Soal dan Pembahasan Fisika: Usaha

بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم

Soal 1

Sebuah benda yang beratnya 10 N berada pada bidang datar. Pada benda tersebut bekerja sebuah gaya mendatar sebesar 20 N sehingga benda berpindah sejauh 50 cm. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?

Pembahasan:

Diketahui: W= 10 N, F= 20 N, dan s= 50 cm = 0,5 m

Ditanya: W

Jawab:

W= Fs

W= 20. 0,5 = 10 joule

==============================================

Soal 2

Sebuah benda m= 4 kg ditarik dengan gaya 60 N seperti gambar berikut. 

Tentukan usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan benda sejauh 5 m!

Pembahasan:

Diketahui: F= 60 N, α = 60^o ; s = 5 m

Ditanya: W

Jawab:

W= F cos α . s

W = 60.cos 60^o. 5

W = 60. 1/2 . 5

W = 150 J

===============================================

Soal 3 

Sebuah gaya F= (3i + 4j) N melakukan usaha dengan titik tangkapnya berpindah 

menurut r = (5i+ 5j) m dan vektor i dan j berturut-turut adalah vektor satuan yang searah dengan sumbu-x dan sumbu-y pada koordinat Cartesian. Berapakah usaha yang dilakukan gaya tersebut?

Pembahasan:

Diketahui: F= (3i + 4j) N ; r = (5i+ 5j) m

Ditanya: W

JAwab:

W = F. s

atau 

W = F.r 

W = (3i+ 4j) . (5i+ 5j) 

W = 15 + 20 = 35 joule

===============================================

Soal 4

Perhatikan gambar berikut! 

Dua orang siswa Adan B menarik peti yang terletak pada lantai dengan arah 37^o dan 60^o terhadap lantai. Tentukan usaha yang dilakukan oleh siswa A dan B jika besarnya gaya kedua siswa tersebut 10 N dan 12 N dan peti berpindah ke kanan sejauh 4 m!

Pembahasan:

Diketahui : F1 = 10 N; F2 = 12 N; s = 4 m ; α1 = 37° ; α2 = 60°

Ditanya: W

Jawab:

W = (F1 + F2).s 

W = ( 10 cos 37° + 12 cos 60°). 4

= (10 · 0,8 + 12 · 0,5). 4

= ( 8 + 6 ). 4

= 56 J

=================================================

Soal 5

Perhatikan gambar dibawah ini! 

Sebuah balok mengalami gaya F yang arahnya sejajar sumbu X. Gaya yang bekerja ini merupakan fungsi perpindahan. Hitunglah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut ketika balok berpindah dari:

a. x= 0 ke x= 1 meter

b. x= 0 ke x= 3 meter

Pembahasan:

Usaha dihitung dengan menghitung luas di bawah grafik gaya fungsi perpindahan.

a. Usaha dari x= 0 ke x= 1 meter sama dengan luas segitiga OAD (perhatikan gambar).

W = luas OAD

W = 1/2 . 1. 4

W = 2 J

b. Usaha dari x= 0 ke x= 3 sama dengan luas trapesium OABC (perhatikan gambar).

W = luas OABC

W = (1 + 3). 4 / 2

W = 8 J

===============================================

Soal 6

Sebuah meja massanya 10 kg mula-mula diam diatas lantai licin, didorong selama 3 sekon bergerak lurus dengan percepatan 2 m/s2. Tentukan besar usaha yang terjadi! 

Pembahasan;

Diketahui : m = 10 kg ; t = 3s ; a = 2 m/s2; v1 = 0

Ditanya : W

Jawab : 

• v2 = v1 + a . t = 0 + 2 m/s2 . 3 s = 6 m/s
• W = 1/2 m (v22 – v12)
• W = 1/2 . 10 kg . (62 – 02) m2/s2
• W = 180 J

===================================

Sumber: BSE Fisika XI Aip S, Setya N