Contoh Soal Hubungan Usaha dan Energi

Contoh Soal Hubungan Usaha dan Energi - Pada topik sebelumnya kalian telah belajar tentang usaha dan juga energi. Pada topik ini kalian akan belajar tentang hubungan keduanya. Kalian bisa berjalan karena adanya energi yang diperoleh dari makanan. Kincir angin bisa bergerak karena adanya energi angin. Itu adalah contoh bentuk energi yang membuat benda mampu melakukan kerja atau usaha, sehingga energi disimpulkan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

A. Bentuk-Bentuk Energi

1. Energi Kimia

Energi kimia merupakan energi yang timbul karena reaksi kimia. Sumber energi kimia misalnya berasal dari bahan makanan, kembang api, bahan bakar untuk kendaraan, dan sebagainya.

2. Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak. Sumber energi listrik tegangan tinggi biasanya berasal dari pembangkit listrik, sedangkan tegangan rendah berasal dari baterai, aki, dan generator listrik atau genset.

3. Energi Bunyi

Energi bunyi adalah energi yang timbul dari sumber bunyi. Bunyi berasal dari benda yang bergetar. Bunyi dikatakan sebagai energi karena dapat menggerakkan benda lain, contohnya ketika terjadi guntur besar, maka kaca di rumah dapat bergetar bahkan bisa pecah.

4. Energi Panas (Kalor)

Energi kalor merupakan energi yang menyebabkan perubahan suhu dan perubahan wujud zat. Energi kalor biasanya diperoleh dari hasil sampingan perubahan bentuk energi yang lain. Misalnya dari perubahan energi kimia dalam pembakaran menghasilkan energi kalor dan cahaya.

5. Energi Cahaya

Energi cahaya merupakan energi yang timbul dari benda-benda yang memancarkan cahaya seperti lampu dan lilin.

6. Energi Pegas (Energi Potensial Pegas)

Energi pegas merupakan energi yang timbul dari sifat elastisitas benda seperti ketapel, per, pegas, dan lainnya.

7. Energi Nuklir

Energi nuklir merupakan energi yang dihasilkan dari reaksi nuklir melalui inti atom. Reaksi nuklir terjadi di matahari, reaktor nuklir, dan bom nuklir. Energi ini biasa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN).

8. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah penjumlahan energi kinetik dan energi potensial.

$Em=Ek+Ep$

Keterangan:
Em = energi mekanik (J);
Ek = energi kinetik (J); dan
Ep = energi potensial (J).

9. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda yang sedang bergerak. Besarnya energi kinetik bergantung pada massa dan kelajuan benda. Secara matematis, energi kinetik dirumuskan sebagai berikut.

$Ek=\frac{1}{2}m{v}^2$

Keterangan:
Ek = energi kinetik (J);
m = massa benda (kg); dan
v = kelajuan benda (m/s).

10. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena ketinggiannya. Contohnya buah apel yang berada di atas pohon memiliki energi potensial. Saat jatuh ke tanah, sebagian energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik. Energi kinetiknya semakin lama semakin besar dan mencapai maksimal ketika hampir menyentuh tanah. Benda jatuh akibat gaya gravitasi, sehingga energi potensial dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan posisi benda. Secara matematis, energi potensial dirumuskan sebagai berikut.

$Ep=mgh$

Keterangan:
Ep = energi potensial (J);
m = massa benda (kg);
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2); dan
h = ketinggian benda dari permukaan tanah (m).

B. Perubahan Bentuk Energi

Energi itu bersifat kekal. Artinya energi tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat mengalami perubahan bentuk. Contohnya, pada kincir angin terjadi perubahan energi gerak menjadi energi listrik. Manusia dapat bergerak karena ada perubahan energi kimia (dari makanan) menjadi energi kinetik.

C. Hukum Kekekalan Energi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa besarnya energi sebelum dan sesudah berubah akan tetap sama. Artinya total energi suatu benda akan selalu bernilai sama.

