BAHAN AJAR USAHA DAN ENERGI

1. BAHAN AJAR
USAHA DAN
ENERGI
KELAS XI SMA
Semester 1

2. 1
BINTAMA SIHOTANG (4192421023) ELVA SELLYA (4193321007)
EVA ROLITA (4193321020)

3. 2
BAHAN AJAR
USAHA DAN ENERGI
IDENTITAS
Sekolah : SMA
Mata Pelajaran : Fisika
Kelas / Semester : XI IPA / I
Topik : Usaha dan Energi
Alokasi Waktu : 16 JP
PETUNJUK BELAJAR
Untuk Siswa
a) Bacalah doa sebelum memulai pelajaran!
b) Pahami tujuan pembelajaran yang akan dicapai dalam materi ini!
c) Bacalah materi dengan seksama dan tambah dengan sumber lain yang relevan!
d) Kerjakan soal-soal yang terdapat dalam bahan ajar ini!
Untuk Guru
a) Bimbinglah siswa dalam mempelajari bahan ajar ini
b) Bimbinglah siswa dalam dan mengerjakan soal-soal pada bahan ajar ini
KOMPETENSI YANG AKAN DICAPAI
I. Kompetensi Inti
Kompetensi Inti
KI 1 : Memahami dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya
KI 2 : Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab,
peduli(gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan
pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai
permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan
alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan
dunia.
1

4. 3
KI 3 : Memahami, menerapkan dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual,
prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu
pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dan wawasan
kemanusiaan, kebangsaan dan kenegaraan, dan peradababan terkait penyebab
fenomena dan kejadian serta menerapkan pengetahuan prosedural dalam
bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk
memecahkan masalah
KI 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak
terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara
mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan
metoda sesuai kaidah keilmuan
Kompetensi Dasar dan Indikator
1.1 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagat raya
melalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya
1.1.1 Menyadari pentingnya agama dalam kehidupan
1.1.2 Menerapkan ajaran agama dalam kehidupan sehari-hari
1.1.3 Meningkatkan pengetahuan tentang agama yang telah dimiliki
2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti;
cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan
peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi
sikap dalam melakukan percobaan, melaporkan, dan berdiskusi
2.1.1 Menyadari pentingnya bersikap jujur disiplin, tanggung jawab, peduli
(gotong royong, kerjasama, toleransi, perdamaian), sopan, responsif dan
pro-aktif dalam kehidupan sehari-hari
2.1.2 Melatih disiplin jujur perilaku, tanggung jawab, peduli (gotong royong,
kerjasama, toleransi, perdamaian), sopan, responsif dan pro-aktif dalam
kehidupan sehari-hari
2.1.3 Meningkatkan disiplin perilaku jujur, tanggung jawab, peduli (gotong
royong, kerjasama, toleransi, perdamaian), sopan, responsif dan pro-aktif
dalam kehidupan sehari-hari
2

5. 4
3.3 Menganalisis konsep energi, pekerjaan, hubungan kerja dan perubahan energi,
dan hukum kekekalan energi untuk memecahkan masalah gerak dalam kejadian
sehari-hari.
3.3.1 Menjelaskan pengertian energi
3.3.2 Menjelaskan pengertian dari energi kinetik
3.3.3 Menjelaskan pengertian dari energi potensial
3.3.4 Menjelaskan pengertian usaha
3.3.5 Menyebutkan hukum kekekalan energi
3.3.6 Menunjukkan hubungan antara usaha dan energi perubahan
3.3.7 Menganalisis konsep energi
3.3.8 Menganalisis konsep usaha dalam kehidupan sehari-hari
3.3.9 Menganalisis hukum kekekalan energi dalam kehidupan sehari-hari
4.3 Memecahkan masalah dengan menggunakan metode ilmiah yang terkait dengan
konsep gaya, dan konservasi energi
4.3.1 Tentukan jumlah energi kinetik dan energi potensial
4.3.2 Menentukan jumlah usaha
4.3.3 Menghitung jumlah perubahan energi
3

