Artikel ini hadir dengan 32 soal pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan mencocokkan yang dirancang khusus untuk menguji pemahaman Anda. Setiap soal dilengkapi dengan kunci jawaban dan penjelasan mendalam (khusus pilihan ganda) agar Anda tidak hanya tahu jawabannya, tetapi juga mengerti logikanya. Jadi, siapkan diri Anda, mari kita selami dunia energi dan buktikan bahwa fisika itu menyenangkan dan penuh kejutan! Siap untuk mengasah kemampuan Anda?
Kumpulan Contoh Soal Bongkar Tuntas! 32 Soal Fisika Hukum Kekekalan Energi + Pembahasan Lengkap!
Pilihan Ganda
1. 1. Bunyi hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat…
A. Dihilangkan dari sistem
B. Ditambahkan ke sistem
C. Diubah dari satu bentuk ke bentuk lain
D. Dinetralkan oleh gaya gesek
2. 2. Satuan internasional (SI) untuk energi adalah…
A. Watt
B. Newton
C. Joule
D. Kalori
3. 3. Sebuah bola bermassa 0,5 kg dilepaskan dari ketinggian 10 m. Jika percepatan gravitasi (g) = 10 m/s², berapakah energi potensial gravitasi bola pada ketinggian tersebut?
A. 5 J
B. 10 J
C. 25 J
D. 50 J
4. 4. Jika energi kinetik sebuah benda adalah 100 J dan massanya 2 kg, berapakah kelajuan benda tersebut?
A. 5 m/s
B. 10 m/s
C. 20 m/s
D. 50 m/s
5. 5. Dalam sistem tertutup dan tanpa gesekan, jumlah energi mekanik (EM) adalah…
A. Berkurang
B. Bertambah
C. Tetap
D. Berubah-ubah
6. 6. Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 200 N/m. Jika pegas diregangkan sejauh 0,1 m, berapakah energi potensial pegas yang tersimpan?
A. 1 J
B. 2 J
C. 5 J
D. 10 J
7. 7. Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian tertentu. Pernyataan yang benar mengenai energi benda tersebut adalah…
A. Energi potensialnya bertambah, energi kinetiknya berkurang.
B. Energi potensialnya berkurang, energi kinetiknya bertambah.
C. Energi potensial dan energi kinetiknya sama-sama bertambah.
D. Energi potensial dan energi kinetiknya sama-sama berkurang.
8. 8. Sebuah bandul diayunkan. Pada titik tertinggi ayunan, energi yang dimiliki bandul adalah…
A. Energi kinetik maksimum
B. Energi potensial maksimum
C. Energi mekanik nol
D. Energi kinetik dan potensial sama besar
9. 9. Sebuah mobil bermassa 1.000 kg bergerak dengan kelajuan 20 m/s. Berapakah energi kinetik mobil tersebut?
A. 100.000 J
B. 200.000 J
C. 400.000 J
D. 800.000 J
10. 10. Energi mekanik adalah jumlah dari…
A. Energi kalor dan energi cahaya
B. Energi potensial dan energi kinetik
C. Energi listrik dan energi kimia
D. Energi nuklir dan energi bunyi
11. 11. Di mana energi kinetik sebuah benda yang dilempar vertikal ke atas mencapai nilai minimum (nol)?
A. Saat benda mulai dilempar
B. Saat benda mencapai titik tertinggi
C. Saat benda kembali ke titik awal
D. Saat benda berada di tengah perjalanan
12. 12. Sebuah benda bermassa 4 kg berada pada ketinggian 5 m. Kemudian benda tersebut jatuh ke tanah. Jika g = 10 m/s², berapakah energi kinetik benda sesaat sebelum menyentuh tanah?
A. 20 J
B. 40 J
C. 200 J
D. 400 J
13. 13. Apa yang terjadi pada energi mekanik sebuah sistem jika ada gaya gesek yang bekerja?
A. Bertambah
B. Tetap
C. Berkurang
D. Berubah menjadi energi potensial
14. 14. Sebuah roller coaster bergerak dari titik A (ketinggian 30 m) menuju titik B (ketinggian 10 m). Jika massa roller coaster 500 kg dan g = 10 m/s², berapa perubahan energi potensial gravitasi dari A ke B?
