Pembahasan Soal Ujian Nasional Perjuangan Dan Energi

Usaha dan energi ialah salah satu topik yang kerap kali muncul dalam ujian nasional bidang studi fisika. Setidaknya terdapat satu soal yang berkaitan dengan usaha, energi, maupun daya. Pada umumnya, soal wacana perjuangan dan energi tidak terlalu jauh dari konsep yang sudah diajarkan. Hampir sebagian besar soalnya ialah konsep dasar perjuangan dan sebagian lagi ialah adonan antara perjuangan dengan gerak ataupun energi. Bila mengulas soal perjuangan yang berkaitan dengan energi ataupun gerak, maka akan tidak mungkin soal tersebut terjawaban kalau pemahaman kita wacana konsep dasar gerak sangat minim.

melaluiataubersamaini kata lain, untuk menjawaban soal-soal wacana perjuangan akan sangat memmenolong kalau kita sudah memahami konsep-konsep dasar yang berafiliasi 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 memmenolong sebab kita akan menemui beberapa soal yang mengharuskan kita menghitung kecepatan kesannya terlebih lampau.

Ujian Nasional Fisika - Usaha dan Energi

Model soal wacana perjuangan yang sering muncul dalam ujian nasional bidang studi fisika antara lain :

1. Menentukan besar kecepatan simpulan suatu benda kalau pada benda dilakukan perjuangan dengan besar tertentu.
2. Menentukan besar perjuangan yang dilakukan oleh suatu gaya kalau kecepatn awal dan kecepatan kesannya diketahui. 
3. Menentukan besar perjuangan yang dibutuhkan untuk memperpanjang pegas.
4. Menentukan perjuangan yang dilakukan kalau gaya dan perpindahannya diketahui.
5. Menentukan perjuangan bila masa dan perubahan ketinggian diketahui.

Kumpulan soal 

1. (Ujian Nasional 2005/2006)
   Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak pada permukaan licin dengan kecepatan awal 2 m/s dan dikerjakan perjuangan sebesar 21 Joule. Kecepatan simpulan benda tersebut ialah ...
   A. 3 m/s
   B. 4 m/s
   C. 5 m/s
   D. 6 m/s
   E. 7 m/s
   
   Pembahasan :
   Bila bertemu soal wacana perjuangan yang terdapat harga kecepatan di dalamnya, maka soal tersebut mengarah pada konsep hubungan perjuangan dan energi kinetik yang secara matematika sanggup ditulis sebagai diberikut :
   
   W = Δ Ek = ½ m (v² - vo²)
   
   dengan :
   W = perjuangan (J)
   Δ Ek = perubahan energi kinetik (J)
   m = massa benda (kg)
   v = kecepatan simpulan 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.
   
   
   
2. (Ujian Nasional 2006/2007)
   Tabel di bawah ini menggambarkan hasil percobaan pegas yang salah satu ujungnya didiberi beban. F menyatakan berat beban dan Δl menyatakan perubahan panjang. Hitunglah perjuangan 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 perjuangan dengan gaya pegas. Berdasarkan konsep usaha, hubungan perjuangan dengan gaya pegas ialah :
   
   W = ½ F²/ k = ½ k Δl²
   
   dengan :
   W = perjuangan (J)
   F = gaya pegas (N)
   k = konstanta pegas (N/m)
   Δl = perubahan panjang pegas (m)
   
   Selanjutnya, sebab harga konstanta pegas (k) tidak diketahui, maka kita cari terlebih lampau. Berdasarkan konsep pegas, hubungan gaya pegas dengan konstanta pegas secara matematis sanggup ditulis sebagai diberikut :
   
   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
   
   melaluiataubersamaini demikian, perjuangan yang harus dilakukan untuk memperpanjang pegas sejauh 10 cm (0,1 m) ialah :
   W = ½ k Δl²
   W = ½ (500) (0,1)²
   W = 250 (0,01)
   W = 2,5 Joule ---> opsi B
   
   
   
3. (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 perjuangan 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 ialah soal yang mengarah pada konsep dasar usaha. Seperti yang kita ketahui, perjuangan ialah hasil kali gaya dengan perpindahan yang secara matematis sanggup ditulis sebagai diberikut :
   
   W = F. s
   
   dengan :
   W = perjuangan (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
   
   
   
4. (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 perjuangan yang terjadi ialah ...
   A. 20 Joule
   B. 30 Joule
   C. 60 Joule
   D. 180 Joule
   E. 360 Joule
   
   Pembahasan :
   Dari soal sudah terang bahwa untuk mencari besar perjuangan kita harus memahami konsep hubungan perjuangan dan energi kinetik.
   
   W = Δ Ek = ½ m (v² - vo²)
   
   dengan :
   W = perjuangan (J)
   Δ Ek = perubahan energi kinetik (J)
   m = massa benda (kg)
   v = kecepatan simpulan benda (m/s)
   vo = kecepatan awal benda (m/s)
   
   Dari soal diketahui :
   m = 10kg
   vo = 0 ---> sebab mula-mula diam
   a = 2 m/s²
   t = 3 s
   
   Karena untuk menghitung perjuangan kita harus mengetahui kecepatan akhir, maka kita cari terlebih lampau kecepatan akhirnya. Untuk menjawaban soal menyerupai ini, terdapat tiga rumus utama GLBB yang harus dikuasai yaitu :
   
   v = vo ± a.t
   v² = vo² ± 2 a.s
   s = vo.t ± ½ a.t²
   
   dengan :
   v = kecepatan simpulan 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, kalau percepatan menjadikan kecepatan menurun (perlambatan), maka gunakan tanda kurang (-)
   
   Untuk menghitung kecepatan simpulan pada soal, kita sanggup memakai rumus pertama sebab a, vo, dan t diketahui.
   v = vo + a.t
   v = 0 + 2 (3)
   v = 6 m/s
   
   Maka perjuangan yang terjadi ialah :
   W = Δ Ek = ½ m (v² - vo²)
   W = ½ (10) (6² - 0)
   W = 5 (36)
   W = 180 Joule ---> opsi D
   
   
   
5. (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 sehingga kecepatan mobilnya berkurang secara teratur menjadi 15 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya pengereman itu ialah ...
   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 perjuangan yang dilakukan gaya pengereman ialah :
   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.
   
   
   
6. (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 perjuangan 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 perjuangan sanggup dihitung dengan memakai rumus hubungan perjuangan dengan energi potensial. Berdasarkan konsep usaha, hubungan perjuangan dan energi potensial secara matematis sanggup ditulis sebagai diberikut :
   
   W = Δ Ep = m.g Δh
   
   dengan :
   W = perjuangan (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.