15 Contoh Soal Energi Potensial, Jawaban, dan Pembahasannya

Contoh soal energi potensial beserta jawabannya berikut ini dilengkapi pembahasan. Simak juga ringkasan materi dan rumus energi potensial.

Kontributor: Nurul Azizah

Terbit 19 Apr 2024 19:00 WIB,

Waktu baca ±12 menit

Illustrasi energi potensial. FOTO/iStockphoto

tirto.id - Contoh soal energi potensial beserta jawabannya berikut ini disertai dengan pembahasan sehingga bisa menjadi bahan belajar sebelum ujian. Sejumlah soal energi potensial yang tersedia meliputi topik-topik yang dipelajari dalam pelajaran fisika atau IPA.

Berbagai soal latihan energi potensial tersebut juga dapat dipelajari untuk meningkatkan pemahaman terhadap materi pelajaran. Soal-soal fisika energi potensial tadi juga berguna untuk mengevaluasi penguasaan atas materi.

Nah, sebelum mempelajari contoh-contoh soal energi potensial itu, ada baiknya membaca ringkasan materinya.

Materi dan Rumus Fisika Energi Potensial

Materi energi potensial mencakup materi gaya dan energi di semua jenjang, mulai dari SD hingga SMA. Rangkuman materi energi potensial berikut terbagi menjadi 3 bagian, yakni pengertian, jenis, dan rumus energi potensial.

1. Pengertian Energi Potensial

Energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Sementara itu, energi potensial adalah energi yang dimiliki benda berdasarkan tinggi-rendah kedudukannya.

Besar kecilnya energi potensial ditentukan oleh massa dan ketinggian. Dalam pengertian lain, energi potensial adalah energi di suatu benda yang muncul akibat posisi atau tempat kedudukan benda tersebut.

Misalnya, benda-benda di ketinggian akan berada dalam posisi tertekan sehingga dapat menyimpan energi potensial. Buah apel yang masih tergantung di atas pohon mempunyai energi potensial yang bisa terlepas ketika ia jatuh ke tanah.

2. Jenis Energi Potensial

Secara umum, energi potensial terdiri dari 3 jenis, yaitu energi potensial gravitasi, energi potensial listrik, dan energi potensial elastis (pegas).

Energi potensial gravitasi dipengaruhi oleh adanya gaya gravitasi. Sebagai misal, orang melempar bola hingga menyebabkan bola memiliki energi kinetik. Dalam peristiwa ini, gerakan bola di udara dipengaruhi oleh kerja gaya gravitasi.

Sementara itu, energi potensial elastis terdapat di benda-benda elastis seperti karet, bola, pegas, tali, dan lain sebagainya. Contoh, saat busur panah ditarik, energi potensial pegas tersimpan. Makin panjang tali busur ditarik, bertambah besar energi potensial pegasnya. Begitu tarikan busur dilepas, energi potensial pegas berubah menjadi energi kinetik yang menggerakkan anak panah.

Energi potensial listrik (energi potensial elektrostatik) merupakan energi yang dihasilkan dari gaya Coulomb konservatif serta diasosiasikan dengan konfigurasi sejumlah muatan titik dalam sebuah sistem. Mudahnya, energi potensial listrik adalah energi yang muncul ketika suatu partikel bermuatan bergerak dalam medan listrik.

Sebagai contohnya, saat kita menyalakan lampu, energi potensial listrik di sirkuit listrik rumah digunakan untuk membuat lampu bercahaya. Saat saklar ditekan, energi potensial listrik berubah menjadi energi cahaya.

3. Rumus Energi Potensial

Mengacu Sistem Internasional (SI), satuan energi potensial adalah Joule (J). Ilmu Fisika mengenal beberapa rumus untuk menghitung energi potensial. Terdapat 3 rumus energi potensial yang paling umum digunakan, yakni:

a. Rumus Energi Potensial Gravitasi:

Ep = m.g.h

Keterangan:

Ep = energi potensial

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

h = ketinggian benda (m).

b. Rumus Energi Potensial Pegas (Elastis):

Ep = 1/2.k.x²

Keterangan:

Ep = energi potensial

k = konstanta coulomb

x = perubahan posisi (meter)

3. Rumus Energi Potensial Listrik:

Ep = Ep = [k.(Q1.Q2)]/r

Keterangan:

Ep = energi potensial

k = konstanta coulomb

Q1 dan Q2 = muatan listrik dua objek (dalam coulomb)

r = jarak antara dua objek (meter).