6. 5
III. PETA KONSEP
III. Peta Konsep
Usaha Energi
Energi potensial Energi kinetik Energi mekanik
dipengaruhi
ketinggian kecepatan
Hukumkekekalan
energi mekanik

7. 6
a. Pengertian usaha
Gambar 1. Seorang anak menari dan Gambar.2 Seseorang mendorong sebuah
mendorong meja lemari
Perhatikanlah gambar orang yang sedang menarik balok sejaruh d meter! Orang
tersebut dikatakan telah melakukan kerja atau usaha. Namun perhatikan pula orang
yang mendorong dinding tembok dengan sekuat tenaga. Orang yang mendorong
dinding tembok dikatakan tidak melakukan usaha atau kerja. Meskipun orang tersebut
mengeluarkan gaya tekan yang sangat besar, namun karena tidak terdapat perpindahan
kedudukan dari tembok, maka orang tersebut dikatakan tidak melakukan kerja.
Dari ilustrasi diatas maka, bisa disimpulkan bahwa usaha dalam fisika berkaitan
dengan gaya dan perpindahan. Usaha didefinisikan sebagai hasil kali scalar (dot
product) antara gaya dan perpindahan.
Rumus usaha
F
Awal Akhir
Gambar. 3 Balok yang diberi gaya F berpindah dari
keadaan awal ke keadaan akhir
Jika gaya yang diberikan kepada benda searah, usaha dapat dirumuskan
w = 𝐹∆𝑥 ..........................................................(1)
4

8. 7
Dimana : w = usaha
F = gaya
∆𝑥 = perubahan posisi
Gambar 4. Sebuah benda ditarik dengan gaya membentuk sudut 𝛼
usaha
KOMET
Jika gaya yang diberikan membentuk sudut maka
dirumuskan
W = F∆x cos................................. (2)
(Kolom Mengingat )
Usaha seringdikatakan
sebagai kerja
Usaha bernilai positif berarti
melakukan kerja
Usaha bernilai negatif berarti
menerimakerja
KOMEN
(Kolom Menemukan )
Temukanlah beberapa
contoh kegiatan dalam
keseharian dimana
orang/hewan dikatakan
telah melakukan usaha,
tetapi menurut fisika,
gaya yang dilakukan
Dimana : W = usaha
F = gaya
∆x = perubahan posisi
𝛼 = sudut yang dibentuk
Satuan usaha dalam SI adalah Newton meter. Satuan
ini juga disebut dengan Joule.
Dalam kehidupan sehari-hari usaha yang dilakukan
bisa bernilai positif, negatif ataupun nol. Contoh usaha
yang bernilai adalah ketika seorang atlet mengerahkan
gaya ototnya untuk mengangkat barbell dari lantai
keatas kepalanya, dikarenakan barbell berpindah dari
lantai keatas kepalanya. Contoh usaha yang bernilai nol
adalah ketika kamu memegang buku yang berat dan
mempertahankan posisi buku tersebut agar tetap
5

9. 8
didepan dada, meskipun kamu berjalan hilir mudik
tetapi kamu tidak melakukan usaha pada buku karena
buku tersebut tidak berpindah.
Contoh Soal
Sebuah gaya F=50 N bekerja pada sebuah benda yang massanya 10 Kg sehingga benda
berpindah dalam arah horizontal sejauh 2 m. Gaya tersebut membentuk sudut 600
terhadap arah perpindahannya. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya terhadap
benda ?
Jawab :
Dengan menggunakan persamaan W = F cos Ө . s
W= (50N).(cos 600)(2 m) = 50 J.
Energi dapat diartikan sebagai suatu kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja.
Beberapa energi yang akan dibahas dalam bab ini adalah sebagai berikut
1. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena pergerakannya.
Contoh energi kinetik adalah anak panah yang lepas dari busurnya sehingga
menancap pada target.
6

