CONTOH SOAL USAHA DAN PESAWAT SEDERHANA

Setelah mempelajari materi Usaha dan pesawat sederhana, tentunya kurang pas kalau tidak diuji dengan beberapa latihan soal. Berikut ini adalah beberapa latihan soal dengan pembahasan yang dapat anda pelajari :

1. 1. Sebuah benda yang massanya 5 kg diangkat sampai pada ketinggian 2 meter. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², tentukanlah usaha untuk memindahkan benda tersebut!

Diketahui :

m = 5 kg

h₁ = 0 meter

h₂ = 2 meter

g = 10 m/s²

Ditanyakan W = …. ?

Jawaban :

W = Ep₂– Ep₁

W = mgh₂ – mgh₁

W = 5 x 10 x 2 – 5 x 10 x 0

W = 100 – 0

W = 100 Joule

2. 2. Seorang anak yang massanya 50 kg berlari dengan kecepatan 6 m/s. Berapakah energi kinetic yang dimiliki anak tersebut?

Diketahui :

m = 50 kg

v = 6 m/s

Ditanya Ek = …?

Jawaban :

Ek = ½ m v²

Ek = ½ .50. 6²

Ek = ½ .50 . 36

Ek = 50. 18

Ek = 900 Joule

3. 3. Sebuah benda bermassa 2 kg terletak di atas bidang licin dalam keadaan diam. Benda tersebut kemudian mengalami percepatan sebesar 2 m/s² selama 3 detik. Dan selanjutnya bergerak dengan kecepatan konstan selama 4 detik. Tentukan besar usaha yang dilakukan benda selama bergerak!

Ada 2 gerakan yang terjadi dalam soal ini.

1. Gerakan benda dipercepat dari kecepatan 0 m/s (diam), dengan percepatan 2 m/s² selama 3 detik, sehingga benda berpindah sejauh S1. Gerakan ini disebabkan oleh gaya sebesar F = m x a = 2 x 2 = 4 Newton

Sedangkan perpindahan yang terjadi adalah

S1 = Vo.t + ½ a .t²

S1 = 0.3 + ½ .2 . 3²

S1 = 0 + 9

S1 = 9 meter

Sehingga usaha untuk gerakan pertama adalah :

W= F x s

W = 4 x 9

W = 36 Joule

2. Sedangkan Gerakan kedua adalah gerakan dengan kecepatan tetap selama 4 detik. Karena kecepatannya tetap artinya gaya yang bekerja pada benda adalah nol. Sehingga usahanya pun nilainya adalah 0.

Dengan demikian usaha yang dilakuakn adalah usaha untuk melakukan gerakan 1 + usaha untuk melakukan gerakan 2 = 900 + 0 = 900 Joule.

4. 4. Dalam kegiatan beres beres kelas, Dito telah berhasil menggeser sebuah lemari sejauh 10 meter dibantu dua orang temannya Budi dan Anto. Jika gaya yang diberikan Dito adalah 10 N, Budi sebesar 20 N dan Anto 40 N, berapakah usaha yang mereka lakukan?

Diketahui :

S = 10 meter

Fdito = 10 N

Fbudi = 20 N

Fanto = 40 N

Ditanya W = …?

Jawaban :

Kita hitung dulu jumlah gayanya. Karena ingin memindahkan lemari kita asumsikan arah gayanya sama. Maka :

SF = Fdito + Fbudi + Fanto

SF = 10 + 20 + 40

SF = 70 N

W = SF x S

W = 70 x 10

W = 700 Joule

5. 5. Seorang bermassa 60 kg menaiki tangga yang tingginya 20 meter selama 2 menit. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², hitunglah daya yang dihasilkan!

Diketahui :

m = 50 kg

h = 20 meter

t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Ditanyakan P = ….?

