Latihan Soal Fisika SMA Kelas 11 Bab 4: Dinamika Usaha dan Energi (bagian 1)

Soal

Sebuah bola dilemparkan ke atas tanpa adanya hambatan udara. Pada titik tertinggi lintasannya, bola tersebut tetap memiliki energi. Bentuk energi apa yang dominan pada kondisi tersebut?
1. Energi panas
2. Energi kinetik
3. Energi listrik
4. Energi mekanik
5. Energi potensial
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: E. Energi potensial Pembahasan: Pada titik tertinggi, kecepatan bola menjadi nol sehingga energi kinetiknya hilang. Namun, energi tidak hilang begitu saja, melainkan berubah menjadi energi potensial maksimum. Prinsip ini sejalan dengan hukum kekekalan energi mekanik, yang menyatakan bahwa jumlah energi potensial dan energi kinetik tetap jika tidak ada gaya luar yang bekerja.
Soal

Ketika sebuah benda dijatuhkan dari ketinggian, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik secara bertahap. Proses ini menunjukkan sifat energi yang…
1. Dapat diciptakan dari nol
2. Dapat dimusnahkan jika jatuh ke tanah
3. Tetap kekal, hanya berubah bentuk
4. Menghilang saat benda berhenti
5. Berkurang terus hingga nol tanpa sebab
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. Tetap kekal, hanya berubah bentuk Pembahasan: Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, melainkan hanya berubah bentuk dari satu jenis ke jenis lainnya. Saat benda jatuh, energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Jumlah total energi mekanik tetap sama jika tidak ada gaya luar seperti hambatan udara.
Soal

Air dari danau di pegunungan dialirkan ke turbin pembangkit listrik tenaga air. Perubahan energi yang terjadi pada proses ini adalah dari…
1. Energi listrik menjadi energi mekanik
2. Energi potensial menjadi energi mekanik, lalu energi listrik
3. Energi panas menjadi energi kinetik
4. Energi kimia menjadi energi listrik
5. Energi cahaya menjadi energi panas
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Energi potensial menjadi energi mekanik, lalu energi listrik Pembahasan: Air di ketinggian memiliki energi potensial. Ketika mengalir turun, energi ini berubah menjadi energi mekanik yang memutar turbin. Putaran turbin kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator. Proses ini adalah contoh konversi energi yang memanfaatkan hukum kekekalan energi.
Soal

Ketika remote TV digunakan, baterai di dalamnya mengalami perubahan energi dari…
1. Energi listrik menjadi energi panas
2. Energi kimia menjadi energi cahaya dan suara
3. Energi mekanik menjadi energi panas
4. Energi panas menjadi energi listrik
5. Energi cahaya menjadi energi kinetik
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Energi kimia menjadi energi cahaya dan suara Pembahasan: Baterai menyimpan energi dalam bentuk energi kimia. Saat digunakan pada remote TV, energi kimia ini diubah menjadi energi listrik, lalu menjadi cahaya pada indikator dan suara pada komponen tertentu. Contoh ini menunjukkan transformasi energi sesuai sifat energi yang dapat berubah bentuk.
Soal

Gaya F = (5i + 2j) N bekerja pada benda yang berpindah r = (6i + a j) m. Usaha gaya adalah 90 J. Nilai a adalah ….
1. 24
2. 26
3. 28
4. 30
5. 32
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: D. 30 Pembahasan: $F = (5 i + 2 j) N$ $r = (6 i + a j) m$ $W = 90 J$ Rumus usaha dengan perkalian titik (dot product) $W = F \cdot r$ $W = (5) (6) + (2) (a)$ W = 30 + 2a Substitusi nilai usaha 90 = 30 + 2a Hitung a 90 - 30 = 2a 60 = 2a a = 30
Soal