10. 9
Gambar 5. Seseorang sedang menarik busur anak panah
Rumus Energi Kinetik
Vo=0
Gambar 6. Sebuah benda diberi gaya hingga berpindah
Perhatikan sebuah benda bermassa m yang diam pada permukaan licin, ketika gaya
F diberikan selama benda menempuh jarak s benda akan bergerak denga percepatan
tetap a sampai kecepatan akhir v. usaha yang dilakukan benda seluruhnya diubah
menjadi energi kinetik pada keadaan akhir. Jadi Ek=W.
Gunakan Persamaan kecepatan dari GLBB
𝑣 = 𝑣𝑜 + 𝑎𝑡, 𝑣 = 0 + 𝑎𝑡, 𝑎𝑡 = 𝑣 .......................................................... (3)
Gunakan persamaan perpindahan dari GLBB
∆𝑥 = 𝑣 𝑡 +
1
𝑎𝑡2, ∆𝑥 = 0 +
1
(𝑎𝑡)𝑡, ∆𝑥 =
1
𝑣𝑡 … … …… … … …… . . (4)
𝑜 2 2 2
Gunakan persamaan kecepatan dari GLBB
𝑣 = 𝑣𝑜 + 𝑎𝑡, 𝑣 = 0 + 𝑎𝑡, 𝑎𝑡 = 𝑣 .............................................................(5)
Gunakan persamaan perpindahan dari GLBB
∆𝑥 = 𝑣 𝑡 +
1
𝑎𝑡2, ∆𝑥 = 0 +
1
(𝑎𝑡)𝑡, ∆𝑥 =
1
𝑣𝑡 ......................................(6)
𝑜 2 2 2
7

11. 10
Energi kinetik dapat ditulis
𝐸𝑘 = 𝐹∆𝑥 = (𝑚𝑎) (
1
𝑣𝑡) =
1
𝑚𝑣 (𝑎𝑡) =
1
𝑚𝑣2 ...............................(7)
2 2 2
Dimana : ∆𝑥 = 𝑝𝑒𝑟𝑢𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 j𝑎𝑟𝑎𝑘
𝑣𝑜 = kecepatan awal
v = kecepatan akhir
t = waktu tempuh
Ek = energi kinetik
F = Gaya
M = massa
Contoh Soal
Sebuah gaya sebesar 6 N bekerja pada sebuah balok bermassa 2 kg
secara horizontal selama 4 s. Hitunglah energi kinetik akhir yang
dimiliki balok tersebut!
Diketahui : a. F = 6 N
b. m = 2 kg
c. t = 4 s
Ditanyakan : Ek = ...?
Jawab:
Berdasarkan hukum II Newton Anda peroleh percepatan yang
dialami balok sebesar a = F/m = 6/2 = 3 m/s2 dan rumus gerak lurus
berubah beraturan untuk kecepatan awal v0 = 0 adalah:
v = a t = 3 × 4 = 12 m/s
Energi kinetik akhir yang dimiliki balok adalah
Ek = ½ mv2= ½ (2)(122) = 144 J
8

12. 11
2. Energy potensial
Energi potensial adalah energi yang berkaitan dengan kedudukan suatu benda
terhadap suatu titik acuan. Dengan demikian, titik acuan akan menjadi tolok ukur
penentuan ketinggian suatu benda.
Misalkan sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.
Gambar 7. Sebuah benda bermassa m digantung
pada suatu ketinggian tertentu
Energi potensial dinyatakan dalam persamaan:
Ep = m . g . h...............................................................................(9)
Ep = energi potensial (joule)
m = massa (joule)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian terhadap titik acuan (m)
Persamaan energi seperti di atas lebih tepat dikatakan sebagai energi potensial
gravitasi. Di samping energi potensial gravitasi, juga terdapat energi potensial pegas
yang mempunyai persamaan:
9

13. 12
1 2 1
Gambar 8. Sebuah benda diberi pegas dan ditarik dengan sebuah gaya
𝐸𝑝 = 𝑘∆𝑥 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐸𝑝 = 𝐹∆𝑥 ................................................................ (10)
2 2
Ep = energi potensial pegas (joule)
k = konstanta pegas (N/m)
Δx = pertambahan panjang (m)
F = gaya yang bekerja pada pegas (N)
Di samping energi potensial pegas, juga dikenal energi potensial gravitasi Newton,
yang berlaku untuk semua benda angkasa di jagad raya, yang dirumuskan:
𝐸𝑝 = −𝐺
𝑀𝑚
𝑟2
..............................................................................................................(11)
Ep = energi potensial gravitasi Newton (joule) selalu bernilai negatif. Hal ini
menunjukkan bahwa untuk memindahkan suatu benda dari suatu posisi tertentu ke
posisi lain yang jaraknya lebih jauh dari pusat planet diperlukansejumlah energi
(joule)
M = massa planet (kg)
m = massa benda (kg)
r = jarak benda ke pusat planet (m)
G = tetapan gravitasi universal = 6,672 x 10-11 N.m2/kg2
10

14. 13
2 1
2 1
3. Energi mekanik
Energi mekanik adalah energi total yang dimiliki benda, sehingga energi mekanik
dapat dinyatakan dalam sebuah persamaan:
Em = Ep + Ek.......................................................................................................................(12)
Dimana : Em = energi mekanik
Ep = energi potensial
Ek = energi kinetik
Teorema usaha energy
Usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama
dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda tersebut yaitu energi kinetik
akhir dikurang energi kinetik awal.
F
V0 V2
Gambar 9. Sebuah balok diberi gaya F dan dengan kecepatan awal Vo
𝐹 = 𝑚𝑎
𝐹∆𝑥 = 𝑚𝑎(∆𝑥)
𝑣2
− 𝑣2
𝑎∆𝑥 = ( )
2
𝑣2
− 𝑣2
𝐹∆𝑥 = 𝑚 ( )
2
1
𝐹∆𝑥 = 2
1 2
2
𝑚𝑣2 −
2
𝑚𝑣1
𝐹∆𝑥 = 𝐸𝑘2 − 𝐸𝑘1 ...................................................(13)
11

15. 14
Dimana : F = gaya
m = massa
a = percepatan
v1 = kecepatan awal
v2 = kecepatan akhir
Ek1 = energi kinetik awal
Ek2 = energi kinetik akhir
Disekitar suatu benda bermassa terdapat medan gravitasi. Benda yang bermassa m
yang berada didekat permukaan bumi akan mengalami gaya gravitasi konstan.
𝑤 = 𝑚𝑔
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat w ketika berpindah dari posisi 1 dengan
ketinggian h1 keposisi 2 dengan ketinggian h2 adalah
𝑊 = 𝑚𝑔 (ℎ2 − ℎ1) .................................................................................. (14)
Dimana : W = usaha
m = massa
g = grafitasi
ℎ1 = 𝑘𝑒𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑎𝑤𝑎𝑙
ℎ2 = ketinggian akhir
Bunyi hukum kekekalan energi mekanik
Jika pada suatu system bekerjagaya-gaya dalam yang bersifat konservatif maka
energi mekanik sistem pada posisi apa saja selalu tetap.
12

16. 15
Menurunkan hukum kekekalan energi mekanik
Kita tinjau energi potensial gravitasi, andai pada sebuah benda hanya bekerja gaya
beratnya sendiri dan F lain sama dengan nol. Benda tersebut kemuadian jatuh bebas
tanpa gesekan udara maka:
Dari teorema usaha energi
𝑊 = ∆𝐸𝑘
Sehingga
∆𝐸𝑘 = − ∆𝐸𝑝
𝐸𝑘2 − 𝐸𝑘1 = 𝐸𝑝1 − 𝐸𝑝2
𝐸𝑘1 + 𝐸𝑝1 = 𝐸𝑘2 + 𝐸𝑝2
𝐸𝑚1 = 𝐸𝑚 2 ...........................(15)
Dimana : W = usaha
∆𝐸𝑘 = 𝑝𝑒𝑟𝑢𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑘𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑘
∆𝐸𝑝 = 𝑝𝑒𝑟𝑢𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙
𝐸𝑘1 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑘𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑘 𝑎𝑤𝑎𝑙
𝐸𝑘2 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑘𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑘 𝑎𝑘𝐻𝑖𝑟
𝐸𝑝1 = energi potensial awal
𝐸𝑝2 = energi potensial akhir
13

17. 16
Aplikasi hukum kekekalan energi mekanik
a. Buah jatuh bebas dari pohonnya
Pada peristiwa ini saat buah jatuh energi potensialnya makin berkurang sedang
energi kinetiknya bertambah tetapi energi mekaniknya pada posisi apa saja
adalah konstan.
b. Lompat galah
Saat pelompat berlari energi kimia dirubah menjadi energi kinetik, saat
pelompat menancapkan galahnya energi kinetik disimpan sementara dan
menjadi energi potensial. Ketika galah melurus sebagian energi potensial
dirubah menjadi energi kinetik. Saat pelompat melepaskan pegangannya , ia
akan menempuh lintasan parabola yang melengkung naik menyebabkan energi
kinetiknya berkurang menjadi energi potensial gravitasi, sampai pada titik
tertinggi ia akan menempuh lintasan melengkung turun sehingga energi
potensial garvitasi berubah menjadi energi kinetik sesaat sebelum menyentuh
tanah energi potensial telah dirubah seluruhnya menjadi energi kinetik.
14

18. 17
JA
JAMES PRESCOTT JOULE
James Prescott Joule, seorang ilmuwan Inggris yang namanya diabadikan menjadi
satuan energi Joule ini lahir di Salford, Lancashire, Inggris pada 24 Desember 1818. James
Prescott Joule merumuskan Hukum Kekekalan , yaitu "Energi tidak dapat diciptakan ataupun
dimusnahkan." Ia adalah anak seorang pengusaha bir yang kaya raya, namun sedikitpun ia
tidak pernah merasakan pendidikan di sekolah hingga usia 17 tahun. Hal ini disebabkan
karena sejak kecil ia selalu sakit-sakitan akibat luka di tulang belakangnya. Sehingga, ia
terpaksa hanya tinggal di rumah sepanjang hari.
Karena itu, ayahnya sengaja mendatangkan guru privat ke rumahnya dan menyediakan
semua buku yang diperlukan Joule. Tidak hanya itu, ayahnya bahkan menyediakan sebuah
laboratorium khusus untuk Joule. Meskipun begitu, Joule tidak hanya mengandalkan pelajaran
yang ia dapatkan dari guru privatnya. Joule tetap berusaha belajar sendiri sehingga sebagian
besar pengetahuan yang dimilikinya diperoleh dengan cara belajar sendiri. Namun, ada satu
pelajaran yang cukup sulit dipahaminya, yaitu Matematika. Setelah berusia 17 tahun Joule baru
bersekolah dan masuk ke Universitas Manchester dengan bimbingan John Dalton, seorang ahli
kimia Inggris yang begitu terkenal.
Joule dikenal sebagai siswa yang rajin belajar, rajin bereksperimen, dan juga rajin
menulis buku. Bukunya yang berjudul Tentang Panas yang Dihasilkan oleh Listrik terbit pada
tahun 1840 saat ia berusia 22 tahun. Tiga tahun kemudian tepatnya pada tahun 1843 bukunya
mengenai ekuivalen mekanik panas terbit. Lalu, empat tahun berikutnya (1847) ia juga
menerbitkan buku mengenai hubungan dan kekekalan energi. Buku-buku hasil karyanya tersebut
begitu menarik perhatian Sir William Thomson atau dikenal dengan nama Lord Kevin.
Sehingga, akhirnya Joule bekerja sama dengan Thomson dan menemukan efek Joule-Thomson.
Efek tersebut merupakan prinsip yang kemudian dikembangkan dalam pembuatan lemari es.
Efek tersebut menyatakan bahwa apabila gas dibiarkan berkembang tanpa melakukan kerja ke
luar, maka suhu gas itu akan turun. Selain itu, Joule yang sangat taat kepada agama juga
menemukan hukum kekekalan energi bersama dengan dua orang ahli fisika dari Jerman, yaitu
Hermann von Helmholtz dan Julius Von Mayer. Hukum kekekalan energi yang mereka temukan
menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat berubah
bentuk menjadi energi listrik, mekanik, atau kalor.
15

19. 18
1) Sebuah balok bermassa 1 kg di atas lantai licin. Jika gaya mendatar 2 N digunakan
untuk menarik balok, maka tentukan usaha yang dilakukan agar balok berpindah sejauh
3 m!
Penyelesaian:
W = F . s
W = 2 . 3
W = 6 joule
2) Sebuah balok bermassa 5 kg di atas lantai licin ditarik gaya 4 N membentuk sudut 60°
terhadap bidang horisontal. Jika balok berpindah sejauh 2 m, maka tentukan usaha yang
dilakukan!
Penyelesaian:
W = F . s . cos 0
W = 4 . 2 . cos 60°
W = 4 joule
3) Sebuah sepeda dan penumpangnya bermassa 100 kg. Jika kecepatan sepeda dan
penumpannya 72 km/jam, tentukan energio kinetik yang dilakukan pemiliki sepeda!
Penyelesaian:
Ek = ½ . m . v2 ( v = 72 km/jam = 72 x 1000 m / 3600s)
Ek = ½ . 100 . 202
Ek = 20.000 joule
16

20. 19
4) Sebuah batu dengan massa 5 kg mula-mula diam dipermukaan bumi kemudian
dilempar vertical keatas pada ketinggian 1 meter dengan kelajuan 10 m/s. berapa usaha
yang dilakukan batu untuk mencapai titik tertinggi?
Penyelesaian
Diketahui m = 5 kg
h1 = 1 meter
v0 = 10 m/s
Ditanya W pada h2
Jawab
Waktu untuk mencapai tinggi maksimum
Saat dititik tertinggi Vt = 0
vt= v0 – gt
0 = 10 – 10t
t = 1 s
Ketinggian maksimum
h = v0·t – ½ gt2
h = 10 (1)- ½ 10 (1)2
H=10-5 m
h= 5 m
Usaha pada titik tertinggi
W =∆Ep = mg (h1-h2)
W = 5 kg· 10 m/s·(1-5 m)
W = 50·4
W = 200 J
17

21. 20
2
5) Sebuah benda jatuh dari ketinggian 4 m, kemudian melewati bidang lengkung
seperempat lingkaran licin dengan jari-jari 2 m. Tentukan kecepatan saat lepas dari
bidang lengkung tersebut
Penyelesaian :
Bila bidang licin, maka sama saja dengan
gerak jatuh bebas buah kelapa, lintasan
dari gerak benda tidak perlu diperhatikan,
sehingga diperoleh :
m.g.h1 + ½ . m v1
2 = m.g.h2 + ½ . m . v 2
g.h1 + ½ .v1
2 = g.h2 + ½ . v2
2
10.6 + ½ .02 = 10 . 0 + ½ .v2
2
60 + 0 = 0 + ½ v2
2
v2 = 10,95 m/s
18

