Siap OSN (KSN) IPA SMP TAHUN 2023 : Usaha oleh gaya yang berkerja pada suatu benda

 Usaha oleh gaya yang berkerja pada suatu benda

1.       Usaha oleh satu gaya

Sebuah benda di atas bidang datar diberi gaya tetap mendatar F sehingga mengalami perpindahan sejauh s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut dirumuskan : W = Fs

F : gaya (N)

S : perpindahan (m)

W : usaha (N.m) atau (joule) atau (J)

2.       Usaha oleh beberapa gaya segaris dan searah

Sebuah benda di atas bidang datar diberi gaya tetap mendatar ke kanan, misal  F₁, F₂, F₃, ... sehingga mengalami perpindahan sejauh s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut dirumuskan :

W = (F₁ + F₂ + F₃ + . . . )s

F : gaya (N)

S : perpindahan (m)

W : usaha (N.m) atau (joule) atau (J)

3.       Usaha oleh beberapa gaya segaris dan berlawanan arah

Sebuah benda di atas bidang datar diberi gaya tetap mendatar, misal  F₁, dan F₂ ke kanan serta F₃ ke kiri, sehingga mengalami perpindahan sejauh s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut

dirumuskan : W = (F₁ + F₂ – F₃)s

 F : gaya (N)

S : perpindahan (m)

W : usaha (N.m) atau (joule) atau (J)

B.      Hubungan Usaha dan Perubahan Energi Kinetik

Jika suatu benda diberi gaya tetap F arah mendatar sehingga berpindah sejauh s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah W = F s. Dengan adanya usaha tersebut, kecepatan benda berubah, yang berarti energi kinetik benda berubah. Perubahan energi kinetik tersebut disebabkan oleh usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda tersebut. Oleh karena itu ada hubungan antara usaha dengan perubahan energi kinetik yang dapat dinyatakan :

Usaha = perubahan energi kinetik

W = ΔE_K

W = ΔE_K1 - ΔE_K2

W = ½mv₂² - ½mv₁²

Dimana W = F s

C.      Hubungan Usaha dan Perubahan Energi Potensial Gravitasi

Jika suatu benda jatuh bebas dari ketinggian h₁ kemudian berpindah sampai pada ketinggian h₂ (dengan h₂ > h₁ ) maka usaha yang dilakukan oleh gaya beratnya adalah :

W = Fs

W = -mg(h₂ – h₁)

W = -(mgh₂ – mgh₁)

W = -(E_p2 – E_p1)

Latihan Soal

1.      Sebuah gaya yang bekerja pada suatu benda dikatakan melakukan usaha jika akibat gaya itu benda

1)      benda berubah bentuk

2)      bergerak dengan laju bertambah besar

3)      tetap diam

4)      bergerak dengan laju tetap

Jawaban yang benar adalah ... .

A.     1), 2) dan 3)

B.     1) dan 3)

C.     2) dan 4)

D.     4)

2.     Perhatikan gambar !

Sebuah balok 40 kg ditarik dengan gaya 200 N timbul percepatan 3 m/s² maka besar gaya gesek yang terjadi pada benda/balok tersebut adalah ....

A.     15 N

B.     40 N

C.     43 N

D.     80 N

3.      Seorang cucu mendorong kursi roda neneknya di sebuah taman yang berbentuk lingkaran dengan gaya 20 N, jari-jari taman tersebut 7 m, berapa besar usaha yang dilakukan si cucu untuk 2 kali putaran?

A.     0 joule

B.     1400 joule

C.     1540 joule

D.     1760 joule

4.      Seorang petugas kebersihan mendorong lemari di atas lantai dengan gaya 350 N. Lantai memberikan gaya gesek sebesar 70 N. Usaha yang dilakukan untuk memindahkan lemari tersebut sejauh 6 meter adalah :

A.     45 J

B.     72 J

C.     1680 J

D.     2580 J

5.      Perhatikan gambar berikut !

Sebuah mobil berada 10 m di depan truk seperti pada gambar. Sopir mobil tersebut ingin memarkirkan mobilnya tepat setengah meter di depan truk. Selama bergerak besar gaya dorong mobil adalah 50 N, usaha yang dilakukan selama itu adalah . . .

A.     525 joule

B.     500 joule

C.     475 joule

D.     450 joule

6.      Sebuah mobil memiliki efisiensi pembakaran yang sempurna dan menghasilkan energi 10 megajoule tiap liter bahan bakar. Jika besar gaya gesekan yang harus dilawan mobil adalah 500 N, maka untuk tiap liter bahan bakar, mobil dapat menempuh jarak maksimum sejauh ... km.

7.      Sebuah lemari didorong dengan gaya mendatar 14 newton di lantai kasar yang memberikan gaya gesek 10 newton. Usaha total untuk memindahkan lemari tersebut sejauh 8 meter adalah … .

A.     0,5 joule

B.     3 joule

C.     32 joule

D.     192 joule

8.     Perhatikan grafik gaya (F) terhadap perpindahan (S) berikut ini.

 Besarnya usaha total yang dilakukan adalah … .

A.     360 joule

B.     450 joule

C.     600 joule

D.     750 joule

9.      Sebuah koin di atas lantai kasar dipukul, sehingga bergerak selama 3 detik, lalu berhenti. Diketahui massa koin 10 gram, gaya gesek antara koin dan lantai 2 kilodyne. Usaha yang dilakukan gaya gesek adalah … .

A.     0,18 J

B.     -0,18 J

C.     0,36 J

D.     -0,36 J

10.   Sebuah mobil bermassa 1000 kg bergerak sepanjang 40 km sedemikian rupa sehingga kembali ke tempat semula dalam waktu 1 jam. Pernyataan di bawah ini yang benar adalah … .

A.     kecepatan rata-rata mobil 0 km/jam dan usaha yang dilakukan gaya berat mobil 40 kJ.

B.     kecepatan rata-rata mobil 40 km/jam dan usaha yang dilakukan gaya berat mobil 0 kJ.

C.     laju rata-rata mobil 40 km/jam dan usaha yang dilakukan gaya berat mobil 40 kJ.

D.     laju rata-rata mobil 40 km/jam dan usaha yang dilakukan gaya berat mobil 0 kJ.

11.   Dua buah gaya yang bekerja pada sebuah benda seperti pada gambar berikut :

Jika karena kedua gaya yang bekerja benda bergerak dengan percepatan  2,5 ms^-2 sejauh 1,5 m, maka berarti massa benda, energi yang diterima benda, dan arah gerak benda adalah … .

A.     1 kg, 5 joule dan ke kiri

B.     2 kg, 5 joule dan ke kanan

C.     2 kg, 7,5 joule dan ke kiri

D.     3 kg, 7,5 joule dan ke kanan

12.  Sebuah peti bermassa 30 kg yang berada di lantai mendapat gaya F horisontal sehingga bergerak.

 Koefisien gesekan kinetik dan statik antara permukaan lantai dan peti adalah 0,4 dan 0,6.

Jika peti bergeser sejauh 5 m, usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan adalah … .

A.     200 J

B.     - 600 J

C.     - 300 J

D.     600 J

13.   Sebuah balok yang massanya 100 gram didorong dengan gaya konstan 0,4 N selama 5 detik dari keadaan diam di atas meja. Saat gaya dorong tersebut ditiadakan balok masih bergerak hingga berhenti pada jarak tertentu. Jika diketahui percepatan gravitasi 10 m/s² dan gaya gesek antara balok dan meja 0,2 N, berarti usaha total yang dilakukan oleh gaya gesek adalah . . . .

A.     5 J

B.     10 J

C.     20 J

D.     30 J

14.   Seorang anak melempar sebuah bola bermasa 100 gram dari keadaan diam vertikal ke atas. Dalam waktu 4 detik bola mencapai posisi tertinggi. Jika gaya gesek udara dianggap konstan sebesar 0,2 newton, berarti usaha yang dilakuka anak itu sebesar . . . joule. Diketahui percepatan gravitasi 10 m/s².

15.   Sebuah mobil sedang bergerak dengan laju 72 km/jam. Suatu saat 200 meter di depan mobil itu seseorang penyeberang jalan terjatuh. Mobil melambat secara tetap dengan perlambatan minimal sampai berhenti dan tidak menabrak orang itu. Jika massa mobil itu 1 ton, usaha yang telah menghentikan mobil itu adalah … .

A.     – 200 kJ

B.     - 300 kJ

C.     - 400 kJ

D.     - 500 kJ

16.   Sebuah peluncur bermassa 2 kg mula-mula bergerak dengan kecepatan 72 km.jam^-1. Setelah bergerak lurus mendatar sejauh 400 m, kecepatan peluncur tersebut menjadi 144 km.jam^-1. Usaha total pada peluncur adalah … .

A.     20 J

B.     60 J

C.     1200 J

D.     2000 J

17.   Sebuah gokart bermassa 360 kg mula-mula bergerak dengan laju 72 km/jam kemudian mengurangi kelajuannya dengandua cara yaitu dengan rem dan parasut secara bersamaan. Rem menghasilkan gaya gesek konstan sebesar 200 N. Gokart bergerak slip sepanjang 160 m sebelum berhenti. Jika parasut menghambat dengan gaya konstan, maka besar gaya hambat tersebut adalah … .

A.     150 N

B.     200 N

C.     250 N

D.     300 N

18.   Sebuah benda  yang massanya 0,5 kg meluncur dengan kecepatan awal nol dari titik A melalui titik B dan akhirnya berhenti di titik C.

Jika AB adalah lintasan licin berbentuk ¼ lingkaran dan BC adalah lintasan lurus dan kasar seperti pada gambar di samping ini dan percepatan gravitasi dianggap 10 m/s², maka besar gaya gesekan yang bekerja pada benda ketika ia bergerak dari titik B ke titik C adalah ... .

A.     0,5 newton

B.     1,0 newton

C.     2,0 newton

D.     2,5 newton

19.  Sebuah benda bergerak dengan kecepatan awal nol dari titik A ke B melalui lintasan licin berbentuk ¹¹/₄₄ lingkaran berjari jari 45 cm, kemudian melalui lintasan lurus dan berhenti di C, seperti dalam gambar di bawah ini.

Jika massa benda 0,8 kg, jarak dari B ke C adalah 180 cm dan percepatan gravitasi 10 m/s², maka besar gaya gesekan pada benda ketika bergerak di anatara B dan c adalah . . . .

A.    0,02 newton

B.    0,2 newton

C.    2 newton

D.    20 newton

20.   Sepotong kayu yang panjangnya 60 cm akan ditancapkan ke tanah. Kayu dipukul menggunakan martil bermassa 10 kg yang diayunkan vertikal menghantam bagian atas kayu dari ketinggian 40 cm di atas ujung kayu. Jika gaya tahan rata-rata tanah 2x10³ N dan percepatan gravitasi 10 m/s², maka kayu akan masuk seluruhnya ke dalam tanah pada pukulan martil yang ke … .

A.     4

B.     16

C.     28

D.     30

21.   Sebuah balok berada di bidang miring yang licin. Ujung bawah bidang miring bertemu dengan bidang datar kasar yang koefisien geseknya 0,3. Balok dilepaskan dari ketinggian 15 cm tanpa kecepatan awal. Panjang lintasan di bidang datar hingga berhenti adalah … .

A.     120 cm

B.     90 cm

C.     75 cm

D.     50 cm

 

 

Share this post