Bola bermassa 2 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s. Saat berada pada $\frac{3}{4}$ ketinggian maksimum, besar energi kinetiknya adalah ….
1. 200 J
2. 300 J
3. 400 J
4. 600 J
5. 800 J
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 400 J Pembahasan: Energi mekanik awal $E = \frac{1}{2} m v_{0}^{2} = \frac{1}{2} (2) (4 0^{2}) = 1600 J$ . $h_{m a x} = \frac{v _{0}^{2}}{2 g} = \frac{1600}{20} = 80 m$ . Pada $\frac{3}{4} h_{m a x}$ , energi potensial $E_{p} = m g h = 2 \cdot 10 \cdot (60) = 1200 J$ . Energi kinetik $E_{k} = E - E_{p} = 1600 - 1200 = 400 J$ .
Soal

Gaya konstan 40 N bekerja pada benda sepanjang 25 m. Kecepatan berubah dari 0 menjadi 10 m/s. Massa benda adalah ….
1. 10 kg
2. 15 kg
3. 20 kg
4. 25 kg
5. 30 kg
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 20 kg Pembahasan: Kerja yang dilakukan gaya sama dengan perubahan energi kinetik: $W = Δ E_{k}$ $F \cdot s = \frac{1}{2} m v^{2} - \frac{1}{2} m v_{0}^{2}$ Karena $v_{0} = 0$ : $F \cdot s = \frac{1}{2} m v^{2}$ Substitusi nilai $40 \times 25 = \frac{1}{2} m \times (10)^{2}$ $1000 = \frac{1}{2} m \times 100$ Hitung massa Kalikan kedua sisi dengan 2: $2000 = 100 m$ $m = \frac{2000}{100} = 20 kg$
Soal

Seorang atlet mendorong kereta belanja di lantai licin hingga bergerak semakin cepat. Setelah beberapa detik, ia berhenti mendorong, tetapi kereta tetap bergerak dengan kecepatan konstan. Dari peristiwa tersebut, hubungan antara usaha dan perubahan energi yang benar adalah…
1. Usaha hanya terjadi ketika kereta melambat
2. Usaha dilakukan selama kereta bergerak dengan kecepatan konstan
3. Usaha terjadi saat atlet mendorong, mengubah energi kinetik kereta
4. Tidak ada usaha karena permukaan lantai licin
5. Usaha tetap ada meskipun tidak ada gaya yang bekerja
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. Usaha terjadi saat atlet mendorong, mengubah energi kinetik kereta Pembahasan: Usaha adalah hasil kali gaya dengan perpindahan searah gaya. Dalam kasus ini, atlet melakukan usaha saat mendorong kereta karena gaya yang ia berikan mempercepat kereta, sehingga energi kinetiknya bertambah. Ketika atlet berhenti mendorong dan kereta bergerak konstan di lantai licin, tidak ada gaya horizontal yang bekerja, sehingga tidak ada usaha tambahan. Konsep ini menegaskan bahwa usaha berhubungan langsung dengan perubahan energi kinetik.
Soal

Benda bermassa 3 kg berada di bidang datar kasar $(μ_{k} = 0, 253)$ . Gaya 20 N bekerja membentuk sudut 30° terhadap horizontal dan benda berpindah $203$ m. Kecepatan akhir (mula-mula diam) adalah….
1. $5 m/s$
2. $52 m/s$
3. $53 m/s$
4. $102 m/s$
5. $10 m/s$
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: D. $102 m/s$ Pembahasan: Kerja gaya $W_{F} = F cos 3 0^{\circ} \cdot s = 20 \cdot \frac{3}{2} \cdot 203 = 600 J$ . Normal $N = m g - F sin 3 0^{\circ} = 30 - 10 = 20 N$ . Gaya gesek $f = μ_{k} N = (0, 253) \cdot 20 = 53 N$ . Kerja gesek $W_{f} = - f s = - 53 \cdot 203 = - 300 J$ . Kerja total $W = 600 - 300 = 300 J$ . $Δ K = \frac{1}{2} m v^{2} = 300$ ⇒ $\frac{1}{2} \cdot 3 \cdot v^{2} = 300$ . $v^{2} = 200$ ⇒ $v = 102 m/s$ .
Soal