Jawaban :

Kita hitung dulu usahanya dengan energi potensial

Ep = m x g x h

Ep = 60 x 10 x 20

Ep = 12.000 Joule

P = Ep / t

P = 12.000/120

P = 100 Watt

Jadi daya yang dihasilkan adalah 100 Watt

6. 6. Sebuah linggis yang panjangnya 2 meter digunakan untuk mencabut paku yang tertancap di sebuah tembok. Linggis ditumpu pada jarak 20 cm dari paku yang akan dicabut. Untuk melepaskan paku tersebut diperlukan gaya sebesar 2 x 10⁴ N. Berapakah gaya lekat paku pada tembok. Berapa keuntungan mekanisnya?

Diketahui :

L = 2 meter = 200 cm

Lb = 20 cm

F = 2 x 10⁴ N

Ditanyakan :

a. Gaya lekat pada tembok (W)?

b. Keuntungan mekanis (KM)?

Jawaban :

Kita hitung dulu lengan kuasanya. Karena panjang totalnya 200 cm dan lengan kuasnya 20 cm, maka lengan bebannya adalah :

Lk = L – Lb

Lk = 200 – 20

Lk = 180 cm

a. Gaya lekat pada tembok

F x Lk = W x Lb

2 x 10⁴ x 180 = W x 20

W = 2 x 10⁴ x 180 / 20

W = 2 x 10⁴ x 9

W = 18 10⁴ Newton

W = 1,8 10⁵ Newton

b. Keuntungan mekanis

KM = Lk/Lb = 180 / 20 = 9

Jadi KM nya adalah 9

7. 7. Perhatikan gambar berikut

Jika panjang tuas adalah 3 meter. Maka keuntungan mekanisnya adalah ….?

Pembahasan:

Karena panjang totalnya adalah 3 meter dan lengan kuasanya adalah 2,5 meter, maka lengan bebannya adalah :

Lb = L = Lk

Lb = 3 – 2,5

Lb = 0,5 meter

Dengan demikian KM nya adalah :

KM = Lk/Lb = 2,5 / 0,5 = 5 kali

Jadik KM = 5 kali

8. 8. Sebuah benda seberat 200 N digantung pada katrol ganda yang bergerak 4 buah. Berapakah keuntungan mekanisnya?

Pembahasan :

Jika katrol bebas yang menggantung beban ada 4, maka KM nya juga 4.

9. 9. Seorang pria mendorong sebuah drum ke atas truk menggunakan papan yang panjangnya 2 meter. Jika jarak permukaan tanah dengan bak truk adalah 0,5 meter, maka hitunglah keuntungan mekanis penggunaan papan tersebut!

Diketahui :

Panjang papan = s = 2 meter

Tinggi bidang miring = h = 0,5 meter

Ditanyakan KM = ….?

Jawaban :

KM = s/h

KM = 2/0,5

KM = 4

Jadi KM nya adalah 4

1010. Seorang pekerja hendak menaikan balok besi ke bak belakang truk seperti pada gambar berikut ini.

Jika massa balok besi 200 kg, dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², tentukan :

a. Gaya minimal yang diperlukan untuk menaikkan balok besi ke truk

b. Keuntungan mekanik bidang miring.

Diketahui :

Massa benda = m = 200 kg

Gravitasi bumi = g = 10 m/s²

Panjang bidang mirng = s = 2m

Tinggi bidang miring = h = 0,5 m

Ditanyakan :

a. Gaya minimal F = ….?

b. KM = …?

Jawaban :

a. Kita hitung dulu beratnya

W = m x g

W = 200 x 10

W = 2000 N

Kita tantukan F nya :

F x s = W x h

F x 2 = 2000 x 0,5

F x 2 = 1000

F = 1000/2

F = 500 Newton

Jadi gaya minimal untuk mengangkat balok adalah 500 N

b. Keuntungan mekanis ..?

KM = s/h

KM = 2/0,5

KM = 4

Jadi keuntungan mekanisnya adalah 4

Rabu, 25 Agustus 2021