Pembahasan Soal Ujian Nasional Perjuangan Dan Energi

Usaha dan energi merupakan salah satu topik yang kerap kali muncul dalam ujian nasional bidang studi fisika. Setaknya terdapat satu soal yang berkaitan dengan bisnis, energi, inginpun daya. Pada umumnya, soal perihal bisnis dan energi tak terlalu jauh dari konsep yang telah diajarkan. Hampir sebagian besar soalnya merupakan konsep dasar bisnis dan sebagian lagi merupakan campuran antara bisnis dengan gerak ataupun energi. Bila membahas soal bisnis yang berkaitan dengan energi ataupun gerak, maka akan tidak mungkin soal tersebut terjawab apabila pemahaman kita perihal konsep dasar gerak sangat minim.

Dengan kata lain, untuk menjawab soal-soal perihal bisnis akan sangat membantu apabila kita telah memahami konsep-konsep dasar yang bekerjasama contohnya konsep dasar gerak lurus beraturan (GLB), konsep dasar gerak lurus berubah beraturan (GLBB), konsep gaya pegas, dan konsep dasar energi mekanik. Pemahaman tersebut akan sangat membantu alasannya kita akan menemui sedikit soal yang mengharuskan kita menghitung kecepatan balasannya terlebih dahulu.

Ujian Nasional Fisika – Usaha dan Energi

Model soal perihal bisnis yang kerap muncul dalam ujian nasional bidang studi fisika antara lain :

Menentukan besar kecepatan selesai suatu benda apabila pada benda dilakukan bisnis dengan besar tertentu.
Menentukan besar bisnis yang dilakukan oleh suatu gaya apabila kecepatn awal dan kecepatan balasannya diketahui.
Menentukan besar bisnis yang dibutuhkan untuk memperpanjang pegas.
Menentukan bisnis yang dilakukan apabila gaya dan perpindahannya diketahui.
Menentukan bisnis jikalau masa dan perubahan ketinggian diketahui.

Kumpulan soal

(Ujian Nasional 2005/2006)
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak pada permukaan licin dengan kecepatan awal 2 m/s dan dikerjakan bisnis sebesar 21 Joule. Kecepatan selesai benda tersebut merupakan …
A. 3 m/s
B. 4 m/s
C. 5 m/s
D. 6 m/s
E. 7 m/s

Pembahasan :
Bila bertemu soal perihal bisnis yang terdapat harga kecepatan di dalamnya, maka soal tersebut mengarah pada konsep hubungan bisnis dan energi kinetik yang secara matematika sanggup ditulis sebagai berikut :

W = Δ Ek = ½ m (v² – vo²)

dengan :
W = bisnis (J)
Δ Ek = perubahan energi kinetik (J)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan selesai benda (m/s)
vo = kecepatan awal benda (m/s)

Dari soal diketahui :
m = 2kg
vo = 2 m/s
W = 21 J

W = Δ Ek = ½ m (v² – vo²)
21 = ½ . 2 (v² – 2²)
21 = v² – 4
v² = 21 + 4
v² = 25
v = 5 m/s —> opsi C.
(Ujian Nasional 2006/2007)
Tabel di bawah ini menggambarkan hasil percobaan pegas yang salah satu ujungnya diberi beban. F menyatakan berat beban dan Δl menyatakan perubahan panjang. Hitunglah bisnis yang harus dilakukan untuk memperpanjang pegas sejauh 10 cm.

A. 2,0 Joule
B. 2,5 Joule
C. 5,0 Joule
D. 7,6 Joule
E. 10 Joule

Pembahasan :
Soal di atas mengarah pada hubungan bisnis dengan gaya pegas. Berdasarkan konsep bisnis, hubungan bisnis dengan gaya pegas merupakan :

W = ½ F²/ k = ½ k Δl²

dengan :
W = bisnis (J)
F = gaya pegas (N)
k = konstanta pegas (N/m)
Δl = perubahan panjang pegas (m)

Selanjutnya, alasannya harga konstanta pegas (k) tak diketahui, maka kita cari terlebih dahulu. Berdasarkan konsep pegas, hubungan gaya pegas dengan konstanta pegas secara matematis sanggup ditulis sebagai berikut :

F = k Δl = k Δx

dengan :
F = gaya pegas (N)
k = konstanta pegas (N/m)
Δl = Δx = perubahan panjang (m)

Dari data no 1 dalam tabel diketahui :
F = 20 N
Δl = 4 cm = 0,04 m

maka :
F = k Δl
k = F/ Δl
k = 20 / 0,04
k = 500 N/m

Dengan demikian, bisnis yang harus dilakukan untuk memperpanjang pegas sejauh 10 cm (0,1 m) merupakan :
W = ½ k Δl²
W = ½ (500) (0,1)²
W = 250 (0,01)
W = 2,5 Joule —> opsi B
(Ujian Nasional 2007/2008)
Perhatikan gambar di bawah ini! Sopir kendaraan beroda empat sedan ingin memarkir mobilnya sempurna 0,5 m di depan kendaraan beroda empat truk yang mula-mula berjarak 10 m dari kedudukan sedan. Berapa bisnis yang dilakukan oleh kendaraan beroda empat sedan tersebut?