Total energi awal = total energi akhir

Contohnya sebuah bola yang dilepas dari ketinggian tertentu. Mula-mula bola memiliki energi potensial, setelah dilepaskan, bola akan menghasilkan energi kinetik. Dengan demikian, energi yang bekerja pada benda adalah energi potensial dan energi kinetik. Hal tersebut sesuai dengan hukum kekekalan energi.

${\left(Ek+Ep\right)}_{awal}={\left(Ek+Ep\right)}_{akhir}$

D. Hubungan Usaha dan Energi

Suatu benda dapat melakukan usaha karena adanya energi. Usaha adalah besarnya perubahan energi pada benda. Secara matematis, perubahan energi dirumuskan sebagai berikut.

$∆Ek=∆Ep=W$

$W=Fs$

$∆Ek=∆Ep=Fs$

Contoh soal

Dio melepaskan bola yang bermassa 400 gr dari ketinggian 50 cm. Berapa energi potensial bola tersebut saat akan dilepaskan? lalu berapa energi kinetiknya sesaat sebelum menyentuh tanah? Anggap percepatan gravitasi adalah 10 m/s2.
Penyelesaian
Diketahui:
m = 400 gr = 0,4 kg
h = 50 cm = 0,5 m
g = 10 m/s2
Ditanyakan: Ep dan Ek saat di tanah ?
Jawab:

$Ep=mgh=0,4\times 0,5\times 10=2$ J

Pada saat bola berada 50 cm di atas permukaan tanah, bola memiliki energi potensial 2 J. Sesaat sebelum menyentuh tanah energi potensialnya menjadi nol karena seluruh energi potensial berubah menjadi energi kinetik sehingga besar energi kinetiknya sama dengan besar energi potensial mula-mula yaitu 2 J.

S1

Pilihan Tunggal

Ketika senter dinyalakan terjadi perubahan bentuk energi. Urutan perubahan bentuk energi yang tepat untuk peristiwa tersebut adalah ....

S2

Pilihan Tunggal

Perhatikan gambar berikut.

Bola bergerak dari titik A ke titik D melalui titik B dan C. Jumlah energi kinetik dan potensial bola tersebut akan ....

S3

Pilihan Tunggal

Sebuah batu dilepaskan dari ketinggian tertentu. Energi potensial awalnya 100 J. Beberapa saat kemudian energi potensialnya berubah menjadi 80 J. Energi kinetiknya saat itu adalah ....

S4

Pilihan Tunggal

Sebuah buku memiliki massa 200 gr dan terletak di atas meja yang tingginya 1 m. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, energi potensial buku tersebut adalah ....

S5

Pilihan Tunggal

Sebuah bandul disimpangkan (ditarik ke kiri) seperti pada gambar berikut.

Bandul memiliki energi potensial sebesar 200 J. Mula-mula bandul dalam keadaan diam (saat Ep = 200 J) di posisi A. Saat bandul dilepaskan dan berada di posisi B, maka ....

S6

Pilihan Tunggal

Sebuah mobil massanya 2 ton bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. Energi kinetik mobil tersebut adalah ....

S7

Pilihan Tunggal

Sebuah benda yang bermassa 1 kg dijatuhkan dari ketinggian 4 m. Ketika ketinggiannya 1 m dari atas tanah, kecepatan benda tersebut adalah ....

S8

Pilihan Tunggal

Sebuah mangga memiliki massa 200 gr dan berada di pohon yang tingginya 3,2 m. Kemudian mangga tersebut jatuh karena sudah matang. Kecepatan mangga sesaat sebelum menyentuh tanah adalah ....

S9

Pilihan Tunggal

Sebuah mobil yang bermassa 1 ton, bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Dari jauh, sopir melihat ada orang yang akan menyeberang jalan sehingga mobil direm dengan gaya 40000 N. Jarak yang ditempuh mobil sejak direm sampai berhenti adalah ....

S10

Pilihan Tunggal

Energi yang terjadi di dalam inti matahari adalah ....

Share this post