Contoh Soal Penghitungan Usaha dan Daya
Contoh Soal Penghitungan Usaha dan Daya - Pada topik sebelumnya kita telah mendiskusikan aspek-aspek yang berkaitan dengan konsep energi, usaha, dan daya. Sebagai tambahan, kita juga telah menyebutkan bahwa angka-angka ini akan saling berkaitan. Sebagai contoh, menurut prinsip kinetik, ketika terjadi perubahan pada energi kinetik, maka terjadi pula produksi usaha yang dihasilkan oleh gaya terkait, sesuai dengan persamaan:
Dari persamaan ini, kita dapat menghitung kuantitas seperti kuantitas kecepatan akhir atau kecepatan awal suatu objek, atau jarak darimana objek dipindahkan dll.
Lebih jauh, kita dapat menyatakan bahwa bila gesekan tidak ada, maka usaha yang ditampilkan oleh suatu sistem adalah sama besar dengan energi yang dihasilkan (perbedaan antara energi akhir dan energi awal).
Namun, bila terjadi gesekan, misalnya gesekan yang disebabkan oleh bidang dimana objek bergerak, maka jumlah total usaha yang dihasilkan adalah akan sama besar dengan usaha yang ditampilkan oleh sistem (usaha yang berguna) dikurangi dengan usaha yang dihasilkan melawan gesekan.
.
</div
Salah satu aspek penting yang secara signifikan akan membantu para siswa dalam memecahkan soal-soal yang relevan dengan ide-ide yang telah disebutkan, adalah dengan mencatat angka-angka yang telah diketahui dalam setiap contoh permasalahan. Selain itu, kita perlu mempertimbangkan definisi daya dan usaha, yaitu
(2), (3). Mari kita lihat contoh berikut:
Anggap suatu massa m=1 kg bergerak mendatar sejajar dengan sumbu X dan dengan kecepatan awal u0. Pada titik tertentu, gaya sebesar t=0 detik diterapkan pada objek tersebut, sejajar dengan arahnya, dan karenanya setelah t=5 sec objek berpindah sejauh 10 m dengan kecepatan yang baru sebesar u=20 m/detik. Yang ingin kita hitung adalah a). usaha dari gaya, b). besar gaya itu sendiri, dan c). besar daya dari gaya tersebut setelah t= 5 detik.
Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, pendekatan terbaik untuk problem semacam ini adalah dengan mencatat kuantitas yang telah diketahui, lalu menggunakan persamaan yang tepat untuk menemukan nilai yang belum diketahui.
Dalam contoh kita, kita sudah tahu nilai massa, kecepatan awal dan kecepatan akhir dari objek, lamanya gaya diterapkan, dan seberapa jauh objek berpindah tempat. Selain itu, kita juga tahu bahwa hanya ada satu gaya yang memproduksi usaha, yaitu F, sementara disisi lain, gesekan tidak ditemui, dan usaha gaya gravitasi bernilai nol (karena tegak lurus terhadap arah objek). Karena itu, kita dapat menggunakan prinsip kinetik yang menghubungkan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir dengan menggunakan usaha dari gaya,
Dengan demikian, jawaban pertanyaan a). Apakah besar kerja dari gaya yang diterapkan pada objek kita adalah 150 J.
Karena kita sekarang tahu besar usaha dari gaya, dan kita juga tahu jarak yang ditempuh ketika gaya diterapkan, maka kita dapat menghitung besar dari gaya tersebut.
Karena itu, besar gaya adalah sebesar 15 N dengan arah yang sejajar dengan pergerakan objek (+sumbu x ).
Terakhir kita ingin menghitung daya dari gaya tersebut selama waktu putaran Δt=5 detik. Untuk itu, kita dapat menggunakan definisi dari daya, dan akan kita dapatkan:
Perlu disebutkan bahwa pada kasus dimana lebih dari satu gaya diterapkan pada suatu objek, maka kita perlu menggunakan jumlah total dari usaha yang diproduksi.
S1
Andi sedang sial, mobilnya mogok. Sekarang dia harus mendorong mobilnya ke pom bensin terdekat yang jaraknya sekitar 1 km. Bila dia menerapkan tenaga sebesar 1000 N, berapakah besar total usaha yang ditampilkan?
S2
Sebuah bola seberat 2 kg dibiarkan jatuh dari ketinggian h= 5 m. Berapakah usaha yang dihasilkan oleh gaya gravitasi? Anggap bahwa nilai percepatan gravitasi adalah g=10 m/detik2.
S3
Sebuah bola seberat 2 kg dibiarkan jatuh dari ketinggian h. Hitung daya yang dikirim ke bola oleh gaya gravitasi bila diperlukan waktu selama Δt=5 detik sebelum objek mendarat di tanah. Anggap bahwa nilai dari percepatan gravitasi sebesar g=10 m/detik2.
S4
Anggap bahwa suatu massa seberat 5 kg terekat ke ujung pegas yang pada awalnya, tidak dipindahkan dari posisi setimbangnya. Setelah dipindahkan sejauh Δx = 10 cm, massanya menjadi diam dan  seimbang dengan pegas. Berapakah besar jumlah usaha yang diproduksi dalam sistem kita ini? Anggap bahwa nilai dari percepatan gravitasi adalah g=10 m/detik2.
S5
Anggap bahwa massa seberat 5 kg terekat pada ujung pegas yang pada awalnya, tidak dipindahkan dari titik setimbangnya. Setelah dipindahkan sejauh Δx = 10 cm massanya sekarang menjadi diam dan seimbang dengan pegas. Berapakah besar usaha yang dihasilkan oleh gaya elastis pegas? Anggap bahwa nilai dari percepatan gravitasi adalah g=10 m/detik2.
S6
Bayangkan sebuah mobil yang bergerak mendatar sejajar dengan sumbu X berlawanan dengan hambatan seberat 400 N. Berapakah kecepatan maksimal yang dapat dicapai mobil tersebut bila mesinnya dapat memproduksi kekuatan maksimum 16 kW?
S7
Tentukan besar daya yang dihasilkan suatu motor yang menerapkan gaya rata-rata 890 N untuk mendorong suatu kotak besar sejauh 1200 cm, dan dalam waktu 1/5 menit
S8
Sekarang musim panas, John ingin memiliki tubuh yang sempurna. Dia memutuskan untuk melakukan olah raga push-up dan dia berhasil melakukan push-up sebanyak 32 kali per menit. Berat badannya adalah 80 kg, dan ketika push-up, John memindahkan pusat massa tubuhnya sejauh 43 cm (keatas). Tentukan hasil usaha yang terjadi pada John sebagai akibat dari gaya gravitasi (per menit) ). Anggap bahwa nilai percepatan gravitasi adalah g=10 m/detik2.
S9
Sebuah pemanggang dapat menghasilkan tenaga sebesar 1050 W ketika ditancapkan ke listrik. Bila kita mengasumsikan bahwa efisiensi pemanggang adalah sebesar 96%, maka hitunglah jumlah panas yang akan dihasilkan oleh pemanggang dalam 2 menit.
S10
Tenaga surya didefinisikan sebagai jumlah energi matahari yang jatuh pada atmosfir bumi seluas 1 meter persegi per detik. Karena itu, bila kita mengasumsikan bahwa besar tenaga surya adalah 1350 W/m2 berapakah besar energi maksimum yang dapat jatuh pada area seluas 8 m2 per jam?