13 Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi dan Jawabannya untuk Bahan Belajar
Panas yang didapat dari matahari, listrik yang kamu gunakan, atau benda yang bergerak merupakan contoh dari hukum kekekalan energi di sekitar kita, lho.
Menariknya, fenomena tersebut bisa dihitung dan dijelaskan melalui konsep dasar fisika yang sederhana dengan memahami cara kerja perpindahan dan perubahan energi. ☀️
Oleh karena itu, agar hukum ini lebih mudah untuk kamu pahami, yuk, ikuti pembahasan serta contoh soal hukum kekekalan energi dan jawabannya lengkap yang tersedia di artikel ini. 📖✏️
Daftar Isi
Daftar Isi
Hukum Kekekalan Energi
Dikutip dari gramedia.com, hukum kekekalan energi merupakan salah satu prinsip dasar dalam Fisika yang menyatakan bahwa energi tidak bisa diciptakan maupun dimusnahkan. Artinya, jumlah energi sebelum dan sesudah suatu peristiwa akan tetap sama.
Energi memang bisa berubah bentuk, tetapi besarannya selalu tetap. Dalam konteks ini, bentuk-bentuk energi yang dimaksud mencakup energi kinetik, energi potensial, energi mekanik, hingga bentuk energi lainnya.
Konsep tersebut pertama kali dipopulerkan oleh ilmuwan asal Inggris, James Prescott Joule. Ia menyimpulkan bahwa energi hanya berpindah atau bertransformasi, bukan hilang.
Bunyi hukum kekekalan energi yang terkenal adalah “energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.”
Rumus Hukum Kekekalan Energi
Pada sistem yang memenuhi syarat hukum kekekalan energi, total energi mekanik pada posisi awal akan sama dengan total energi mekanik pada posisi akhir.
Nah, sebelum nanti Mamikos bahas tentang contoh soal hukum kekekalan energi dan jawabannya, berikut adalah rumus yang bisa dipakai:
[Em1=Em2]
Atau dalam bentuk komponen energinya:
[Ek1+Ep1=Ek2+Ep2]
Keterangan:
- Eₘ₁ : Energi mekanik awal
- Eₘ₂ : Energi mekanik akhir
- Eₖ₁ : Energi kinetik pada kondisi awal
- Eₚ₁ : Energi potensial pada kondisi awal
- Eₖ₂ : Energi kinetik pada kondisi akhir
- Eₚ₂ : Energi potensial pada kondisi akhir
Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi dan Jawabannya Lengkap
Selanjutnya, di bawah ini tersedia 13 contoh soal hukum kekekalan energi dan jawabannya yang bisa kamu pelajari di rumah.
Setiap soal sudah dilengkapi dengan langkah-langkah pengerjaannya sehingga lebih mudah untuk dipahami. Yuk, langsung saja kita mulai!
1. Sebuah bola dengan massa 2 kg dilepaskan dari ketinggian 20 meter di atas tanah dan dibiarkan jatuh bebas. Dengan percepatan gravitasi 10 m/s², berapakah kecepatan bola ketika posisinya tinggal 5 meter dari permukaan tanah?
Jawaban:
Saat bola turun dari 20 meter ke 5 meter, berarti terjadi penurunan ketinggian sebesar 15 meter. Berdasarkan hukum kekekalan energi, energi potensial yang hilang berubah menjadi energi kinetik.
Ep hilang = m g h = 2 × 10 × 15 = 300 J
Ek = ½ m v²
300 = ½ × 2 × v²
300 = v²
v = √300
v = 10√3 m/s
Jadi, kecepatannya adalah 10√3 m/s.
2. Sebuah benda mengalami perpindahan sejauh s meter ke arah kanan. Pada benda tersebut bekerja dua gaya.
Gaya pertama 10 N mengarah ke kiri, sedangkan gaya kedua besarnya 25 N mengarah ke kanan dan membentuk sudut 30° terhadap arah horizontal. Jika usaha total dari kedua gaya tersebut adalah 46,6 J, berapakah nilai s?
