Soal dan Pembahasan Energi - Fisika Dasar

Contoh Soal Energi

1. Seorang pembalap dan sepeda balapnya mempunyai massa 100 kg, bergerak menanjak mendaki sebuah gunung dengan ketinggian 500 m, kemudian menuruni sebuah lereng sejauh 7500 m. Tentukanlah :

1. Berapakah energi potensial dipuncak gunung dan ditempat pembalap berhenti dimana titik acuannya adalah ditempat sebelum pembalap menanjak ?
2. Berapakah perubahan energi potensial ketika pembalap menuruni lereng sampai berhenti ?

Jawab :

Massa pembalap dan sepeda m = 100 kg

Percepatan gravitasi g = 9.8 m/s

Misalkan pada awal tanjakan titik A, puncak gunung titik B dan tempat berhenti titik C lihat gambar :

a. Titik A kita ambil sebagai acuan, artinya pada kedudukan A tingginya h_A = 0, ketinggian B dan C terhadap A adalah :

h_B = ± 500 m dan h_C = - 250 m

Maka energi potensial B dan C adalah :

EP_B = m.g.h_B = 100 x 9.8 x 500 = 490 000 J

EP_C = m.g.h_C = 100x9.8x(-250) = - 245 000 J

b. Perubahan energi potensial dari B ke C

∆EP = = EP_C - EP_B = -245 000 – 490 000 = - 735 000 J

Tanda minus menyatakan bahwa energi potensial berkurang sebesar 735 000 J ketika pembalam menuruni lereng dari puncak gunung sampai dia berhenti.

2. Sebuah roket mempunyai massa 200 000 kg ditembakkan dengan kecepatan 1000 m/s. Berapakah energi potensial roket tersebut setelah mencapai ketinggian 2 km dari permukaan bumi ?

Jawab :

Massa m = 200 000 kg

Percepapatan gravitasi g = 9.8 m/s

Ketinggian dari muka bumi h = 2 km = 2000 m

E_P = m.g h = 200 000x9.8x2000

E_P = 392 000 000 J = 3.92 x 10⁸ J

3. Sebuah balok 1 kg berada diatas meja yang licin, pada ujungnya diikatkan sebuah pegas mendatar dengan k = 400 N/m. Pegas ditekan keposisi x = -5 cm dan dibebaskan sehingga bergerak bolak balik sepanjang meja licin. Hitunglah :

1. Usaha yang dilkukan pegas ketika balok bergerak dari x=-5 cm ke x = +3cm
2. kecepatan balok pada x = +3 cm

Penyelesaian :

Diketahui :

x₁ = -5 cm = 0.05 m

x₂ = 3 cm = 0,03 m

k = 400 N/m

Jawab :

a. usaha yang dilakukan pegas untuk berpindah dari x=-5 cm ke x=3 cm :

W = - ∆Ep = - (Ep₂ - Ep₁ ) = - 1/2 k(x₂^{2 –} x x₁² )

W = - 1/2 (400).(0,005² – 0,003² )

W = - 200 ( -1,6x10^-3 ) = 0,32 Joule

b. Selain gaya pegas juga ada gaya berat, sehingga berlaku

Wres = ∆Ek =

Wres = W elastik

Pada x = -5, benda diam v₁ = 0

Sehingga:

W elastik =

4. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 30 m/s, jika massa mobil 750 kg, berapakah energi kinetik mobil tersebut?. Ketika mobil direm berapakah energi kinetik mobil tersebut ?

Jawab :

Massa m = 750 kg

Kelajuan v = 30 m/s

E_k = 1/2 . mv² = 1/2 . 750 . (30)²

E_k = 337.500 joule

Ketika mobil tersebut direm maka energi kinetiknya adalah nol karena mobil diam, tapi energi kinetik tersebut tidak hilang begitu saja tetapi berubah menjadi energi kalor dan energi bunyi

5. Sebuah kereta gerbong kereta api mempunyai energi kinetik sebesar 600000 J, jika massa gerbong tersebut 1000 kg. Hitunglah kecepatan mobil tersebut ?

Jawab :

Energi kinetik E_K = 600 000 J

Massa m = 1000 kg

Ek = 1/2 . mv²

Maka :