A. 525 J
B. 500 J
C. 495 J
D. 475 J
E. 450 J

Pembahasan :
Soal di atas merupakan soal yang mengarah pada konsep dasar bisnis. Sebagaimana yang kita ketahui, bisnis merupakan hasil kali gaya dengan perpindahan yang secara matematis sanggup ditulis sebagai berikut :

W = F. s

dengan :
W = bisnis (J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)

Dari soal diketahui :
F = 50 N
s = 10 – 0,5 = 9,5 m

maka :
W = F . s
W = 50 (9,5)
W = 475 J —> opsi D
(Ujian Nasional 2008/2009)
Sebuah meja massanya 10 kg mula-mula membisu di atas lantai licin, didorong selama 3 sekon bergerak lurus dengan percepatan 2m/s². Besar bisnis yang terjadi merupakan …
A. 20 Joule
B. 30 Joule
C. 60 Joule
D. 180 Joule
E. 360 Joule

Pembahasan :
Dari soal sudah jelas bahwa untuk mencari besar bisnis kita harus memahami konsep hubungan bisnis dan energi kinetik.

W = Δ Ek = ½ m (v² – vo²)

dengan :
W = bisnis (J)
Δ Ek = perubahan energi kinetik (J)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan selesai benda (m/s)
vo = kecepatan awal benda (m/s)

Dari soal diketahui :
m = 10kg
vo = 0 —> alasannya mula-mula diam
a = 2 m/s²
t = 3 s

Karena untuk menghitung bisnis kita harus mengetahui kecepatan akhir, maka kita cari terlebih dahulu kecepatan akhirnya. Untuk menjawab soal menyerupai ini, terdapat tiga rumus utama GLBB yang harus dikuasai yakni :

v = vo ± a.t
v² = vo² ± 2 a.s
s = vo.t ± ½ a.t²

dengan :
v = kecepatan selesai benda (m/s)
vo = kecepatan awal benda (m/s)
t = waktu (s)
s = perpindahan (m)
a = percepatan (m/s²)
Tanda ± bergantung pada percepatannya. Bila percepatan menjadikan kecepatan bertambah, maka gunakan tanda tambah (+) . Sebagilknya, apabila percepatan menjadikan kecepatan menurun (perlambatan), maka gunakan tanda kurang (-)

Untuk menghitung kecepatan selesai pada soal, kita sanggup memakai rumus pertama alasannya a, vo, dan t diketahui.
v = vo + a.t
v = 0 + 2 (3)
v = 6 m/s

Maka bisnis yang terjadi merupakan :
W = Δ Ek = ½ m (v² – vo²)
W = ½ (10) (6² – 0)
W = 5 (36)
W = 180 Joule —> opsi D
(Ujian Nasional 2010/2011)
Oi mengendarai sebuah kendaraan beroda empat bermasa 4000 kg di jalan lurus dengan kecepatan 25 m/s. Karena melihat kemacetan dari jauh, ia mengerem mobilnya sesampai kemudian kecepatan mobilnya berkurang secara teratur menjadi 15 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya pengereman itu merupakan …
A. 200 kJ
B. 300 kJ
C. 400 kJ
D. 700 kJ
E. 800 kJ

Pembahasan :
Diketahui :
vo = 25 m/s
v = 15 m/s
m = 4000 kg

Maka bisnis yang dilakukan gaya pengereman merupakan :
W = Δ Ek = ½ m (v² – vo²)
W = ½ (4000) (15² – 25²)
W = 2000 (225 – 625)
W = 2000 (-400)
W = 800.000 Joule

W = 800 kJ —> opsi E.
(Ujian Nasional 2012/2013)
Sebuah bola bermassa 1 kg dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari atas gedung melewati jendela A di lantai atas menuju jendela B di lantai bawah dengan beda tinggi 2,5 meter. Berapa besar bisnis untuk perpindahan bola dari jendela A ke jendela B tersebut?
A. 5 Joule
B. 15 Joule
C. 20 Joule
D. 25 Joule
E. 50 Joule

Pembahasan :
Bila diketahui massa dan ketinggian, maka bisnis sanggup dihitung dengan memakai rumus hubungan bisnis dengan energi potensial. Berdasarkan konsep bisnis, hubungan bisnis dan energi potensial secara matematis sanggup ditulis sebagai berikut :

W = Δ Ep = m.g Δh

dengan :
W = bisnis (Joule)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
Δh = beda ketinggian

Dari soal diketahui :
m = 1 kg
Δh = 2,5 m

maka :
W = Δ Ep = m.g Δh
W = 1 (10) (2,5)
W = 25 Joule —> opsi D.