22. 21
A. Pilihan Ganda
Pilihlah satu jawaban yang tepat
1. Berikut adalah pernyataan yang benar mengenai usaha, kecuali….
a. Usaha adalah hasil kali komponen gaya dengan perpindahan
b. Gaya adalah besaran skalar dan perpindahan adalah besaran vektor
c. Satuan Usaha dalam SI adalah Joule.
d. Usaha terjadi jika benda yang diberi gaya berpindah.
2. Dalam fisika, definisi energi adalah…..
a. Kemampuan untuk melakukan usaha
b. Hasil kali antara gaya dengan peapindahan
c. Energi yang dimiliki benda karena pergerakannya
d. Ukuran kesukaran untuk meghentikan suatu benda
3. Berikut adalah peristiwa yang menghasilkan usaha, kecuali…
a. Atlet menggerakkan ototnya untuk mengangkat barbel dari lantai keatas
kepalanya
b. Ani berusaha keras mendorong mobil tapi mobil tersebut tidak bergerak
c. Traktor menarik kereta luncur pengngkut kayu menuju tepi sungai
d. Andi menendang bola hingga bola tersebut mencapai gawang
4. Manakah yang termasuk kelompok energi…..?
a. Energi mekanik, energi kalor, energi fisik, energi elektromagnetik
b. Energi fisik, energi cahaya, energi listrik, energi megnet
c. Energi mekanik, energi cahaya, energi kalor, energi fisik
d. Energi mekanik, energi elektromegnetik, energi nuklir, energi kalor.
5. Laju usaha yang dilakukan atau besar usaha persatuan waktu adalah definisi
dari…
a. Energi c. Perpidahan
b. Usaha d. Daya
6. Dua mobil yang memiliki berat yang sama, mobil pertama mendaki bukit dengan
waktu 5 detik dan mobil kedua mendaki bukit dalam waktu 7 detik, pernyataan
yang benar mengenai kedua mobil adalah…
a. Kedua mobil memiliki daya yang sama
b. Mobil pertama memiliki daya lebih besar dari mobil kedua
19

23. 22
c. Mobil pertama memiliki daya lebih kecil dari mobil kedua
d. Kedua mobil tidak menghasilkan daya
7. Dua mesin jet pada pesawat boeing 767 masing-masing mampu memberikan gaya
dorong pesawat sebesar 197.000 N. Jika pesawat itu terbang dengan kelajuan tetap
900 km/jam berapa daya mesin?
a. 66.000 hp
b. 77.000 hp
c. 88.000 hp
d. 99.000 hp
8. Energi potensial terdapat pada peristiwa berikut kecuali…
a. Buah kelapa yang tergantung dipohon
b. Buah kelapa yang sedang jatuh dari pohon
c. Buah kelapa tepat akan jatuh ditanah
d. Buah kelapa yang ditendang andi
9. Jika sebuah benda mula-mula berada pada ketinggian h1 kemudian benda tersebut
bergerak hingga mencapai posisi pada ketinggian h2, maka hubungan antara
energi potensial antara 2 keadaan benda tersebut adalah
a. Ep2 – Ep1 = mh(g2-g1)
b. Ep2 – Ep1 = mg(h1-h2)
c. Ep2 – Ep1 = gh(m2-m1)
d. Ep2 – Ep1 = mg(h2-h1) d
10. Sebuah benda bermassa 2 kg berada pada ketinggian 2 m pada acuan bidang
tertentu. Kemudian benda tersebut dipindahkan pada ketinggian tertentu dengan
perubahan energi potensial sebesar 60 j. Jika g= 10 m/s tentukan ketinggian
benda sekaranag…
a. 3 m
b. 4 m
c. 5 m.
d. 6 m
11. Energi kinetik didefinisikan sebagai…
a. Energi yang dimiliki benda karena pergerakannya.
b. Energi yang dimiliki benda karena kedudukannya
c. Energi yang tersimpan pada saat benda tersebut diam
d. Usaha yang dilakukan benda persatuan waktu
12. Dari kasus dibawah ini, manakah yang energi kinetiknya mempunyai nilai nol
a. Buah kelapa yang dilempar keatas
b. Buah kelapa yang ditarik dengan mobil yang melaju dengan kecepatan 30 m/s
20

24. 23
c. Buah kelapa yang tergantung dipohon.
d. Buah kelapa yang jatuh dari pohon
13. Persamaan W = 1 𝑚𝑣2 −
1
𝑚𝑣2 menunjukan hubungan antara
2 2 2 1
a. Usaha dan energi kinetik
b. Usaha dan energi potensial
c. Usaha dan energi pada pegas
d. Usaha dan energi gravitasi
14. Sebuah benda bermassa 4 kg mula-mula diam, kemudian bergerak lurus dengan
percepatan 3 m/s2. Usaha yang diubah menjadi energi kinetik selama 2 sekon
sama dengan E
a. 6 J
b. 12 J
c. 24 J
d. 48 J
e. 72 J
15. Sebuah balok dengan massa 2 Kg mula-mula diam dipermukaan tanah.
Selanjutnya balok itu ditarik dengan gaya 25 N selama 2 sekon lalu dilepaskan.
Energi kinetik balok pada saat jatuh ditanah adalah B
a. 25 J
b. 50 J
c. 100 J
d. 125 J
e. 150 J
16. Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa, kecuali
a. Gaya yang bekerja berupa gaya konservatif
b. Energi mekanik sistem pada posisi apa saja tetap
c. Energi mekanik keadaan awal sama dengan energi mekanik keadaan akhir
d. Pada sistem bekerja gaya luar.
17. Apabila hukum kekekalan energi mekanik berlaku untuk suatu sistem, dapat
dikatakan ….
a. energi kinetik sistem tidak berubah
b. energi potensial sistem tidak berubah
c. jumlah energi kinetik dan energi potensial selalu bertambah
d. jumlah energi kinetik dan energi potensial selalu berkurang
e. jumlah energi kinetik dan energi potensial selalu tetap
21

25. 24
18. Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian 15 m dengan kecepatan awal 15 m/s. jika
g= 10 m/s, hitunglah kecepatan bola sesaat sebelum menyentuh tanah!
a. 22,91 m/s.
b. 21.91 m/s
c. 20,91 m/s
d. 19,91 m/s
19. Dari ketinggian 90 m diatas tanah sebuah roket diluncurka dengan kelajuan 40 m/s
membentuk sudut 37o terhadap horizontal. Gunakan hukum kekekalan energi
mekanik untuk menghitung kelajuan roket pada saat ketinggiannya setengan dari
ketinggian awal D . ..
a. 40.9J
b. 41.9J
c. 42.9J
d. 43.9J
e. 44.9J
20.
Sebuah balok bermassa 2 kg berada dalam keadaan diam. Kemudian, balok
dilepaskan dari puncak bidang lengkung yang berbentuk seperempat lingkaran dengan
jari-jari R. Balok meluncur pada bidang datar dan berhenti di titik C. Jika bidang
lengkung tersebut licin, dan gaya gesek antara balok dan bidang datar adalah sebesar 8
N maka besarnya R adalah ….A
a. 0,2 m
b. 0,5 m
c. 1,2 m
d. 1,5 m
e. 1,6 m
22

26. 25
B. Uraian
1. Jelaskan pengertian usaha dan sebutkan contoh peristiwa yang menghasilkan
usaha dalam kehidupan sehari-hari!
2. Dua motor mempunyai daya keluaran rata-rata masing-masing 1 hp dan 0,5 hp
a. Berapakah usaha yang dilakukan masing-masing motor dalam waktu 3
menit?
b. Berapapa lama waktu yang diperlukan masing-masing motor untuk
melakukan usaha sebesar 56kj?
3. Sebuah batu dengan massa 5 kg mula-mula diam dipermukaan bumi kemudian
dilempar vertical keatas pada ketinggian 1 meter dengan kelajuan 10 m/s. berapa
usaha yang dilakukan batu untuk mencapai titik tertinggi?
4. Sebuah pesawat terbang yang besar memiliki massa 105 kg dan mesin dapat
mendorong pesawat dengan gaya 2 X 105 N. pesawat tersebut harus bergerak dari
keadaan diam dan harus mencapai kelajuan 10m/s supaya dapat lepas landas.
Tentukan panjang landasan minimum.
5. Seorang peloncat indah dengan berat 640 N meloncat dari sebuah papan menara
yang memiliki ketinggian 10 m dari permukaan air. Jika peloncat mendorong
papan luncur sehinnga ia meninggalkan papan dengan kelajuan awal 2 m/s
tentuan kelajuan peloncat itu saat berada pada ketinggian 5 m diatas permukaan
air
23