Pembahasan Soal SBMPTN Gaya, Usaha dan Energi 1

1. Sebuah benda yang massanya 0,10 kg jatuh bebas vertikal dari ketinggian 2 m ke hamparan pasir. Jika benda itu masuk sedalam 2 cm ke dalam pasir sebelum berhenti, maka gaya rata-rata yang dilakukan pasir untuk menghambat benda besarnya sekitar ....

   A. 30 N	D. 90 N
   B. 50 N	E. 100 N
   C. 60 N

   
   Pembahasan :
   Dik : s = 2 cm = 0,02 m, h = 2m, m = 0,1 kg.
   
   Untuk menjawab soal di atas, maka kita harus mengingat kembali hubungan antara gaya, usaha, dan energi. Secara matematis, hubungan ketiga besaran tersebut dapat ditulis sebagai berikut :
   

   W = F.s = ΔEP + ΔEK

   
   Dengan :
   W = usaha (Joule)
   F = gaya (N)
   s = perpindahan (m)
   EP = energi potensial (J)
   EK = energi  kinetik (J)
   
   Dengan menggunakan konsep tersebut, maka ada dua cara yang dapat kita gunakan untuk menyelesaikan soal di atas.
   
   Cara Pertama :
   ⇒ W = EP
   ⇒ F.s = m.g.h
   ⇒ F (0,02) = 0,1(10)(2)
   ⇒ 0,02 F = 2
   ⇒ F = 100 N
   
   Cara kedua :
   Cara kedua ini kita akan melihat berdasarkan hubungan usaha dengan energi kinetik. Untuk menentukan energi kinetik kita harus mengetahui kecepatan benda. Karena kecepatan awal benda (jatuh bebas) sama dengan nol, maka kecepatan akhir benda dapat dihitung dengan rumus berikut :
   ⇒ v = √2gh
   ⇒ v² = 2gh
   ⇒ v² = 2(10)(2)
   ⇒ v² = 40
   
   Hubungan usaha dan energi kinetik :
   ⇒ W = ΔEK
   ⇒ F.s = ½m (v² - v_o²)
   ⇒ 0,02 F = ½(0,1) (40 -0)
   ⇒ 0,02 F = 2
   ⇒ F = 100 N
   

   Jawaban : E

2. 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 adalah 1000 N, maka banyaknya tumbukan martil yang perlu dilakukan terhadap tongkat agar menjadi rata dengan permukaan tanah adalah ....

   4 kali tumbukan 5 kali tumbukan 6 kali tumbukan 8 kali tumbukan 10 kali tumbukan

   
   Pembahasan :
   Dik : l = 0,4 m; h = 0,5 m, F = 1000 N, m = 10 kg.
   
   Dalam peristiwa ini, besar usaha yang dilakukan oleh martil terhadap tongkat akan sama dengan energi yang hilang akibat gesekan antara tongkat dan tanah.
   ⇒ W = EP
   ⇒ F.s = m.g.h
   ⇒ 1000 s = 10 (10) (0,5)
   ⇒ 1000 s = 50
   ⇒ s = 0,05 m
   ⇒ s = 5 cm
   
   Berdasarkan perhitungan di atas, berarti setiap satu kali pukulan atau tumbukan, tongkat akan menancap sedalam 5 cm. Karena panjang tongkat 0,4 m, agar rata dengan tanah maka banyak tumbukan yang harus dilakukan adalah :
   ⇒ n = ^L⁄_s
   ⇒ n = ^0,4⁄_0,05
   ⇒ n = ⁴⁰⁄₅
   ⇒ n = 8 kali tumbukan.
   

   Jawaban : D

3. Sebuah peluru ditembakkan dengan kecepatan awal 40 m/s dan sudut elevasi 37^o. Jika massa peluru 0,01 kg, maka usaha oleh gaya gravitasi pada peluru sejak ditembakkan sampai jatuh ke tanah kembali adalah ....

   A. 100 J	D. 10 J
   B. 40 J	E. 0
   C. 20 J

   
   Pembahasan :
   Dik : vo = 40 m/s, m = 0,01 kg.
   
   Ketika peluru bergerak ke atas hingga mencapat titik tertinggi, peluru mengalami perlambatan akibat percepatn gravitasi. Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi ini berlawanan arah dengan arah gerak (W₁ = -F.h)
   
   Ketika peluru bergerak turun dari titik tertinggi menuju permukaan tanah, peluru mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi. Dalam hal ini usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi searah dengan arah gerak peluru (W₂ = F.h)
   
   Karena dalam soal ditanya usaha total yang dilakukan oleh gaya gravitasi sejak peluru ditembakkan hingga peluru kembali ke tanah, maka :
   ⇒ W = W₁ + W₂
   ⇒ W = -F.h + F.h
   ⇒ W = 0
   

   Jawaban : E

Share on: Facebook Twitter Google+ Linkedin Technorati Digg LintasMe

Related Articles :