A. 100.000 J
B. 200.000 J
C. 300.000 J
D. 400.000 J
15. 15. Sumber energi utama bagi kehidupan di Bumi adalah…
A. Energi geotermal
B. Energi nuklir
C. Energi matahari
D. Energi angin
16. 16. Jika sebuah benda memiliki massa ‘m’ dan kelajuan ‘v’, maka energi kinetiknya adalah…
A. mv
B. mgh
C. 1/2 mv²
D. 1/2 kx²
17. 17. Sebuah bola dilemparkan mendatar dari atas gedung. Jika gesekan udara diabaikan, energi mekanik bola saat di udara akan…
A. Berkurang secara bertahap
B. Bertambah secara bertahap
C. Tetap konstan
D. Berubah menjadi energi panas
18. 18. Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kelajuan 4 m/s. Tiba-tiba benda tersebut menabrak dinding dan berhenti. Berapa energi yang hilang (berubah bentuk) akibat tumbukan?
A. 8 J
B. 16 J
C. 32 J
D. 64 J
19. 19. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) memanfaatkan perubahan energi dari…
A. Energi listrik menjadi energi gerak
B. Energi potensial air menjadi energi listrik
C. Energi panas menjadi energi listrik
D. Energi kimia menjadi energi listrik
20. 20. Sebuah balok meluncur menuruni bidang miring tanpa gesekan. Jika balok mulai dari keadaan diam, maka di dasar bidang miring, energi…
A. Potensialnya maksimum
B. Kinetiknya minimum
C. Kinetiknya maksimum
D. Mekaniknya nol
Isian Singkat
1. 1. Energi yang dimiliki benda karena kedudukannya disebut energi _________.
2. 2. Rumus energi kinetik adalah EK = _________.
3. 3. Jika sebuah benda bermassa 1 kg bergerak dengan kelajuan 2 m/s, energi kinetiknya adalah _________ Joule.
4. 4. Hukum kekekalan energi mekanik berlaku jika tidak ada gaya _________ yang bekerja pada sistem.
5. 5. Perubahan energi dari energi potensial menjadi energi kinetik dapat diamati pada peristiwa _________.
Uraian
1. 1. Jelaskan perbedaan antara energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas, serta berikan contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari!
2. 2. Sebuah benda bermassa 2 kg dilempar vertikal ke atas dengan kelajuan awal 15 m/s. Hitunglah ketinggian maksimum yang dapat dicapai benda tersebut! (Gunakan g = 10 m/s²)
3. 3. Bagaimana hukum kekekalan energi diterapkan pada sistem ayunan bandul sederhana? Jelaskan perubahan bentuk energi yang terjadi selama satu siklus ayunan!
4. 4. Sebuah benda bermassa 0,2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m. Hitunglah energi kinetik benda saat berada pada ketinggian 5 m dari tanah! (Gunakan g = 10 m/s²)
5. 5. Jelaskan mengapa pembangkit listrik tenaga nuklir tidak melanggar hukum kekekalan energi, meskipun energi dihasilkan dari perubahan massa inti atom!
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah di kolom kiri dengan definisi yang tepat di kolom kanan!
Kolom Kiri:
1. Energi Potensial
2. Energi Kinetik
3. Energi Mekanik
Kolom Kanan:
A. Energi karena gerak benda
B. Jumlah energi potensial dan energi kinetik
C. Energi karena posisi atau keadaan benda
2. Cocokkan rumus di kolom kiri dengan besaran yang dihitung di kolom kanan!
Kolom Kiri:
1. mgh
2. 1/2 mv²
3. 1/2 kx²
Kolom Kanan:
A. Energi Potensial Pegas
B. Energi Kinetik
C. Energi Potensial Gravitasi
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. C
Pembahasan: Hukum kekekalan energi menegaskan bahwa energi hanya dapat berubah bentuk, misalnya dari energi potensial menjadi energi kinetik, atau sebaliknya, tanpa ada penambahan atau pengurangan total energi dalam sistem tertutup.
2. C
Pembahasan: Joule (J) adalah satuan SI untuk energi, termasuk energi kinetik, potensial, dan energi mekanik. Watt adalah satuan daya, Newton adalah satuan gaya, dan Kalori adalah satuan energi non-SI.
3. D
Pembahasan: Energi potensial gravitasi (EP) dihitung dengan rumus EP = mgh.
EP = 0,5 kg × 10 m/s² × 10 m = 50 J.
4. B
Pembahasan: Energi kinetik (EK) dihitung dengan rumus EK = 1/2 mv².
