Kumpulan Soal dan Pembahasan Energi Potensial, Kinetik serta Hukum Kekekalan Energi

DUAMNESIA - Pembahasan soal-soal fisika tentang materi energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik. Soal ini disusun sedemikian rupa untuk membantu murid memahami konsep-konsep yang ada di dalam materi energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik. Disini beberapa model soal akan membahas materi seperti menentukan energi kinetik benda pada ketinggian tertentu, menentukan ketinggian benda jika energi potensial diketahui, serta menentukan kecepatan berdasarkan hukum kekekalan energi.

Soal 1

Jika untuk memindahkan sebuah kotak yang massanya 400 N ke atas sebuah lemari dibutuhkan energi potensial sebesar 8000 J, maka tinggi lemari tersebut adalah ... (g=10 m/s²)

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : Ep = 8000 J, m = 400 N, g = 10 m/s²
Ditanya : h ?

Jawaban
⇒ Ep = m.g.h
⇒ 8000 = 400.10.h
⇒ 8000 = 4000.h
⇒ 8000/4000 = h
⇒ 2m = h

Jadi ketinggian lemari tersebut ialah 2 meter

Soal 2

Sebuah batu dengan massa 30 gr di pasangkan pada ketapel dan dilesatkan dengan kecepatan 15 m/s. Tentukan energi kinetik pada batu tersebut !

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : m = 30 gr = 0,03 kg, v = 15 m/s
Ditanya : Ek ?

Jawaban
⇒ Ek = ½.m.v²
⇒ Ek = ½.0,03.15²
⇒ Ek = 0,015.225
⇒ Ek = 3,375J

Jadi energi kinetik pada batu tersebut ialah 3,375 J

Soal 3

Seekor burung sedang melayang terbang pada ketinggian 10 m diatas tanah dengan kecepatan konstan sebesar 10 m/s. jika massa burung adalah 2 kg, tentukan :
a. energi potensial burung,
b. energi kinetik burung,
c. energi mekanik burung ! (g = 10 m/s²)

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : m = 2 kg, h = 10 m, v = 10 m/s, g = 10 m/s²
Ditanya : Ep, Ek, dan Em ?

Jawaban
a. energi potensial
⇒ Ep = m.g.h
⇒ Ep = 2.10.10
⇒ Ep = 200 J

b. energi kinetik
⇒ Ek = ½.m.v²
⇒ Ek = ½.2.10²
⇒ Ek = 100 J

c. energi mekanik
⇒ Em = Ep + Ek
⇒ Em = 200 + 100
⇒ Em = 300 J

Soal 4

Sebuah bola pejal massanya 0,8 Kg dilempar vertikal ke atas. Jika energi potensial bola pada ketinggian maksimum adalah 80 J dan percepatan gravitasi 10 m/s², maka ketinggian maksimum yang di capai bola tersebut ...

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : m = 0,8 Kg, Ep = 80 J, g = 10 m/s²
Ditanya : h ?

Jawaban
⇒ Ep = m.g.h
⇒ 80 = 0,8.10.h
⇒ 80 = 8.h
⇒ 80/8 = h
⇒ 10 m = h

Jadi ketinggian maksimum yang dicapai bola tersebut adalah 10 meter

Soal 5

Sebuah benda bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s. Jika percepatan gravitasi 9.8 m/s². Tentukan energi kinetik benda saat mencapai titik tertingginya​ ...

Alternatif Penyelesaian
Soal tersebut dapat diselesaikan tanpa perhitungan sama sekali. Sesuai dengan hukum kekekalan energi, kecepatan benda saat mencapai titik tertingginya adalah 0. Jadi energi kinetik benda tersebut pada titik tertingginya adalah 0.

Soal 6

Perhatikan gambar! Sebuah benda bermassa 5 kg di dorong dari atas tebing licin setinggi 10 m dengan kecepatan saat lepas landas dari tepi tebing adalah 4 m/s, besar energi kinetik benda saat ketinggiannya 4 m dari permukaan tanah adalah ...

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : m = 5 Kg, h₁ = 10 m, v₁ = 4 m/s, h₂ = 4 m
Ditanya : Ek₂ ?

Jawaban
⇒ Ep₁ + Ek₁ = Ep₂ + Ek₂
⇒ m.g.h₁ + ½.m.v₁² = m.g.h₂ + Ek₂
⇒ 5.10.10 + ½.5.4² = 5.10.4 + Ek₂
⇒ 500 + 40 = 200 + Ek₂
⇒ 540 = 200 + Ek₂
⇒ 540 - 200 = Ek₂
⇒ 340 J = Ek₂

Jadi energi kinetik benda saat ketinggiannya 4 m adalah 340 J

Soal 7

Sebuah balok meluncur dari bagian atas bidang miring licin hingga tiba di bagian dasar bidang miring tersebut. Jika puncak bidang miring berada pada ketinggian 3,2 m di atas permukaan lantai, maka kecepatan balok saat tiba di dasar bidang adalah ...

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : h₁ = 3,2 m, v₁ = 0, h₂ = 0
Ditanya : v₂ ?

Jawaban
⇒ Ep₁ + Ek₁ = Ep₂ + Ek₂²
⇒ m.g.h₁ + 0 = 0 + ½.m.v₂²
⇒ g.h₁ = ½.v₂²
⇒ 2.g.h₁ = v₂²
⇒ 2.10.3,2 = v₂²
⇒ 64 = v₂²
⇒ √64 = v₂
⇒ 8 m/s = v₂

Jadi kecepatan balok saat tiba di dasar bidang ialah 8 m/s

Soal 8

Buah kelapa dengan massa 2,5 Kg jatuh dari pohonnya dengan ketinggian 4.5 m. jika percepatan gravitasi sebesar 10 m/s². Berapa energy potensialnya ?

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : m = 2,5 Kg, h = 4,5 m, g = 10 m/s²
Ditanya : Ep ?

Jawaban
⇒ Ep = m.g.h
⇒ Ep = 2,5.10.4,5
⇒ Ep = 112,5 J

Jadi energi potensial buah kelapa tersebut ialah 112,5 J

Soal 9

Sebuah balok meluncur dari bagian atas bidang miring licin hinggat tiba di bagian dasar bidang miring tersebut. Jika puncak bidang miring berada pada ketinggian 32 meter diatas permukaan lantai, maka kecepatan balok saat tiba di dasar bidang adalah ...

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : h₁ = 32 m, g = 10 m/s², v₁ = 0, h₂ = 0
Ditanya : v₂ ?

Jawaban
⇒ Ep₁ + Ek₁ = Ep₂ + Ek₂
⇒ m.g.h₁ + 0 = 0 + ½.m.v₂²
⇒ g.h₁ = ½.v₂²
⇒ 10.32 = ½.v₂²
⇒ 320 = ½.v₂²
⇒ 640 = v₂²
⇒ √640 = v₂
⇒ 8√10 m/s = v₂

Jadi kecepatan balok saat tiba di dasar bidang ialah 8√10 m/s

Soal 10

Doni Herlambang sedang mengendarai sepeda motor dengan kecepatan 2 m/s. Jika massa sepeda motor Doni tersebut 20 kg. Berapakah jumlah energi kinetiknya ?

Alternatif Penyelesaian
Diketahui : m = 20 Kg, v = 2 m/s
Ditanya : Ek ?

Jawaban
⇒ Ek = ½.m.v²
⇒ Ek = ½.20.2²
⇒ Ek = 40 J

Jadi energi kinetik tersebut ialah 40 J