Jawaban:
Usaha total adalah penjumlahan usaha tiap gaya.
Total usaha:
[Wtotal=-10s+21,65s=11,65s]
Diketahui (Wtotal=46,6):
[11,65s=46,6]
[s=4 meter]
Jadi, perpindahannya adalah 4 meter.
3. Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Dengan percepatan gravitasi 10 m/s², tentukan ketinggian benda ketika energi potensialnya bernilai tiga perempat dari energi kinetik maksimumnya.
Jawaban:
Energi kinetik maksimum terjadi saat benda berada di titik awal (ketinggian 0).
[EKmaks=12mv2=12(1)(202)=200 J]
Energi potensial yang diminta:
[EP=34EKmaks=34×200=150 J]
EP juga dirumuskan:
[EP=mgh=1·10·h=10h]
Setara dengan 150 J:
[10h = 150]
[h=15 meter]
Jadi, benda berada pada ketinggian 15 meter.
4. Sebuah mesin bermassa 40 kg dipercepat dari kecepatan awal 20 m/s hingga mencapai 40 m/s dalam selang waktu 5 detik. Bila efisiensi mesin tersebut adalah 85%, berapakah daya keluaran mesin?
Jawaban:
Perubahan energi kinetik:
[ΔEK=12m(v2-v02)]
[=12(40)(402-202)]
[=20(1600-400)=20×1200=24,000 J]
Daya teoritis:
[Pideal=24,0005=4,800 W]
Efisiensi 85% → daya nyata: [Pout=0,85×4800=4,080 W]
Jadi, daya yang dihasilkan mesin adalah 4.080 Watt.
5. Sebuah balok meluncur dari puncak sebuah bidang miring licin menuju bagian dasar. Jika titik tertinggi bidang miring berada pada ketinggian 3,2 meter dari lantai, tentukan kecepatan balok ketika mencapai dasar bidang.
Jawaban:
Karena bidang licin → energi potensial berubah seluruhnya menjadi energi kinetik.
[mgh=12mv2]
Sederhanakan:
[gh=12v2]
[10×3,2=12v2]
[32=12v2]
[v2=64]
[v=8 m/s]
Jadi, balok tiba di dasar dengan kecepatan 8 m/s.
6. Sekelompok orang mendorong sebuah mobil mogok dengan gaya sebesar F. Mobil tersebut bergeser sejauh 2 meter dalam waktu 10 detik, dan daya yang dihasilkan oleh dorongan tersebut sebesar 40 W. Berapakah besar gaya F?
Jawaban:
Daya:
[P=Wt=F·st]
Masukkan data:
[40=F·210]
[40=0,2F]
[F=200 N]
Jadi, gaya dorongnya adalah 200 N.
Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi dan Jawabannya
7. Dari ujung meja yang tingginya 2 meter, sebuah benda bermassa 1 kg didorong sehingga memiliki kecepatan awal 4 m/s. Setelah itu, benda bergerak membentuk lintasan setengah parabola seperti ilustrasi yang tersedia. Berapakah energi mekanik benda saat mulai bergerak?
Jawaban:
Energi mekanik = energi potensial + energi kinetik awal.
[EP=mgh=1×10×2=20 J]
[EK=12mv2=12(1)(42)=8 J]
[Emek=20+8=28 J]
Energi mekaniknya di titik awal adalah 28 J.
8. Sebuah mobil dipercepat dari kecepatan awal 10 m/s menjadi 20 m/s dalam selang waktu 10 detik. Jika massa kendaraan tersebut adalah 1 ton, hitung daya yang dibutuhkan untuk menghasilkan percepatan tersebut.
Jawaban:
Massa 1 ton = 1000 kg.
Perubahan energi kinetik:
[ΔEK=12m(v2-v02)]
[=12(1000)(202-102)]
[=500(400-100)=500×300=150,000 J]
Daya:
[P=ΔEKt=150,00010=15,000 W]
Daya yang dibutuhkan adalah 15.000 Watt (atau 15 kW).
9. Sebuah bandul bermassa 1 kg ditarik ke samping sehingga mencapai ketinggian maksimum 0,5 meter dari posisi terendah. Abaikan massa tali. Tentukan kecepatan bandul ketika kembali melewati titik B (titik terendah ayunan).
Jawaban:
Energi potensial di titik tertinggi berubah seluruhnya menjadi energi kinetik di titik B:
[mgh=12mv2]
[1·10·0,5=12v2]
[5=12v2]
[v2=10]
[v=10 m/s]
Kecepatan bandul di titik B adalah √10 m/s.
10. Sebuah balok dilepaskan dari puncak sebuah bidang miring licin dan dibiarkan meluncur hingga mencapai bagian bawah. Jika tinggi awal bidang miring tersebut adalah 32 meter dari lantai, tentukan laju balok ketika tiba di dasar bidang.
Jawaban:
Karena bidang licin maka energi potensial berubah seluruhnya menjadi energi kinetik.
[mgh=12mv2]
[10·32=12v2]
[320=12v2]
[v2=640]
[v=810 m/s]
Kecepatan balok saat sampai dasar adalah 8√10 m/s.
11. Rizka tidak sengaja menjatuhkan kunci motornya dari ketinggian 2 meter. Kunci tersebut jatuh bebas, dan percepatan gravitasinya adalah 10 m/s². Tentukan kecepatan kunci setelah bergerak 0,5 meter dari posisi awal.
Jawaban:
Gunakan perubahan energi potensial → energi kinetik:
[mgh=12mv2]
Perubahan ketinggian = 0,5 m:
[10·0,5=12v2]
[5=12v2]
[v2=10]
[v=10 m/s]
Kecepatannya adalah √10 m/s.
12. Sebuah benda bermassa 5 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Hitung besar energi potensial ketika benda mencapai titik tertingginya.
Jawaban:
Di titik tertinggi, energi kinetik nol → seluruh energi awal berubah menjadi energi potensial.
Energi kinetik awal:
[EK=12mv2=12(5)(102)]
[EK=12×5×100=250 J]
Maka energi potensial di titik tertinggi adalah 250 Joule.
13. Sebuah benda dijatuhkan dari ketinggian 5 meter. Ketika menyentuh tanah, benda tersebut memiliki energi kinetik 450 Joule. Tentukan massa benda tersebut! (g = 10 m/s²)
Jawaban:
Energi potensial awal berubah menjadi energi kinetik:
[mgh = 450]
[m·10·5=450]
[50m = 450]
[m=9 kg]
Massanya adalah 9 kg.
Penutup
Demikian pembahasan lengkap tentang pengertian, rumus, serta contoh soal hukum kekekalan energi dan jawabannya yang dapat dijadikan bahan belajar.
Setelah ini, jika kamu ingin mencari materi atau contoh soal mapel lainnya, jangan lupa untuk mampir ke blog Mamikos, ya. 🌻
Referensi:
4 Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi beserta Pembahasannya, Pahami! [Daring]. Tautan: https://www.sonora.id/read/424040639/4-contoh-soal-hukum-kekekalan-energi-beserta-pembahasannya-pahami
Hukum Kekekalan Energi: Pengertian, Rumus, Jenis Energi, dan Manfaatnya Bagi Kehidupan [Daring]. Tautan: https://www.gramedia.com/literasi/hukum-kekekalan-energi/
Kumpulan Soal Dan Jawaban Hukum Kekekalan Energi Mekanik [Daring]. Tautan: https://id.scribd.com/document/380775974/Kumpulan-Soal-Dan-Jawaban-Hukum-Kekekalan-Energi-Mekanik
Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu: