1. Bola voli bermassa 240 g dilempar ke bawah dari ketinggian 10 m dengan kecepatan 2,5 m/s. Hitung energi kinetik pada ketinggian 3 m. 2. Andi menggunakan setrika dengan arus 2 A dan tegangan 220 V selama 1 jam dengan efisiensi 60%. Hitung kalor yang dihasilkan. 3. Jeruk bermassa 180 g jatuh dari ketinggian 1 m dengan kecepatan 0,5 m/s. Hitung energi mekanik saat 20 cm dari lantai. 4. Sebutkan sektor dengan kebutuhan energi nasional terbesar. 5. Sebutkan besaran penting dalam pemanfaatan gelombang air laut sebagai pembangkit listrik. 6. Sebutkan energi tidak terbarukan alternatif pengganti energi fosil. 7. Air terjun 20 m dengan debit 80 L/s dan efisiensi kincir 40%. Hitung kecepatan kincir. 8. Benda 300 g dijatuhkan dari 15 m. Hitung kecepatan saat ketinggian 5 m. 9. Setrika menghasilkan 324 kJ dalam 10 menit dengan tegangan 300 V dan arus 2 A. Hitung efisiensi energi. 10. Kincir angin massa 15 kg berputar 20 m/s selama 10 menit, arus 0,5 A, efisiensi 40%. Hitung tegangan yang dihasilkan. --- 1. **Diketahui:** - Massa bola voli $m=0{,}24$ kg - Ketinggian awal $h_1=10$ m - Kecepatan awal $v_0=2{,}5$ m/s - Ketinggian akhir $h_2=3$ m - Gravitasi $g=10$ m/s$^2$ **Ditanya:** Energi kinetik pada ketinggian 3 m **Rumus:** Energi mekanik total $E = E_p + E_k$ Energi potensial $E_p = mgh$ Energi kinetik $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ Karena energi mekanik total konstan: $$E = mgh_1 + \frac{1}{2}mv_0^2 = mgh_2 + \frac{1}{2}mv^2$$ Langkah: 1. Hitung energi mekanik total awal: $$E = 0{,}24 \times 10 \times 10 + \frac{1}{2} \times 0{,}24 \times 2{,}5^2 = 24 + 1{,}5 = 25{,}5 \text{ J}$$ 2. Hitung energi potensial pada ketinggian 3 m: $$E_p = 0{,}24 \times 10 \times 3 = 7{,}2 \text{ J}$$ 3. Energi kinetik pada ketinggian 3 m: $$E_k = E - E_p = 25{,}5 - 7{,}2 = 18{,}3 \text{ J}$$ **Jawaban:** Energi kinetik pada ketinggian 3 m adalah $18{,}3$ J. --- 2. **Diketahui:** - Arus $I=2$ A - Tegangan $V=220$ V - Waktu $t=1$ jam = 3600 s - Efisiensi $\eta=60\% = 0{,}6$ **Ditanya:** Kalor yang dihasilkan **Rumus:** Energi listrik masuk $E_{in} = VIt$ Kalor yang dihasilkan $Q = \eta E_{in}$ Langkah: 1. Hitung energi listrik masuk: $$E_{in} = 220 \times 2 \times 3600 = 1{,}584{,}000 \text{ J}$$ 2. Hitung kalor yang dihasilkan: $$Q = 0{,}6 \times 1{,}584{,}000 = 950{,}400 \text{ J}$$ **Jawaban:** Kalor yang dihasilkan adalah $950{,}400$ J. --- 3. **Diketahui:** - Massa jeruk $m=0{,}18$ kg - Ketinggian awal $h_1=1$ m - Kecepatan awal $v_0=0{,}5$ m/s - Ketinggian akhir $h_2=0{,}2$ m - Gravitasi $g=10$ m/s$^2$ **Ditanya:** Energi mekanik pada ketinggian 20 cm **Rumus:** Energi mekanik total $E = mgh_1 + \frac{1}{2}mv_0^2 = mgh_2 + \frac{1}{2}mv^2$ Langkah: 1. Hitung energi mekanik total awal: $$E = 0{,}18 \times 10 \times 1 + \frac{1}{2} \times 0{,}18 \times 0{,}5^2 = 1{,}8 + 0{,}0225 = 1{,}8225 \text{ J}$$ 2. Energi mekanik saat 20 cm dari lantai sama dengan energi total karena konservasi energi: $$E = 1{,}8225 \text{ J}$$ **Jawaban:** Energi mekanik buah jeruk saat 20 cm dari lantai adalah $1{,}8225$ J. --- 4. **Jawaban:** Sektor industri memiliki kebutuhan energi nasional paling besar. --- 5. **Jawaban:** Besaran penting adalah amplitudo dan frekuensi gelombang air laut. --- 6. **Jawaban:** Energi nuklir adalah energi tidak terbarukan yang dapat digunakan sebagai alternatif pengganti energi fosil. --- 7. **Diketahui:** - Ketinggian air terjun $h=20$ m - Debit air $Q=80$ L/s = 0,08 m$^3$/s - Massa jenis air $\rho=1000$ kg/m$^3$ - Efisiensi kincir $\eta=40\% = 0{,}4$ - Gravitasi $g=10$ m/s$^2$ - Massa kincir $m=25$ kg **Ditanya:** Kecepatan kincir saat bergerak **Rumus:** Daya potensial air: $$P = \rho g Q h$$ Daya efektif kincir: $$P_{efektif} = \eta P$$ Energi kinetik kincir: $$E_k = \frac{1}{2} m v^2$$ Daya kinetik kincir: $$P_{kinetik} = \frac{E_k}{t}$$ Asumsikan steady state, daya kinetik kincir sama dengan daya efektif air: $$P_{kinetik} = P_{efektif}$$ Langkah: 1. Hitung daya potensial air: $$P = 1000 \times 10 \times 0{,}08 \times 20 = 16{,}000 \text{ W}$$ 2. Hitung daya efektif kincir: $$P_{efektif} = 0{,}4 \times 16{,}000 = 6{,}400 \text{ W}$$ 3. Hubungkan dengan energi kinetik kincir: $$6{,}400 = \frac{1}{2} \times 25 \times v^2 / t$$ Karena waktu tidak diberikan, asumsikan daya kinetik sama dengan daya efektif, sehingga: $$6{,}400 = \frac{1}{2} \times 25 \times v^2$$ 4. Selesaikan untuk $v$: $$6{,}400 = 12{,}5 v^2$$ $$v^2 = \frac{6{,}400}{12{,}5} = 512$$ $$v = \sqrt{512} = 22{,}63 \text{ m/s}$$ **Jawaban:** Kecepatan kincir saat bergerak adalah sekitar $22{,}63$ m/s. --- 8. **Diketahui:** - Massa $m=0{,}3$ kg - Ketinggian awal $h_1=15$ m - Ketinggian akhir $h_2=5$ m - Gravitasi $g=10$ m/s$^2$ **Ditanya:** Kecepatan saat ketinggian 5 m **Rumus:** Energi mekanik total: $$E = mgh_1 = mgh_2 + \frac{1}{2}mv^2$$ Langkah: 1. Hitung energi potensial awal: $$E = 0{,}3 \times 10 \times 15 = 45 \text{ J}$$ 2. Energi potensial pada 5 m: $$E_p = 0{,}3 \times 10 \times 5 = 15 \text{ J}$$ 3. Energi kinetik pada 5 m: $$E_k = E - E_p = 45 - 15 = 30 \text{ J}$$ 4. Hitung kecepatan: $$30 = \frac{1}{2} \times 0{,}3 \times v^2$$ $$30 = 0{,}15 v^2$$ $$v^2 = \frac{30}{0{,}15} = 200$$ $$v = \sqrt{200} = 14{,}14 \text{ m/s}$$ **Jawaban:** Kecepatan benda saat ketinggian 5 m adalah $14{,}14$ m/s. --- 9. **Diketahui:** - Kalor $Q=324$ kJ = 324000 J - Tegangan $V=300$ V - Arus $I=2$ A - Waktu $t=10$ menit = 600 s **Ditanya:** Efisiensi energi **Rumus:** Energi listrik masuk: $$E_{in} = VIt$$ Efisiensi: $$\eta = \frac{Q}{E_{in}}$$ Langkah: 1. Hitung energi listrik masuk: $$E_{in} = 300 \times 2 \times 600 = 360{,}000 \text{ J}$$ 2. Hitung efisiensi: $$\eta = \frac{324{,}000}{360{,}000} = 0{,}9 = 90\%$$ **Jawaban:** Efisiensi energi setrika adalah 90%. --- 10. **Diketahui:** - Massa turbin $m=15$ kg - Kecepatan putar $v=20$ m/s - Waktu $t=10$ menit = 600 s - Arus $I=0{,}5$ A - Efisiensi generator $\eta=40\% = 0{,}4$ **Ditanya:** Tegangan yang dihasilkan **Rumus:** Energi kinetik turbin: $$E_k = \frac{1}{2} m v^2$$ Daya kinetik: $$P = \frac{E_k}{t}$$ Daya listrik keluar: $$P_{out} = \eta P$$ Tegangan: $$V = \frac{P_{out}}{I}$$ Langkah: 1. Hitung energi kinetik turbin: $$E_k = \frac{1}{2} \times 15 \times 20^2 = 0{,}5 \times 15 \times 400 = 3000 \text{ J}$$ 2. Hitung daya kinetik: $$P = \frac{3000}{600} = 5 \text{ W}$$ 3. Hitung daya listrik keluar: $$P_{out} = 0{,}4 \times 5 = 2 \text{ W}$$ 4. Hitung tegangan: $$V = \frac{2}{0{,}5} = 4 \text{ V}$$ **Jawaban:** Tegangan yang dihasilkan adalah 4 V.