Contoh Soal Energi Potensial Beserta Jawabannya

Contoh soal energi potensial berikut ini mencakup berbagai pertanyaan yang berkaitan dengan materi energi potensial dalam pelajaran IPA atau Fisika. Sebagian pertanyaan itu merupakan contoh soal energi potensial gravitasi.

Berikut 15 contoh soal energi potensial beserta jawaban dan pembahasannya:

1. Sebuah bola besi dengan massa 5 kg diletakkan di ketinggian 10 meter dari permukaan tanah. Berapakah energi potensial gravitasi yang dimiliki bola besi tersebut? (g = 9,8 m/s²)

Jawaban:

Energi potensial gravitasi (EP) dihitung dengan rumus EP = mgh.

EP = 5 kg × 9,8 m/s² × 10 m

Ep = 490 Joule.

Jadi, energi potensial gravitasi yang dimiliki bola besi adalah 490 Joule.

2. Sebuah buku dengan massa 1 kg jatuh dari meja setinggi 1,5 meter. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada buku tersebut selama jatuh? (g = 9,8 m/s²)

Jawaban:

Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi (W) sama dengan perubahan energi potensial gravitasi, yang dihitung dengan rumus W = mgh.

W = 1 kg × 9,8 m/s² × 1,5 m

W = 14,7 Joule.

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada buku tersebut adalah 14,7 Joule.

3. Sebuah benda dengan massa 300 kg diletakkan di ketinggian 200 meter dari tanah. Jika percepatan gravitasi adalah 9,8 m/s², hitunglah energi potensial gravitasi yang dimiliki benda tersebut.

Jawaban:

Untuk menghitung energi potensial gravitasi, kita dapat menggunakan rumus Ep = mgh.

Ep = 300 kg x 9,8 m/s² x 200 m

Ep = 588.000 joule.

Jadi, energi potensial gravitasi yang dimiliki benda tersebut adalah 588.000 J.

4. Sebuah pegas memiliki konstanta pegas k = 200 N/m yang ditarik sejauh 0,1 m dari posisi setimbangnya. Berapa energi potensial pegas yang tersimpan di dalamnya?

Jawaban:

Untuk menghitung energi potensial pegas bisa menggunakan rumus: Ep = 1/2.k.x².

Ep = 1/2 x 200 x (0,1²)

Ep = 1/2 x 200 x 0,01

Ep = 1 Joule

Jadi, energi potensial pegas yang tersimpan di dalam pegas tersebut adalah 1 J.

5. Sebuah bola bermassa 0,2 kg diangkat dari permukaan bumi setinggi 5 meter. Berapa energi potensial gravitasi bola saat berada pada ketinggian tersebut?

Jawaban:

Ep = m.g.h

Ep = 0,2 x 9,8 x 5

Ep = 0.2 x 49

Ep = 9,8 Joule

Jadi, energi potensial gravitasi dari bola saat berada pada ketinggian 5 m dari permukaan bumi adalah 9,8 J.

6. Sebuah kelapa memiliki massa 2 kg dan berada pada ketinggian 20 meter dari permukaan bumi. Jika diketahui gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s², berapa energi potensial yang dimiliki kelapa pada ketinggian itu?

Jawaban:

EP = m.g.h

EP = 2.10.20

EP = 400 Joule

Jadi, energi potensialnya adalah 400 Joule.

7. Sebuah benda bermassa 5 kg memiliki energi potensial sebesar 1000 Joule pada ketinggian tertentu. Jika gravitasi di tempat itu adalah 10 m/s², berapakah perkiraan ketinggian benda tersebut dari permukaan bumi?

Jawaban:

EP =m.g.h

h =Ep/(m.g)

h =1000/(5.10)

h =20

Jadi, ketinggiannya adalah 20 meter.

8. Jika diketahui energi potensial benda pada ketinggian 2 meter sebesar 7000 Joule, berapakah perkiraan massa benda jika diketahui percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s² ?

Jawaban:

Nilai massa (m) benda dapat dihitung dengan memodifikasi persamaan energi potensial menjadi:

m = Ep/(g.h)

m = 7000/(2.10)

m = 7000/20

m = 350 kg

Jadi, jawaban untuk pertanyaan di atas adalah 350 kg.

9. Buah kelapa yang masih menggantung di pohon kira-kira massanya 2,5 kg. Jika ketinggian pohon kelapa tersebut 10 meter, berapa energi potensial buah kelapa tersebut? (g=10 m/s²)

Jawaban:

Diketahui:

m=2,5 kg

h=10 m

g=10 m/s²

Ditanya: Berapa energi potensial dari buah kelapa tersebut?

Dijawab:

Ep = m.g.h

Ep = 2,5 x 10 x 10

Ep = 250 Joule.

Maka, jawaban untuk pertanyaan di atas adalah 250 J.

10. Seorang buruh pelabuhan yang tingginya 1,5 meter mengangkat sekarung beras yang bermassa 50 kg dari permukaan tanah dan memberikan kepada seorang temannya yang berdiri di atas kapal. Jika orang tersebut tersebut berada 0,5 meter tepat di atas kepala buruh pelabuhan, hitung energi potensial karung berisi beras relatif terhadap:

a) permukaan tanah

b) kepala buruh pelabuhan

Jawaban:

Diketahui:

m = 50 kg

g = 10 m/s²

h = 1.5 m + 0.5

m = 2 m.

Ditanya: energi potensial terhadap (a) Permukaan tanah dan (b) Kepala buruh pelabuhan

Dijawab:

a) EP karung berisi beras relatif terhadap permukaan tanah. Ketinggian total karung beras dari permukaan tanah = 1,5 m + 0,5 m = 2 m.

EP = m,g.h

EP = 50.10.2

EP = 1000 Joule

Jadi, energi potensial karung berisi beras relatif terhadap permukaan tanah ialah 1000 J.

b) EP karung berisi beras relatif terhadap kepala buruh pelabuhan. Kedudukan karung beras diukur dari kepala buruh pelabuhan adalah 0,5 meter.

EP = m.g.h

EP = 50.10.0,5

EP = 250 Joule

Maka, energi potensial karung berisi beras relatif terhadap kepala buruh pelabuhan adalah 250 J.

11. Sebuah batu bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 meter. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², maka energi kinetik batu setelah berpindah sejauh 5 meter dari posisi awalnya adalah…

Jawaban:

Diketahui:

m = 2 kg

ho = 20 m

h’ = ho-h = 20-5 = 15 m

Ditanya: Energi kinetik dari batu?

Dijawab:

Kecepatan batu setelah berpindah 5 meter:

Vt² = 2.g.h

Vt² = 2.(10.5)

Vt² = 100

Energi kinetik batu pada ketinggian 15 meter:

Ek = ½.m. Vt²

Ek = ½.2.100

Ek = 100 Joule

Dengan demikian, energi kinetik batu setelah berpindah sejauh 5 meter dari posisi yang semula adalah 100 J.

12. Buah mangga ranum yang mengundang selera menggelayut di tangkai pohon mangga yang berjarak 10 meter dari permukaan tanah. Jika massa buah mangga tersebut 0,5 kg, percepatan gravitasi 10 m/s², berapakah energi potensialnya?

Jawaban:

Diketahui:

m = 0.5

g = 10 m/s²

h= 10m

Ditanya: Berapa Energi Potensialnya?

Dijawab:

EP = m.g.h

EP = 0,5.10.10

EP = 50 Joule

Jadi, energi potensial buah mangga tersebut adalah 50 J.

13. Elektron pada tabung televisi ditembakkan ke layar dengan beda potensial 12.000 volt. Jika 0,5% energi yang diterima layar diubah menjadi panas, kalor yang diterima layar dari setiap elektron adalah…

Jawaban:

Diketahui:

energi = 0,5%

Ep = 12.000 Volt

Ditanya: energi yang diterima layar?

Dijawab:

0,5% EP = Q

0,5% qΔV = Q

Q = 5.10^-3 (1e) 12.000 V

Q= 60 V

14. Jika medan listrik antara dua plat paralel sebesar 2400 N/C dan jarak antar-kedua plat 0,5 cm, beda potensialnya adalah...

Jawaban: