Kumpulan Contoh Soal TERUNGKAP! Kumpulan Contoh Soal Fisika Energi Paling Lengkap (Dijamin Paham!)
Pilihan Ganda
1. Sebuah balok didorong dengan gaya 10 N sejauh 5 meter. Berapakah usaha yang dilakukan gaya tersebut?
A. 2 J
B. 5 J
C. 50 J
D. 100 J
2. Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Berapakah energi kinetik benda tersebut?
A. 8 J
B. 16 J
C. 32 J
D. 64 J
3. Sebuah bola bermassa 0,5 kg berada pada ketinggian 10 meter dari tanah. Jika g = 10 m/s², berapakah energi potensial gravitasi bola tersebut?
A. 5 J
B. 25 J
C. 50 J
D. 100 J
4. Sebuah mobil bermassa 1000 kg bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Jika mobil dipercepat hingga kecepatannya menjadi 30 m/s, berapakah usaha total yang dilakukan pada mobil?
A. 250.000 J
B. 400.000 J
C. 450.000 J
D. 800.000 J
5. Sebuah mesin melakukan usaha sebesar 1200 J dalam waktu 2 menit. Berapakah daya mesin tersebut?
A. 10 W
B. 20 W
C. 600 W
D. 2400 W
6. Sebuah benda dilepaskan dari ketinggian 20 meter tanpa kecepatan awal. Jika gesekan udara diabaikan dan g = 10 m/s², berapakah kecepatan benda saat mencapai tanah?
A. 10 m/s
B. 20 m/s
C. 30 m/s
D. 40 m/s
7. Sebuah balok ditarik dengan gaya 50 N membentuk sudut 37° terhadap horizontal. Jika balok berpindah sejauh 4 meter, berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut? (cos 37° ≈ 0,8)
A. 160 J
B. 200 J
C. 250 J
D. 320 J
8. Sebuah pegas dengan konstanta pegas 200 N/m ditekan sejauh 10 cm. Berapakah energi potensial pegas yang tersimpan?
A. 0,5 J
B. 1 J
C. 2 J
D. 5 J
9. Air terjun setinggi 50 meter mengalirkan air 10 kg/s. Jika 50% energi potensial air dapat diubah menjadi energi listrik, berapakah daya listrik yang dihasilkan? (g = 10 m/s²)
A. 1000 W
B. 2500 W
C. 5000 W
D. 10.000 W
10. Sebuah balok bermassa 5 kg ditarik di atas permukaan kasar dengan gaya 20 N. Jika koefisien gesek kinetik 0,2 dan balok berpindah 10 meter, berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya gesek? (g = 10 m/s²)
A. -100 J
B. -50 J
C. 50 J
D. 100 J
11. Sebuah motor memiliki daya 1500 W. Berapakah gaya dorong yang dihasilkan motor tersebut jika bergerak dengan kecepatan konstan 30 m/s?
A. 50 N
B. 100 N
C. 150 N
D. 200 N
12. Seorang anak bermassa 40 kg menaiki tangga setinggi 5 meter. Berapakah perubahan energi potensial gravitasi anak tersebut? (g = 10 m/s²)
A. 200 J
B. 400 J
C. 2000 J
D. 4000 J
13. Suatu benda bergerak dari keadaan diam dan mengalami perubahan energi kinetik sebesar 400 J. Jika massa benda 8 kg, berapakah kecepatan akhir benda?
A. 5 m/s
B. 10 m/s
C. 15 m/s
D. 20 m/s
14. Sebuah bola dilemparkan vertikal ke atas dengan energi kinetik awal 100 J. Jika massa bola 1 kg, berapakah ketinggian maksimum yang dicapai bola? (g = 10 m/s²)
A. 5 m
B. 10 m
C. 20 m
D. 100 m
15. Manakah pernyataan yang benar mengenai energi?
A. Energi dapat diciptakan dan dimusnahkan.
B. Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain.
C. Satuan energi dalam SI adalah Watt.
D. Energi potensial selalu bernilai positif.
16. Sebuah benda bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 10 meter. Berapakah energi kinetik benda saat ketinggiannya 5 meter dari tanah? (g = 10 m/s²)
A. 50 J
B. 100 J
C. 150 J
D. 200 J
17. Sebuah gaya 25 N bekerja pada benda dan menyebabkan benda berpindah sejauh 2 meter. Jika usaha yang dilakukan adalah 30 J, berapakah sudut antara gaya dan perpindahan?
A. 0°
B. 30°
C. 37°
D. 53°
18. Sebuah benda bermassa m bergerak dengan kecepatan v memiliki energi kinetik EK. Jika kecepatan benda menjadi 2v, berapakah energi kinetik barunya?
A. EK
B. 2 EK
C. 4 EK
D. 1/2 EK
19. Manakah dari berikut ini yang merupakan contoh perubahan energi potensial menjadi energi kinetik?
A. Lampu menyala.
B. Air mendidih.
C. Buah jatuh dari pohon.
D. Baterai mengisi daya ponsel.
20. Jika suatu benda memiliki massa 4 kg dan energi kinetik 72 J, berapakah kecepatan benda tersebut?
A. 3 m/s
B. 6 m/s
C. 9 m/s
D. 12 m/s
Isian Singkat
1. Satuan internasional (SI) untuk energi adalah …
2. Rumus untuk menghitung daya adalah …
3. Usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya yang bekerja pada benda dan … benda searah dengan gaya.
4. Bentuk energi yang dimiliki benda karena posisi atau kedudukannya disebut energi …
5. Jika kecepatan suatu benda menjadi dua kali lipat, energi kinetiknya akan menjadi … kali lipat.
Uraian
1. Sebuah balok bermassa 2 kg dilepaskan dari puncak bidang miring licin setinggi 4 meter. Hitunglah kecepatan balok saat mencapai dasar bidang miring! (g = 10 m/s²)
2. Sebuah mobil bermassa 1200 kg bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. Kemudian mobil direm hingga berhenti. Jika gaya pengereman rata-rata yang bekerja pada mobil adalah 6000 N, berapakah jarak yang ditempuh mobil selama pengereman?
3. Sebuah pompa air dapat mengangkat 50 liter air per menit ke ketinggian 15 meter. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan g = 10 m/s², berapakah daya yang dihasilkan pompa tersebut?
4. Sebuah pegas dengan konstanta pegas 200 N/m ditekan sejauh 20 cm. Sebuah benda bermassa 0,5 kg diletakkan di ujung pegas yang tertekan. Jika pegas dilepaskan, berapakah kecepatan benda saat meninggalkan pegas? (Asumsikan tidak ada gesekan)
5. Sebuah balok bermassa 4 kg ditarik dengan gaya 20 N pada permukaan horizontal sejauh 5 meter. Jika koefisien gesek kinetik antara balok dan permukaan adalah 0,1, hitunglah usaha total yang dilakukan pada balok! (g = 10 m/s²)
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah fisika berikut dengan definisinya yang tepat!
- Usaha
- Daya
- Laju perubahan energi atau usaha.
- Perpindahan energi yang terjadi ketika suatu gaya menyebabkan perpindahan benda.
2. Cocokkan jenis energi berikut dengan contoh situasinya!
- Energi Kinetik
- Energi Potensial Gravitasi
- Air yang tersimpan di bendungan.
- Mobil yang sedang melaju kencang.
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. C
Pembahasan: Usaha (W) = Gaya (F) × Jarak (s). W = 10 N × 5 m = 50 J.
2. B
Pembahasan: Energi kinetik (EK) = 1/2 mv². EK = 1/2 × 2 kg × (4 m/s)² = 1/2 × 2 × 16 = 16 J.
3. C
Pembahasan: Energi potensial gravitasi (EP) = mgh. EP = 0,5 kg × 10 m/s² × 10 m = 50 J.
4. A
Pembahasan: Usaha total = Perubahan Energi Kinetik. W = ΔEK = EK₂ – EK₁. EK₁ = 1/2 × 1000 kg × (20 m/s)² = 200.000 J. EK₂ = 1/2 × 1000 kg × (30 m/s)² = 450.000 J. W = 450.000 J – 200.000 J = 250.000 J.
5. A
Pembahasan: Waktu (t) = 2 menit = 120 detik. Daya (P) = Usaha (W) ÷ Waktu (t). P = 1200 J ÷ 120 s = 10 W.
6. B
Pembahasan: Hukum Kekekalan Energi Mekanik: EM₁ = EM₂. mgh₁ + 1/2 mv₁² = mgh₂ + 1/2 mv₂². Karena v₁ = 0 dan h₂ = 0 (di tanah), maka mgh₁ = 1/2 mv₂². gh₁ = 1/2 v₂². 10 × 20 = 1/2 v₂². 200 = 1/2 v₂². v₂² = 400. v₂ = √400 = 20 m/s.
7. A
Pembahasan: Usaha (W) = F cos θ × s. W = 50 N × cos 37° × 4 m = 50 × 0,8 × 4 = 160 J.
8. B
Pembahasan: Perubahan panjang (x) = 10 cm = 0,1 m. Energi potensial pegas (EP_pegas) = 1/2 kx². EP_pegas = 1/2 × 200 N/m × (0,1 m)² = 1/2 × 200 × 0,01 = 1 J.
9. B
Pembahasan: Daya potensial air = (m/t)gh = 10 kg/s × 10 m/s² × 50 m = 5000 W. Daya listrik = 50% × 5000 W = 2500 W.
10. A
Pembahasan: Gaya gesek (f_k) = μ_k N = μ_k mg = 0,2 × 5 kg × 10 m/s² = 10 N. Usaha oleh gaya gesek = -f_k × s = -10 N × 10 m = -100 J (negatif karena berlawanan arah perpindahan).
11. A
Pembahasan: Daya (P) = Gaya (F) × Kecepatan (v). F = P ÷ v = 1500 W ÷ 30 m/s = 50 N.
12. C
Pembahasan: Perubahan energi potensial (ΔEP) = mgh = 40 kg × 10 m/s² × 5 m = 2000 J.
13. B
Pembahasan: ΔEK = 1/2 mv₂² – 1/2 mv₁². Karena dari diam, v₁ = 0. Jadi, ΔEK = 1/2 mv₂². 400 J = 1/2 × 8 kg × v₂². 400 = 4 v₂². v₂² = 100. v₂ = 10 m/s.
14. B
Pembahasan: Pada ketinggian maksimum, EK = 0, seluruh energi kinetik awal berubah menjadi energi potensial. EK₁ = EP₂. 100 J = mgh₂. 100 = 1 kg × 10 m/s² × h₂. 100 = 10 h₂. h₂ = 10 m.
15. B
Pembahasan: Hukum Kekekalan Energi menyatakan energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya diubah bentuknya. Satuan energi adalah Joule. Energi potensial bisa negatif jika titik acuan dipilih di atas benda.
16. B
Pembahasan: Energi Mekanik awal (EM₁) = mgh₁ = 2 kg × 10 m/s² × 10 m = 200 J. Energi Mekanik akhir (EM₂) = mgh₂ + EK₂ = (2 kg × 10 m/s² × 5 m) + EK₂ = 100 J + EK₂. Karena EM₁ = EM₂, maka 200 J = 100 J + EK₂. EK₂ = 100 J.
17. D
Pembahasan: W = F s cos θ. 30 J = 25 N × 2 m × cos θ. 30 = 50 cos θ. cos θ = 30/50 = 0,6. Maka, sudut θ = 53°.
18. C
Pembahasan: EK = 1/2 mv². Jika kecepatan menjadi 2v, maka EK_baru = 1/2 m(2v)² = 1/2 m(4v²) = 4 (1/2 mv²) = 4 EK.
19. C
Pembahasan: Buah yang jatuh dari pohon mengubah energi potensial gravitasinya menjadi energi kinetik saat bergerak ke bawah.
20. B
Pembahasan: EK = 1/2 mv². 72 J = 1/2 × 4 kg × v². 72 = 2v². v² = 36. v = √36 = 6 m/s.
Isian Singkat
1. Joule
2. P = W/t (atau P = Fv)
3. Perpindahan
4. Potensial
5. Empat
Uraian
1. Kecepatan balok saat mencapai dasar adalah 8,94 m/s.
Pembahasan: Gunakan Hukum Kekekalan Energi Mekanik: EM₁ = EM₂. mgh₁ + 1/2 mv₁² = mgh₂ + 1/2 mv₂². Karena dilepaskan dari puncak, v₁ = 0. Di dasar, h₂ = 0. Maka, mgh₁ = 1/2 mv₂². gh₁ = 1/2 v₂². 10 × 4 = 1/2 v₂². 40 = 1/2 v₂². v₂² = 80. v₂ = √80 ≈ 8,94 m/s.
2. Jarak pengereman adalah 40 meter.
Pembahasan: Ubah kecepatan: 72 km/jam = 72 × 1000/3600 m/s = 20 m/s. Gunakan teorema Usaha-Energi Kinetik: W_total = ΔEK. Gaya pengereman berlawanan arah perpindahan, jadi usaha negatif. -F_rem × s = EK₂ – EK₁. -6000 N × s = 0 – 1/2 × 1200 kg × (20 m/s)². -6000s = -600 × 400. -6000s = -240.000. s = 240.000 ÷ 6000 = 40 m.
3. Daya pompa adalah 125 Watt.
Pembahasan: Massa air (m) = 50 liter = 50 kg (karena 1 liter air = 1 kg). Waktu (t) = 1 menit = 60 detik. Usaha (W) untuk mengangkat air = mgh = 50 kg × 10 m/s² × 15 m = 7500 J. Daya (P) = W/t = 7500 J ÷ 60 s = 125 W.
4. Kecepatan benda adalah 4 m/s.
Pembahasan: Ubah panjang tekan (x) = 20 cm = 0,2 m. Gunakan Hukum Kekekalan Energi Mekanik (Energi Potensial Pegas menjadi Energi Kinetik): EP_pegas = EK. 1/2 kx² = 1/2 mv². kx² = mv². 200 N/m × (0,2 m)² = 0,5 kg × v². 200 × 0,04 = 0,5 v². 8 = 0,5 v². v² = 8 ÷ 0,5 = 16. v = √16 = 4 m/s.
5. Usaha total adalah 80 Joule.
Pembahasan: Gaya normal (N) = mg = 4 kg × 10 m/s² = 40 N. Gaya gesek (f_k) = μ_k N = 0,1 × 40 N = 4 N. Usaha oleh gaya tarik (W_F) = F × s = 20 N × 5 m = 100 J. Usaha oleh gaya gesek (W_f) = -f_k × s = -4 N × 5 m = -20 J. Usaha total (W_total) = W_F + W_f = 100 J – 20 J = 80 J.
Mencocokkan
1. Usaha – Perpindahan energi yang terjadi ketika suatu gaya menyebabkan perpindahan benda.; Daya – Laju perubahan energi atau usaha.
2. Energi Kinetik – Mobil yang sedang melaju kencang.; Energi Potensial Gravitasi – Air yang tersimpan di bendungan.