Sebuah benda ditembakkan dengan sudut 60° terhadap horizontal. Energi kinetik awalnya 400 J. Energi potensial ketika mencapai titik tertinggi adalah ….
1. 100 J
2. 200 J
3. 300 J
4. 400 J
5. 500 J
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 300 J Pembahasan: Energi mekanik konstan $E = 400 J$ . Di puncak, hanya komponen horizontal yang tersisa: $K_{puncak} = K_{0} cos^{2} 6 0^{\circ} = 400 \cdot (0, 5)^{2} = 100 J$ . Energi potensial $E_{p} = E - K_{puncak} = 400 - 100 = 300 J$ .
Soal

Bola bermassa 0,25 kg menumbuk pegas dengan kecepatan 20 m/s. Konstanta pegas 400 N/m. Pegas tertekan sejauh ….
1. 2,5 cm
2. 5,0 cm
3. 25,0 cm
4. 50,0 cm
5. 75,0 cm
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: D. 50,0 cm Pembahasan: Konservasi energi: $\frac{1}{2} m v^{2} = \frac{1}{2} k x^{2}$ . $\frac{1}{2} (0, 25) (2 0^{2}) = \frac{1}{2} (400) x^{2}$ . $50 = 200 x^{2} \Rightarrow x^{2} = 0, 25$ . $x = 0, 5 m = 50 cm$ .
Soal

Pistol mainan memiliki konstanta pegas 75 N/m. Peluru 1,5 g ditekan sejauh 10 cm dan ditembakkan vertikal ke atas (abaikan hambatan udara). Ketinggian maksimum peluru adalah ….
1. 15 m
2. 25 m
3. 35 m
4. 45 m
5. 55 m
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. 25 m Pembahasan: Energi pegas $E = \frac{1}{2} k x^{2} = \frac{1}{2} \cdot 75 \cdot (0, 10)^{2} = 0, 375 J$ . $E = m g h \Rightarrow 0, 375 = 0, 0015 \cdot 10 \cdot h$ . $h = \frac{0 , 375}{0 , 015} = 25 m$ .
Soal

Sebuah pompa memindahkan air 30 liter per detik dari kedalaman 5 m dan memancarkannya dengan kecepatan 8 m/s. Daya minimum pompa adalah ….
1. 1,86 kW
2. 2,46 kW
3. 3,20 kW
4. 3,60 kW
5. 4,00 kW
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. 2,46 kW Pembahasan: Laju massa $\overset{m}{˙} = 30 kg/s$ . Energi per kg = $g h + \frac{v ^{2}}{2} = 10 \cdot 5 + \frac{8 ^{2}}{2} = 50 + 32 = 82 J/kg$ . Daya $P = \overset{m}{˙} \times (\dots) = 30 \times 82 = 2460 W = 2, 46 kW$ .
Soal

Air jatuh dari ketinggian 60 m untuk menghasilkan daya listrik 120 kW. Debit air 150.000 liter per 5 menit. Efisiensi turbin adalah ….
1. 30%
2. 35%
3. 40%
4. 50%
5. 60%
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 40% Pembahasan: Debit massa: $150, 000 L /300 s = 500 kg/s$ . Daya potensial air $P_{air} = \overset{m}{˙} g h = 500 \cdot 10 \cdot 60 = 300000 W = 300 kW$ . Efisiensi $η = \frac{P _{keluar}}{P _{masuk}} = \frac{120}{300} = 0, 40 = 40%$ .
Soal

Sebuah mobil berdaya 5 kW (efisiensi mobil 80%) menggerakkan derek yang efisiensinya 50%. Jika massa beban 400 kg, laju pengangkatan (kecepatan naik) adalah … (gunakan $g = 10 m/s^{2}$ )
1. 0,25 m/s
2. 0,40 m/s
3. 0,50 m/s
4. 0,75 m/s
5. 1,00 m/s
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 0,50 m/s Pembahasan: Daya efektif ke beban $P = 5000 \times 0, 8 \times 0, 5 = 2000 W$ . Daya angkat $P = m gv \Rightarrow v = \frac{P}{m g} = \frac{2000}{400 \cdot 10} = 0, 5 m/s$ .
Soal

