = F x S

W  = (F₂ – F₁) x 5 m

W = (85 N – 25 N) x 5 m

W  = 60 N x 5 m

W = 300 Nm = 300 J

 

3. Perhatikan gambar!

Ali yang tubuhnya bermassa 60 kg ingin menaiki tangga dari lantai A ke lantai B seperti tampak pada gambar. Jika percepatan gravitasi bumi di tempat tersebut 10 m/s², maka usaha yang dilakukan oleh Ali sebesar … .

Pembahasan

S = 75 cm = 0,75 m

F = m x g

F = 60 kg x 10 m/s² = 600 N 

W = F x S

W = 600 N x 0,75 m

W = 450 joule 

 

4. Buah kelapa A massanya  0,5 kg, berada pada ketinggian 10 m. Apabila g = 10 m/s², maka energi potensial yang dimiliki buah kelapa tersebut adalah ... .

Jawab:

E_p = m x g x h

E_p = 0,5 kg x 10 m/s² x 10 m

E_p = 50 J

 

5. Sebuah Pot Bunga yang massanya 8 kg berada di lantai 2 pada ketinggian 3 m. Apabila percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s², hitunglah besarnya usaha untuk memindahkan benda tersebut.

Diketahui:

m = 8 kg

h = 3 m

g = 10 m/s²

Ditanyakan  W = ... ?

Jawab:

W = m x g x h

W = (8 kg)(10 m/s²)(3 m)

W = 240 J

Jadi, usaha untuk memindahkan benda sebesar 240 joule.

 

6. Sebuah mainan mobil yang massanya 100 g mula-mula diam, kemudian didorong dengan kecepatan 5 m/s. Berapakah energi kinetik yang dimiliki mainan mobil yang sedang bergerak?

Diketahui:

m = 100 g = 0,1 kg

v = 10 m/s

Ditanyakan:  Ek = ... ? 

Jawab: 

E_k = ½ x m x v²

E_k = ½ x 0,1 kg x (10 m/s)²

E_k = 0,5 joule

Jadi, energi kinetik yang dimiliki kelereng sebesar 0,5 joule.

 

7. Seorang anak bermain bola yang massanya 40 kg berlari dengan kecepatan 5 m/s. Berapakah energi kinetik yang dimiliki oleh anak tersebut?

Diketahui:

m = 40 kg

v = 5 m/s

Ditanyakan: Ek = . . . ?

Jawab:

Ek =  ½ m v²

Ek = ½ x 40 kg x (5 m/s)²

Ek = 500 J

Jadi, energi kinetik yang dimiliki anak tersebut adalah 500 J.

 

8. Seorang ibu mendorong anak bermain ayuan, yang beratnya 450 N, sejauh 1,0 m dalam waktu 3,0 sekon. Berapakah daya yang diperlukan?

Diketahui:

gaya (F) = 450 N

jarak (d) = 1,0 m

waktu (t) = 3,0 s

Ditanyakan: P = . . .?

Jawab:

Jadi, daya yang yang diperlukan untuk mendorong anak tersebut sebesar 150 watt.

 

9. Tentukan jenis pesawat sederhana pada gambar A, B, C dan D !

Jawab:

A = bidang miring

B = pengungkit

C = roda dan poros

D = bidang miring

 

10. Perhatikan gambar

Sebuah pengungkit dengan panjang 3 m digunakan untuk mengangkat batu yang beratnya 2.000 N. Jika panjang lengan kuasa 2,5 m, hitunglah:

a. gaya kuasa yang harus diberikan untuk mengangkat batu;

b. keuntungan mekanis tuas.

Diketahui:

l = l_k + l_b =  3 m

l_k =  2,5 m

l_b =  (3 m – 2,5 m) = 0,5 m

F_b =  2.000 N

Ditanya:

a. gaya kuasa (F_k)

b. keuntungan mekanis (KM)

Jawab:

11. Perhatikan gambar

Sebuah peti harus dinaikkan ke atas truk. Agar lebih ringan, digunakan bidang miring yang licin dan panjangnya 4 m. Jika tinggi truk 1 m dan berat peti 600 N, hitunglah:

a. gaya yang diperlukan untuk mengangkat peti tersebut,

b. keuntungan mekanis bidangmiring tersebut.

Diketahui:

l = 4 m

h = 1 m

F_b = 600 N

Ditanyakan:

a.  gaya untuk memindahkan peti (F_k)

b. keuntungan mekanis bidang miring (KM)

Jawab:

Jadi, gaya untuk mengangkat peti adalah 150 N dan keuntungan mekanisnya 4.

 

12. Pak Rudi menimba air di sumur dengan menggunakan  katrol tetap. Jika berat ember dan air 80 N, berapakah gaya tarik yang dikerjakan Pak Rudi?

Diketahui:

W = 80 N

Ditanyakan: F = . . . ?

Jawab: Karena keuntungan mekanik katrol tetap adalah 1 maka

KM = W/F

1 =  80/F

F = 80

Jadi, Pak Rudi mengerjakan gaya tarik sebesar 80 N.

 

13. Sebuah benda seberat 100 N digantungkan pada katrol ganda dengan jumlah katrol yang bergerak 2 buah. Berapakah keuntungan mekanisnya?

Diketahui:  w = 100 N

n = 2

Ditanyakan: Km= . . .?

Jawab:

Km = 2n

Km = 2 × 2

Km = 4

Jadi, keuntungan mekanis yang dihasilkan oleh katrol ganda tersebut adalah 4.

 

Referensi:

Belajar IPA: membuka cakrawala alam sekitar 2 untuk kelas VIII / SMP/MTs                     Saeful Karim – Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

Ilmu Pengetahuan Alam: SMP/MTs Kelas VIII/oleh H. Moch. Agus Krisno [et.al].; editor Intan Mahanani. — Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

Baca juga:

Bab 3 Usaha, Energi, Pesawat Sederhana
01	Usaha Memindahkan Benda
02	Daya atau Laju Energi
03	Simulasi Percobaan Daya
04	Uji Usaha
05	Pengertian Energi dan Ragamnya
06	Energi Kinetik
07	Energi Potensial
08	Energi Mekanik
09	Air Sebagai Sumber Energi Terbarukan
10	Ragam Sumber Energi
11	Uji Energi
12	Manusia Membutuhkan Pesawat Sederhana
13	Penggunaan Katrol
14	Roda dan Poros
15	Pemanfaatan Bidang Miring
16	Penggunaan Pengungkit
17	Penerapan Tuas pada Sistem Gerak Manusia
18	Uji Pesawat Sederhana
19	Soal Usaha, Energi, Pesawat Sederhana
20	Membuat Kincir Air