Usaha dan Energi

USAHA DAN ENERGI

FISIKA KELAS X IPA

Created By : Yulis Koes

ENERGI

Energi secara umum didefinisikan sebagai
kemampuan melakukan usaha.
Energi yang berkaitan dengan gerak adalah
➢ energi kinetik,
➢ energi potensial, dan
➢ energi mekanik

1

ENERGI KINETIK

Energi kinetik adalah energi yang
dimiliki benda bergerak, yang
ditandai dengan adanya
kecepatan

Rumusan energi kinetic adalah sebagai
berikut:

Keterangan :
Ek = energi kinetik, dalam Joule
m = massa benda, dalam kg
v = kecepatan, dalam m/s

2

CONTOH SOAL

Berapa energi kinetik bola tenis (200 gram) yang jatuh dari ketinggian 4,05 m
pada saat menyentuh tanah?
Penyelesaian
Diketahui : m = 200 gram = 0,2 kg

h = 4,05 m (jatuh bebas)
Ditanya : Ek = ....?
Jawab :

3

ENERGI POTENSIAL

Energi potensial adalah energi benda karena
kedudukannya.
Rumusan energi potensial adalah sebagai
berikut:

Ep = m.g.h

Keterangan :

= ,
= ,
= , m/s2
ℎ = , r

4

CONTOH SOAL

200 liter air ada dalam tangki yang disimpan pada ketinggian 4,0 m.
Berapa energi potensial air dalam tangki?

Penyelesaian Jawab : Ep = m.g.h,
Diketahui : V = 200 Liter massa jenis air ρ = 1000 kg/m3
maka m = 200 kg
= 200 dm3
= 0,2 m3 sehingga
h = 4,0 m Ep = 200.10.4
g = 10 m/s2 = 8000 Joule
Ditanya : Ep = ….?

5

ENERGI MEKANIK

Energi mekanik adalah jumlah dari
energi kinetik dan energi potensial.
Oleh karena itu rumusan energi
mekanik adalah sebagai berikut:

Em = Ek + Ep

Keterangan :
= ,
= ,
= , e

6

CONTOH SOAL

Bola (m = 0,2 kg) ditendang dengan kecepatan awal 10,0 m/s, mampu mencapai
ketinggian maksimum 8,0 m. Besar energi mekanik saat jatuh kembali adalah …

Penyelesaian Em = Ek = ½ . 0,2 . 10.10
Diketahui : m = 0,2 kg Em = 20 Joule

Vo = 10 m/s
h maks = 8 m
Ditanya : Em = …. ? (saat jatuh)
Jawab : Em = Ek + Ep
saat jatuh Kembali ke tanah
kecepatannya sama dengan kecepatan
awalnya dan ketinggiannya sama
dengan nol maka Ep = 0 sehingga
Em = Ek = ½ mv^2

7

HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK

Menurut Hukum kekekalan energi mekanik :
“Jumlah energi potensial dan energi kinetik
suatu benda adalah tetap”
Pernyataan matematisnya adalah :

8

CONTOH SOAL

Kecepatan mendatar bola di bawah ini 6 m/s. Berapa energi kinetik saat mencapai
ketinggian 1 m?

Penyelesaian

Diketahui : h1 = 2 m Jawaban :
h2 = 1 m
m = 3 kg

v1 = 6 m/s
Ditanya : Ek2 = …. ?

9

USAHA

DAN

HUBUNGANNYA DENGAN
PERUBAHAN ENERGI

USAHA

Usaha didefinisikan sebagai gaya kali
perpindahan. Secara matematis, usaha
dirumuskan dengan

W = F. s

Keterangan :
= ℎ ,
= ,
= ℎ , r

11

Apabila arah gaya membentuk sudut
tertentu (α) maka besarnya usaha:

= . s

Apabila arah gaya membentuk sudut
tertentu(α) dan lantai kasar maka akan muncul
adanya gaya gesek (f) yang arahnya
berlawanan dengan gerak benda sehingga
besarnya usaha:

W = ∑ F cos α . S

W = (F cos α – f ). S

12

Hubungan Usaha dengan Perubahan Energi

Keterangan 13
Ek1 = Energi kinetic awal dalam joule
Ek2 = Energi kinetic akhir dalam joule
Ep1 = Energi potensial awal dalam joule
Ep2 = Energi potensial akhir dalam joule

Kesimpulan :
➢ Usaha adalah perubahan energi kinetik,
➢ usaha adalah perubahan energi potensial, dan
➢ usaha adalah perubahan energi mekanik.

CONTOH SOAL

1 Balok (25 kg) di lantai ditarik dengan gaya 10 N
condong ke atas dengan sudut 600 . Pada saat itu

balok bergeser 2,0 m dengan gesekan 2,0 N.

berapa usaha total pada balok?

Penyelesaian Jawab :
Diketahui : m = 25 kg =  .
= ( 600 − ). 2
F = 10 N, = (10.0,5 − 2). 2
α = 600 = (5 − 2). 2

f = 2 N, = 3.2 W
s=2m
Ditanya : W = …. ? W = 6,0 Joule.

14

2 Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 2 m s−1 .
Beberapa saat kemudian benda itu bergerak dengan kecepatan 5 m s−1.

Usaha total yang dikerjakan pada benda adalah....

Penyelesaian Jawab :
Diketahui :

Ditanya : W = …. ?

15

3 Sebuah mobil bermassa 2 × 103 kg bergerak dengan kecepatan 72
km.jam – 1 , tiba-tiba direm hingga berhenti setelah menempuh jarak

40 m. Besar gaya pengereman tersebut adalah….

Penyelesaian

16

LATIHAN SOAL
USAHA DAN ENERGI

Pilih satu jawaban yang benar!

1 Kelereng bermassa 20 g bergerak dengan 2 Kelapa bermassa 200 g berada pada
kecepatan 3,6 km/ jam. Besar energi ketinggian 10 m di atas tanah. Energi
kinetik yang dimiliki oleh kelereng yang dimiliki kelapa tersebut adalah . . .
tersebut adalah . . . A. 10 J
B. 15 J
A. 10-2 J C. 20 J
D. 25 J
B. 10-1 J E. 30 J

C. 100 J

D. 101 J

E. 102 J

18

3 Balok bermassa 200 g berada pada Jika koper meluncur sejauh 10 meter pada
ketinggian 10 m di atas tanah. Ia bergerak 4 bidang miring yang membentuk sudut
turun hingga ketinggian 4 m di atas
permukaan tanah. Energi kinetik-nya 30o dari lantai, maka kecepatan koper saat
adalah . . . sampai dasar adalah . . .
A. 8 J
B. 10 J A. 2√(5) m/s
C. 12 J B. 5 m/s
D. 15 J C. 5√(2) m/s
E. 18 J D. 10 m/s
E. 10√(2) m/s

19

5 Benda bermassa 500 gr didorong oleh Balok bermassa 2 kg didorong dengan gaya 2
gaya 16 N dengan sudut 60o sehingga 6 N sehingga berpindah sejauh 2 m. Usaha yang
berpindah sejauh 2,5 m.
telah dilakukan untuk memindahkan balok
Usaha yang dilakukan oleh gaya 16 N sebesar . . .
adalah . . .
A. 2 J
A. 16 J B. 4 J
B. 20 J C. 6 J
C. 32 J D. 8 J
D. 40 J E. 10 J
E. 48 J
20

7 Sebuah balok ditarik gaya F = 120 N 8 Balok bermassa 9 kg didorong dengan
yang membentuk sudut 37o terhadap gaya 40 N pada lantai kasar yang
arah horizontal seperti diperlihatkan memiliki μ = 0,2 hingga menempuh jarak
pada gambar berikut ini. 10 m. Usaha yang dilakukan sebesar . . .
Jika balok bergeser sejauh 10 m, A. 220 J
tentukan usaha yang dilakukan pada B. 129 J
balok! C. 81 J
A. 800 J D. 65 J
B. 960 J E. 56 J
C. 1000 J
D. 1200 J 21
E. 1500 J

9 Benda 10 kg hendak digeser melalui 10 Perhatikan gambar berikut!
permukaan bidang miring yang licin
seperti gambar berikut! Benda bermassa 250 g bergerak menuruni
bidang licin berbentuk seperempat
Tentukan usaha yang diperlukan untuk lingkaran (AB) dengan jari-jari 1,25 m.
memindahkan benda tersebut! Kemudian, benda tersebut melewati bidang
A. 600 J datar (BC) yang kasar (μ=0,25) hingga
B. 700 J berhenti. Jarak yang ditempuh benda pada
C. 800 J bidang datar adalah . . .
D. 900 J
E. 1000 J A. 2 m
B. 3 m
C. 4 m
D. 5 m
E. 6 m

22

DAFTAR PUSTAKA

Hariyono dkk, Buku Pintar Belajar Fisika, Sagufindo Kinarya
http://fisikastudycenter.com
https://www.aisyahnestria.com
Kanginan M, Fisika SMU, Erlangga, Jakarta
Setyawan H, Modul Fisika SMA Kemendikbud