Gaya F = (3i + 5j) N melakukan usaha 62 J pada perpindahan r = (4i + a j) m. Nilai a adalah ….
1. 6
2. 8
3. 10
4. 12
5. 14
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 10 Pembahasan: $W = F \cdot r = (3 \cdot 4) + (5 \cdot a) = 12 + 5 a$ . $62 = 12 + 5 a \Rightarrow 5 a = 50$ . $a = 10$ .
Soal

Benda bermassa 1 kg ditembakkan vertikal dengan $v_{0} = 30 m/s$ . Pada $\frac{2}{3}$ ketinggian maksimum, energi kinetiknya adalah ….
1. 100 J
2. 125 J
3. 150 J
4. 200 J
5. 250 J
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 150 J Pembahasan: Energi mekanik $E = \frac{1}{2} m v_{0}^{2} = \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot 900 = 450 J$ . $h_{m a x} = \frac{v _{0}^{2}}{2 g} = \frac{900}{20} = 45 m$ . Pada $\frac{2}{3} h_{m a x}$ , $E_{p} = m g h = 1 \cdot 10 \cdot 30 = 300 J$ . $E_{k} = E - E_{p} = 450 - 300 = 150 J$ .
Soal

Gaya konstan 60 N bekerja pada benda sepanjang 30 m. Kecepatan berubah dari 3 m/s menjadi 9 m/s. Massa benda adalah ….
1. 30 kg
2. 40 kg
3. 45 kg
4. 50 kg
5. 60 kg
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: D. 50 kg Pembahasan: $W = F s = 60 \cdot 30 = 1800 J$ . $Δ K = \frac{1}{2} m (9^{2} - 3^{2}) = \frac{1}{2} m (81 - 9) = 36 m$ . Samakan: $1800 = 36 m \Rightarrow m = 50 kg$ .
Soal

Benda bermassa 2 kg dilempar vertikal ke atas $v_{0} = 16 m/s$ . Ketika energi potensial sama dengan setengah energi kinetik awal, ketinggian benda adalah ….
1. 4,8 m
2. 5,6 m
3. 8,0 m
4. 7,2 m
5. 6,4 m
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: E. 6,4 m Pembahasan: Energi kinetik awal $K_{0} = \frac{1}{2} m v_{0}^{2} = \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 256 = 256 J$ . Diketahui $E_{p} = \frac{1}{2} K_{0} = 128 J = m g h$ . $128 = 2 \cdot 10 \cdot h$ ⇒ $h = 6, 4 m$ .
Soal

Benda bermassa 5 kg di bidang datar kasar $(μ_{k} = 0, 23)$ . Gaya 30 N membentuk sudut 30° menarik benda sejauh $103$ m dari keadaan diam. Kecepatan akhirnya adalah ….
1. $46 m/s$
2. $6 m/s$
3. $35 m/s$
4. $215 m/s$
5. $52 m/s$
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: A. $46 m/s$ Pembahasan: $W_{F} = F cos 3 0^{\circ} \cdot s = 30 \cdot \frac{3}{2} \cdot 103 = 450 J$ . $N = m g - F sin 3 0^{\circ} = 50 - 15 = 35 N$ . $f = μ_{k} N = (0, 23) \cdot 35 = 73 N$ . $W_{f} = - f s = - 73 \cdot 103 = - 210 J$ . $W_{net} = 450 - 210 = 240 J$ . $\frac{1}{2} m v^{2} = 240 \Rightarrow \frac{1}{2} \cdot 5 \cdot v^{2} = 240$ . $v^{2} = 96 \Rightarrow v = 96 = 46 m/s$ .
Soal

Benda bermassa 5 kg di bidang datar kasar $(μ_{k} = 0, 23)$ . Gaya 30 N membentuk sudut 30° menarik benda sejauh $103$ m dari keadaan diam. Kecepatan akhirnya adalah ….
1. $46 m/s$
2. $6 m/s$
3. $35 m/s$
4. $215 m/s$
5. $52 m/s$
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: A. $46 m/s$ Pembahasan: $W_{F} = F cos 3 0^{\circ} \cdot s = 30 \cdot \frac{3}{2} \cdot 103 = 450 J$ . $N = m g - F sin 3 0^{\circ} = 50 - 15 = 35 N$ . $f = μ_{k} N = (0, 23) \cdot 35 = 73 N$ . $W_{f} = - f s = - 73 \cdot 103 = - 210 J$ . $W_{net} = 450 - 210 = 240 J$ . $\frac{1}{2} m v^{2} = 240 \Rightarrow \frac{1}{2} \cdot 5 \cdot v^{2} = 240$ . $v^{2} = 96 \Rightarrow v = 96 = 46 m/s$ .
Soal

Sebuah proyektil ditembakkan dengan sudut 45°. Energi kinetik awal 500 J. Energi potensial di titik tertinggi adalah ….
1. 150 J
2. 200 J
3. 250 J
4. 300 J
5. 350 J
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 250 J Pembahasan: $K_{puncak} = K_{0} cos^{2} 4 5^{\circ} = 500 \cdot \frac{1}{2} = 250 J$ . $E_{p} = E - K_{puncak} = 500 - 250 = 250 J$ .
Soal

Sebuah massa 0,5 kg menumbuk pegas berkonstanta 200 N/m dengan kecepatan 10 m/s. Pegas tertekan sejauh ….
1. 25 cm
2. 35 cm
3. 45 cm
4. 50 cm
5. 60 cm
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: D. 50 cm Pembahasan: $\frac{1}{2} m v^{2} = \frac{1}{2} k x^{2}$ . $\frac{1}{2} \cdot 0, 5 \cdot 1 0^{2} = \frac{1}{2} \cdot 200 \cdot x^{2}$ . $25 = 100 x^{2} \Rightarrow x^{2} = 0, 25$ . $x = 0, 5 m = 50 cm$ .
Soal

Pistol pegas $k = 100 N/m$ menembakkan peluru massa 4 g setelah ditekan 8 cm vertikal ke atas. Ketinggian maksimum peluru adalah ….
1. 6 m
2. 7 m
3. 8 m
4. 9 m
5. 10 m
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 8 m Pembahasan: Energi pegas $E = \frac{1}{2} k x^{2} = \frac{1}{2} \cdot 100 \cdot 0, 0 8^{2} = 0, 32 J$ . $E = m g h \Rightarrow 0, 32 = 0, 004 \cdot 10 \cdot h$ . $h = \frac{0 , 32}{0 , 04} = 8 m$ .
Soal

Sebuah pompa mengalirkan air 15 liter per detik dari kedalaman 6 m dan memancarkannya dengan kecepatan 6 m/s. Daya pompa minimum adalah ….
1. 0,96 kW
2. 1,17 kW
3. 1,35 kW
4. 1,56 kW
5. 1,80 kW
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. 1,17 kW Pembahasan: $\overset{m}{˙} = 15 kg/s$ . Energi per kg $= g h + \frac{v ^{2}}{2} = 10 \cdot 6 + \frac{6 ^{2}}{2} = 60 + 18 = 78 J/kg$ . Daya $P = 15 \cdot 78 = 1170 W = 1, 17 kW$ .

← MaterinyaBab 4: Dinamika Usaha dan Energi Berikutnya →Bagian 2

Gratis — tolong sebarkan

Materi dan latihan di sini bisa dipakai siapa saja tanpa membayar dan tanpa mendaftar. Aplikasi Fitri Learning membawa semuanya ke HP, lengkap dengan nilai dan pembahasan, dan jalan tanpa internet setelah diunduh sekali.

Gratis, tanpa akunUnduh aplikasinya → Ilmu yang bermanfaatBagikan ke WhatsApp