Benang Lurus
Reach Your Full Potential
Benang Lurus
Topik Belajar
Usaha dan Energi SMA
Usaha dan Energi SMA
Soal Latihan Usaha dan Energi 01
Kurikulum & Timeline Belajar
0 dari 3 Modul Selesai
Soal 01
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah balok kayu ditarik dengan gaya mendatar konstan \(F = 30\text{ N}\) di atas lantai licin sehingga berpindah sejauh \(5\text{ meter}\) seperti gambar berikut:
Besar usaha yang dilakukan oleh gaya tarik tersebut adalah ….
(A) \(100\text{ Joule}\)
(B) \(150\text{ Joule}\)
(C) \(200\text{ Joule}\)
(D) \(250\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (150 Joule)
Opsi B (150 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Karena arah gaya searah dengan arah perpindahan (\(\alpha = 0^\circ\)), usaha dihitung langsung dengan perkalian gaya dan perpindahan:
\[
\begin{aligned}
W &= F \cdot s \\
&= 30 \times 5 \\
&= 150\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
W &= F \cdot s \\
&= 30 \times 5 \\
&= 150\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 02
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah gerobak mainan ditarik dengan gaya tali \(F = 40\text{ N}\) yang membentuk sudut \(60^\circ\) terhadap lantai mendatar seperti tampak pada gambar berikut:
Jika benda mengalami perpindahan mendatar sejauh \(8\text{ meter}\) dan diketahui nilai \(\cos 60^\circ = 0{,}5\), besar usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah ….
(A) \(80\text{ Joule}\)
(B) \(160\text{ Joule}\)
(C) \(240\text{ Joule}\)
(D) \(320\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (160 Joule)
Opsi B (160 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Komponen gaya yang melakukan usaha adalah komponen gaya yang sejajar dengan arah perpindahan:
\[
\begin{aligned}
W &= F \cdot s \cdot \cos\theta \\
&= 40 \times 8 \times \cos 60^\circ \\
&= 320 \times 0{,}5 \\
&= 160\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
W &= F \cdot s \cdot \cos\theta \\
&= 40 \times 8 \times \cos 60^\circ \\
&= 320 \times 0{,}5 \\
&= 160\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 03
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Seorang siswa membawa tas ransel seberat \(50\text{ N}\) di pundaknya sambil berjalan mendatar sejauh \(20\text{ meter}\) di lorong sekolah dengan kecepatan konstan. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya angkat pundak siswa terhadap tas ransel tersebut adalah ….
(A) \(0\text{ Joule}\)
(B) \(500\text{ Joule}\)
(C) \(1.000\text{ Joule}\)
(D) \(2.000\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi A (0 Joule)
Opsi A (0 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Arah gaya angkat pundak adalah tegak lurus ke atas (vertikal), sedangkan arah perpindahan siswa adalah mendatar (horizontal). Sudut yang terbentuk adalah \(\theta = 90^\circ\).
\[
\begin{aligned}
W &= F \cdot s \cdot \cos 90^\circ \\
&= 50 \times 20 \times 0 \\
&= 0\text{ Joule}
\end{aligned}
\] Gaya yang bekerja tegak lurus dengan arah perpindahan tidak melakukan usaha (\(W = 0\)).
\[
\begin{aligned}
W &= F \cdot s \cdot \cos 90^\circ \\
&= 50 \times 20 \times 0 \\
&= 0\text{ Joule}
\end{aligned}
\] Gaya yang bekerja tegak lurus dengan arah perpindahan tidak melakukan usaha (\(W = 0\)).
Soal 04
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Dua gaya bekerja pada sebuah peti es di atas lantai mendatar. Gaya dorong \(F_1 = 45\text{ N}\) dan \(F_2 = 25\text{ N}\) bekerja ke arah kanan, sedangkan gaya gesekan lantai \(f_k = 20\text{ N}\) menghambat ke arah kiri. Jika peti es bergeser sejauh \(6\text{ meter}\) ke kanan, besar usaha total yang dilakukan pada peti es adalah ….
(A) \(200\text{ Joule}\)
(B) \(300\text{ Joule}\)
(C) \(420\text{ Joule}\)
(D) \(540\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (300 Joule)
Opsi B (300 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Langkah 1: Menghitung resultan gaya searah perpindahan
\[
\begin{aligned}
\Sigma F &= F_1 + F_2 \:- f_k \\
&= 45 + 25 \:- 20 \\
&= 50\text{ N (ke kanan)}
\end{aligned}
\] Langkah 2: Menghitung usaha total
\[
\begin{aligned}
W_{\text{total}} &= \Sigma F \cdot s \\
&= 50 \times 6 \\
&= 300\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
\Sigma F &= F_1 + F_2 \:- f_k \\
&= 45 + 25 \:- 20 \\
&= 50\text{ N (ke kanan)}
\end{aligned}
\] Langkah 2: Menghitung usaha total
\[
\begin{aligned}
W_{\text{total}} &= \Sigma F \cdot s \\
&= 50 \times 6 \\
&= 300\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 05
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Gaya mendatar \(F\) yang bekerja pada sebuah benda berubah terhadap perpindahannya \(s\) sesuai dengan grafik berikut:
Besar usaha yang dilakukan oleh gaya \(F\) dari \(s = 0\) hingga \(s = 5\text{ meter}\) adalah ….
(A) \(50\text{ Joule}\)
(B) \(80\text{ Joule}\)
(C) \(100\text{ Joule}\)
(D) \(120\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi C (100 Joule)
Opsi C (100 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Usaha pada grafik \(F\text{-}s\) sama dengan luas bidang di bawah kurva grafik (persegi panjang):
\[
\begin{aligned}
W &= \text{Luas Persegi Panjang} \\
&= \text{panjang} \times \text{lebar} \\
&= 5 \times 20 \\
&= 100\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
W &= \text{Luas Persegi Panjang} \\
&= \text{panjang} \times \text{lebar} \\
&= 5 \times 20 \\
&= 100\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 06
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah mobil mainan bermassa \(2\text{ kg}\) bergerak lurus di atas lantai datar dengan kelajuan tetap \(5\text{ m/s}\). Besar energi kinetik yang dimiliki mobil mainan tersebut adalah ….
(A) \(10\text{ Joule}\)
(B) \(20\text{ Joule}\)
(C) \(25\text{ Joule}\)
(D) \(50\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi C (25 Joule)
Opsi C (25 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Rumus energi kinetik:
\[
\begin{aligned}
E_k &= \dfrac{1}{2} m v^2 \\
&= \dfrac{1}{2} \times 2 \times (5)^2 \\
&= 1 \times 25 \\
&= 25\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
E_k &= \dfrac{1}{2} m v^2 \\
&= \dfrac{1}{2} \times 2 \times (5)^2 \\
&= 1 \times 25 \\
&= 25\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 07
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah benda bermassa \(4\text{ kg}\) yang semula bergerak dengan kelajuan \(2\text{ m/s}\) dipercepat oleh sebuah gaya hingga kelajuannya menjadi \(6\text{ m/s}\). Besar usaha total yang bekerja pada benda tersebut adalah ….
(A) \(32\text{ Joule}\)
(B) \(64\text{ Joule}\)
(C) \(72\text{ Joule}\)
(D) \(128\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (64 Joule)
Opsi B (64 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Berdasarkan teorema usaha-energi kinetik:
\[
\begin{aligned}
W &= \Delta E_k \\
&= \dfrac{1}{2} m (v_2^2 \:- v_1^2) \\
&= \dfrac{1}{2} \times 4 \times (6^2 \:- 2^2) \\
&= 2 \times (36 \:- 4) \\
&= 2 \times 32 \\
&= 64\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
W &= \Delta E_k \\
&= \dfrac{1}{2} m (v_2^2 \:- v_1^2) \\
&= \dfrac{1}{2} \times 4 \times (6^2 \:- 2^2) \\
&= 2 \times (36 \:- 4) \\
&= 2 \times 32 \\
&= 64\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 08
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah buku bermassa \(0{,}8\text{ kg}\) diletakkan di atas lemari yang tingginya \(2{,}5\text{ meter}\) dari lantai. Jika percepatan gravitasi bumi \(g = 10\text{ m/s}^2\), besar energi potensial gravitasi buku terhadap lantai adalah ….
(A) \(16\text{ Joule}\)
(B) \(20\text{ Joule}\)
(C) \(25\text{ Joule}\)
(D) \(32\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (20 Joule)
Opsi B (20 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Energi potensial gravitasi dihitung dengan rumus:
\[
\begin{aligned}
E_p &= m \cdot g \cdot h \\
&= 0{,}8 \times 10 \times 2{,}5 \\
&= 8 \times 2{,}5 \\
&= 20\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
E_p &= m \cdot g \cdot h \\
&= 0{,}8 \times 10 \times 2{,}5 \\
&= 8 \times 2{,}5 \\
&= 20\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 09
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah bola bermassa \(0{,}5\text{ kg}\) jatuh dari ketinggian \(12\text{ meter}\) hingga posisinya berada pada ketinggian \(4\text{ meter}\) di atas tanah. Jika \(g = 10\text{ m/s}^2\), besar usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi selama perpindahan tersebut adalah ….
(A) \(20\text{ Joule}\)
(B) \(40\text{ Joule}\)
(C) \(60\text{ Joule}\)
(D) \(80\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (40 Joule)
Opsi B (40 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Usaha oleh gaya gravitasi sama dengan selisih penurunan energi potensial:
\[
\begin{aligned}
W_{\text{gravitasi}} &= m \cdot g \cdot (h_1 \:- h_2) \\
&= 0{,}5 \times 10 \times (12 \:- 4) \\
&= 5 \times 8 \\
&= 40\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
W_{\text{gravitasi}} &= m \cdot g \cdot (h_1 \:- h_2) \\
&= 0{,}5 \times 10 \times (12 \:- 4) \\
&= 5 \times 8 \\
&= 40\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 10
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah pegas yang terpasang horizontal memiliki konstanta pegas \(k = 200\text{ N/m}\). Pegas ditarik mendatar sehingga bertambah panjang sejauh \(10\text{ cm}\) (\(0{,}1\text{ m}\)) seperti pada gambar berikut:
Besar energi potensial elastis yang tersimpan di dalam pegas tersebut adalah ….
(A) \(0{,}5\text{ Joule}\)
(B) \(1{,}0\text{ Joule}\)
(C) \(2{,}0\text{ Joule}\)
(D) \(10\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (1,0 Joule)
Opsi B (1,0 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Energi potensial elastis pegas dihitung dengan rumus:
\[
\begin{aligned}
E_p &= \dfrac{1}{2} k \Delta x^2 \\
&= \dfrac{1}{2} \times 200 \times (0{,}1)^2 \\
&= 100 \times 0{,}01 \\
&= 1{,}0\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
E_p &= \dfrac{1}{2} k \Delta x^2 \\
&= \dfrac{1}{2} \times 200 \times (0{,}1)^2 \\
&= 100 \times 0{,}01 \\
&= 1{,}0\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 11
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah benda dijatuhkan bebas tanpa kecepatan awal dari ketinggian \(h = 5\text{ meter}\) di atas tanah. Jika percepatan gravitasi bumi \(g = 10\text{ m/s}^2\) dan gesekan udara diabaikan, kelajuan benda sesaat sebelum menyentuh tanah adalah ….
(A) \(5\text{ m/s}\)
(B) \(10\text{ m/s}\)
(C) \(15\text{ m/s}\)
(D) \(20\text{ m/s}\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (10 m/s)
Opsi B (10 m/s)
Langkah Penyelesaian:
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik, seluruh energi potensial mula-mula berubah menjadi energi kinetik di tanah:
\[
\begin{aligned}
E_p &= E_k \\
m \cdot g \cdot h &= \dfrac{1}{2} m v^2 \\
v &= \sqrt{2 \cdot g \cdot h} \\
&= \sqrt{2 \times 10 \times 5} \\
&= \sqrt{100} \\
&= 10\text{ m/s}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
E_p &= E_k \\
m \cdot g \cdot h &= \dfrac{1}{2} m v^2 \\
v &= \sqrt{2 \cdot g \cdot h} \\
&= \sqrt{2 \times 10 \times 5} \\
&= \sqrt{100} \\
&= 10\text{ m/s}
\end{aligned}
\]
Soal 12
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah balok bermassa \(2\text{ kg}\) dilepaskan dari keadaan diam di puncak bidang miring licin setinggi \(h = 5\text{ meter}\) seperti gambar berikut:
Jika \(g = 10\text{ m/s}^2\) dan tidak ada gaya gesekan antara balok dan bidang miring, besar energi kinetik balok saat tiba di dasar bidang miring adalah ….
(A) \(50\text{ Joule}\)
(B) \(80\text{ Joule}\)
(C) \(100\text{ Joule}\)
(D) \(120\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi C (100 Joule)
Opsi C (100 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Karena bidang miring licin, berlaku hukum kekekalan energi mekanik:
\[
\begin{aligned}
E_{m,\text{dasar}} &= E_{m,\text{puncak}} \\
E_{k,\text{dasar}} + 0 &= 0 + E_{p,\text{puncak}} \\
E_{k,\text{dasar}} &= m \cdot g \cdot h \\
&= 2 \times 10 \times 5 \\
&= 100\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
E_{m,\text{dasar}} &= E_{m,\text{puncak}} \\
E_{k,\text{dasar}} + 0 &= 0 + E_{p,\text{puncak}} \\
E_{k,\text{dasar}} &= m \cdot g \cdot h \\
&= 2 \times 10 \times 5 \\
&= 100\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 13
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah kelapa bermassa \(2\text{ kg}\) jatuh dari tangkainya pada ketinggian \(16\text{ meter}\) di atas tanah. Jika gesekan udara diabaikan dan \(g = 10\text{ m/s}^2\), besar energi kinetik kelapa saat berada pada ketinggian \(6\text{ meter}\) dari tanah adalah ….
(A) \(120\text{ Joule}\)
(B) \(160\text{ Joule}\)
(C) \(200\text{ Joule}\)
(D) \(240\text{ Joule}\)
Kunci Jawaban:
Opsi C (200 Joule)
Opsi C (200 Joule)
Langkah Penyelesaian:
Langkah 1: Menghitung energi mekanik total mula-mula
\[
\begin{aligned}
E_m &= m \cdot g \cdot h_1 \\
&= 2 \times 10 \times 16 \\
&= 320\text{ Joule}
\end{aligned}
\] Langkah 2: Menghitung energi potensial pada ketinggian 6 meter
\[
\begin{aligned}
E_p &= m \cdot g \cdot h_2 \\
&= 2 \times 10 \times 6 \\
&= 120\text{ Joule}
\end{aligned}
\] Langkah 3: Menghitung energi kinetik
\[
\begin{aligned}
E_k &= E_m \:- E_p \\
&= 320 \:- 120 \\
&= 200\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
E_m &= m \cdot g \cdot h_1 \\
&= 2 \times 10 \times 16 \\
&= 320\text{ Joule}
\end{aligned}
\] Langkah 2: Menghitung energi potensial pada ketinggian 6 meter
\[
\begin{aligned}
E_p &= m \cdot g \cdot h_2 \\
&= 2 \times 10 \times 6 \\
&= 120\text{ Joule}
\end{aligned}
\] Langkah 3: Menghitung energi kinetik
\[
\begin{aligned}
E_k &= E_m \:- E_p \\
&= 320 \:- 120 \\
&= 200\text{ Joule}
\end{aligned}
\]
Soal 14
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah mesin derek (crane) mengangkat beban peti kemas bermassa \(500\text{ kg}\) secara vertikal setinggi \(12\text{ meter}\) dalam selang waktu \(20\text{ sekon}\). Jika \(g = 10\text{ m/s}^2\), daya rata-rata yang dikeluarkan oleh mesin derek tersebut adalah ….
(A) \(1{,}5\text{ kW}\)
(B) \(2{,}5\text{ kW}\)
(C) \(3{,}0\text{ kW}\)
(D) \(4{,}0\text{ kW}\)
Kunci Jawaban:
Opsi C (3,0 kW)
Opsi C (3,0 kW)
Langkah Penyelesaian:
Langkah 1: Menghitung usaha untuk mengangkat beban
\[
\begin{aligned}
W &= m \cdot g \cdot h \\
&= 500 \times 10 \times 12 \\
&= 60.000\text{ Joule}
\end{aligned}
\] Langkah 2: Menghitung daya rata-rata mesin
\[
\begin{aligned}
P &= \dfrac{W}{t} \\
&= \dfrac{60.000\text{ J}}{20\text{ s}} \\
&= 3.000\text{ Watt} = 3{,}0\text{ kW}
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
W &= m \cdot g \cdot h \\
&= 500 \times 10 \times 12 \\
&= 60.000\text{ Joule}
\end{aligned}
\] Langkah 2: Menghitung daya rata-rata mesin
\[
\begin{aligned}
P &= \dfrac{W}{t} \\
&= \dfrac{60.000\text{ J}}{20\text{ s}} \\
&= 3.000\text{ Watt} = 3{,}0\text{ kW}
\end{aligned}
\]
Soal 15
Single Choice
Tingkat: Mudah
Single Choice
Tingkat: Mudah
Sebuah pompa air listrik mengonsumsi daya listrik sebesar \(500\text{ Watt}\). Pompa tersebut mampu menghasilkan daya keluaran mekanik untuk menaikkan air sebesar \(350\text{ Watt}\). Efisiensi kerja pompa air tersebut adalah ….
(A) \(60\%\)
(B) \(70\%\)
(C) \(75\%\)
(D) \(80\%\)
Kunci Jawaban:
Opsi B (70%)
Opsi B (70%)
Langkah Penyelesaian:
Efisiensi sistem (\(\eta\)) dihitung dengan membandingkan daya keluaran bermanfaat (\(P_{\text{out}}\)) terhadap daya masukan total (\(P_{\text{in}}\)):
\[
\begin{aligned}
\eta &= \dfrac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \times 100\% \\
&= \dfrac{350\text{ W}}{500\text{ W}} \times 100\% \\
&= 0{,}7 \times 100\% \\
&= 70\%
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
\eta &= \dfrac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \times 100\% \\
&= \dfrac{350\text{ W}}{500\text{ W}} \times 100\% \\
&= 0{,}7 \times 100\% \\
&= 70\%
\end{aligned}
\]
Konsultasi Belajar
Ruang diskusi terbuka untuk mendampingi pemahaman belajar Anda.
Robot Asisten Belajar
Online • BenangLurus AI
Halo! Ada soal, tugas, atau konsep materi pelajaran yang ingin kamu tanyakan hari ini? Kamu juga bisa menyisipkan foto/dokumen soal, lho!