100 J = 1/2 × 2 kg × v²
100 = v²
v = √100 = 10 m/s.
5. C
Pembahasan: Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa dalam sistem tertutup yang tidak dipengaruhi gaya non-konservatif (seperti gesekan), energi mekanik total (jumlah energi potensial dan energi kinetik) adalah konstan atau tetap.
6. A
Pembahasan: Energi potensial pegas (EP_pegas) dihitung dengan rumus EP_pegas = 1/2 kx².
EP_pegas = 1/2 × 200 N/m × (0,1 m)²
EP_pegas = 100 × 0,01 = 1 J.
7. B
Pembahasan: Ketika benda jatuh bebas, ketinggiannya berkurang, sehingga energi potensialnya berkurang. Pada saat yang sama, kelajuannya bertambah, sehingga energi kinetiknya bertambah. Energi mekanik totalnya tetap (jika gesekan udara diabaikan).
8. B
Pembahasan: Pada titik tertinggi ayunan, bandul berhenti sesaat sebelum berbalik arah, sehingga kelajuannya nol (energi kinetik nol). Pada titik ini, ketinggiannya adalah maksimum, sehingga energi potensialnya maksimum.
9. B
Pembahasan: Energi kinetik (EK) = 1/2 mv².
EK = 1/2 × 1.000 kg × (20 m/s)²
EK = 500 × 400 = 200.000 J.
10. B
Pembahasan: Energi mekanik (EM) didefinisikan sebagai jumlah dari energi potensial (EP) dan energi kinetik (EK). EM = EP + EK.
11. B
Pembahasan: Ketika benda dilempar vertikal ke atas, kelajuannya akan berkurang hingga mencapai nol sesaat di titik tertinggi sebelum jatuh kembali. Pada titik ini, energi kinetiknya minimum (nol).
12. C
Pembahasan: Menggunakan hukum kekekalan energi mekanik (EM₁ = EM₂).
Di awal (ketinggian 5 m): EK₁ = 0 (diam), EP₁ = mgh = 4 × 10 × 5 = 200 J. Jadi, EM₁ = 200 J.
Sesaat sebelum menyentuh tanah (ketinggian 0 m): EP₂ = 0. Maka, EM₂ = EK₂.
Karena EM₁ = EM₂, maka EK₂ = 200 J.
13. C
Pembahasan: Gaya gesek adalah gaya non-konservatif yang melakukan usaha negatif, mengubah energi mekanik menjadi bentuk energi lain seperti energi panas atau bunyi. Oleh karena itu, energi mekanik sistem akan berkurang.
14. A
Pembahasan: Perubahan energi potensial (ΔEP) = EP_akhir – EP_awal = mgh_B – mgh_A = mg(h_B – h_A).
ΔEP = 500 kg × 10 m/s² × (10 m – 30 m) = 5.000 × (-20) = -100.000 J.
Besarnya perubahan energi potensial adalah 100.000 J (energi potensial berkurang).
15. C
Pembahasan: Energi matahari adalah sumber energi utama yang menggerakkan hampir semua proses kehidupan di Bumi, melalui fotosintesis pada tumbuhan dan siklus air yang menghasilkan energi angin dan hidroelektrik.
16. C
Pembahasan: Rumus energi kinetik adalah EK = 1/2 mv². Pilihan B adalah rumus energi potensial gravitasi, dan Pilihan D adalah rumus energi potensial pegas.
17. C
Pembahasan: Jika gesekan udara (gaya non-konservatif) diabaikan, maka hukum kekekalan energi mekanik berlaku. Energi mekanik total (EP + EK) bola akan tetap konstan sepanjang lintasannya.
18. B
Pembahasan: Energi yang ‘hilang’ (berubah bentuk menjadi panas, bunyi, deformasi) adalah energi kinetik awal benda.
EK = 1/2 mv² = 1/2 × 2 kg × (4 m/s)² = 1 × 16 = 16 J.
19. B
Pembahasan: PLTA mengubah energi potensial gravitasi air yang berada di ketinggian menjadi energi kinetik saat air jatuh, kemudian menjadi energi gerak turbin, dan akhirnya menjadi energi listrik melalui generator.
20. C
Pembahasan: Di dasar bidang miring, ketinggian balok adalah minimum (nol), sehingga energi potensialnya minimum (nol). Karena energi mekanik kekal dan balok mulai dari diam (EK awal nol), seluruh energi potensial awal telah berubah menjadi energi kinetik, menjadikannya maksimum di dasar.
Isian Singkat
1. potensial
2. 1/2 mv²
3. 2
4. non-konservatif (seperti gesekan)
5. benda jatuh bebas (atau ayunan bandul)
Uraian
1. Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya (ketinggiannya) dalam medan gravitasi bumi. Rumusnya EP = mgh. Contoh: Air di bendungan, buah yang tergantung di pohon.
Energi potensial pegas adalah energi yang tersimpan dalam pegas atau benda elastis lainnya akibat perubahan bentuk (regangan atau mampatan). Rumusnya EP_pegas = 1/2 kx². Contoh: Pegas pada pulpen, per shockbreaker kendaraan, busur panah yang ditarik.
2. Menggunakan hukum kekekalan energi mekanik (EM_awal = EM_akhir).
Di awal (titik pelemparan): EK_awal = 1/2 mv² = 1/2 × 2 kg × (15 m/s)² = 225 J. EP_awal = 0 (ketinggian dianggap nol).
Di ketinggian maksimum (h_maks): EK_akhir = 0 (benda berhenti sesaat). EP_akhir = mgh_maks.
Maka, 225 J + 0 = 0 + mgh_maks
225 = 2 kg × 10 m/s² × h_maks
225 = 20 × h_maks
h_maks = 225 ÷ 20 = 11,25 m.
Jadi, ketinggian maksimum yang dicapai benda adalah 11,25 m.
3. Pada ayunan bandul sederhana, hukum kekekalan energi mekanik berlaku (jika gesekan udara diabaikan).
1. **Titik tertinggi (ujung ayunan):** Bandul berhenti sesaat, sehingga energi kinetik (EK) = 0. Seluruh energi mekanik berupa energi potensial (EP) maksimum karena ketinggiannya maksimum.
2. **Menuju titik terendah:** Ketinggian bandul berkurang, sehingga EP berkurang. Kelajuan bandul bertambah, sehingga EK bertambah. EP berubah menjadi EK.
3. **Titik terendah (titik setimbang):** Ketinggian bandul minimum (dianggap nol), sehingga EP = 0. Kelajuan bandul maksimum, sehingga EK maksimum. Seluruh energi mekanik berupa EK.
4. **Menuju titik tertinggi berikutnya:** Kelajuan bandul berkurang, sehingga EK berkurang. Ketinggian bandul bertambah, sehingga EP bertambah. EK berubah kembali menjadi EP.
Dalam satu siklus, energi terus berubah antara EP dan EK, namun jumlah total energi mekanik (EP + EK) tetap konstan.
4. Menggunakan hukum kekekalan energi mekanik (EM_awal = EM_akhir).
Kondisi Awal (h₁ = 20 m, jatuh bebas berarti v₁ = 0):
EP₁ = mgh₁ = 0,2 kg × 10 m/s² × 20 m = 40 J.
EK₁ = 1/2 mv₁² = 1/2 × 0,2 kg × (0)² = 0 J.
EM₁ = EP₁ + EK₁ = 40 J + 0 J = 40 J.
Kondisi Akhir (h₂ = 5 m):
EP₂ = mgh₂ = 0,2 kg × 10 m/s² × 5 m = 10 J.
EM₂ = EP₂ + EK₂ = 10 J + EK₂.
Karena EM₁ = EM₂:
40 J = 10 J + EK₂
EK₂ = 40 J – 10 J = 30 J.
Jadi, energi kinetik benda saat berada pada ketinggian 5 m adalah 30 J.
5. Pembangkit listrik tenaga nuklir tidak melanggar hukum kekekalan energi karena energi dihasilkan dari konversi massa menjadi energi sesuai persamaan Einstein E = mc². Dalam reaksi nuklir (fisi atau fusi), sebagian kecil massa inti atom (Δm) berubah menjadi energi (ΔE). Jadi, yang terjadi adalah perubahan bentuk energi dan massa, bukan penciptaan atau pemusnahan energi. Hukum kekekalan energi dalam konteks ini diperluas menjadi hukum kekekalan massa-energi, yang menyatakan bahwa total massa dan energi dalam sistem tertutup adalah konstan.
Mencocokkan
1. 1-C, 2-A, 3-B
2. 1-C, 2-B, 3-A