11. Sebuah paku dipukul menggunakan palu dengan kecepatan 30 m/s pada sebuah balok sehingga paku tersebut menancap sejauh 6 cm. Jika massa palu 400 g, gaya tahan kayu adalah .... A. 300 N D. 1.800 N B. 600 N E. 3.000 N C. 1.200 N 1 Darbatilgan gambar berikut 

Pada soal tersebut, palu dengan kecepatan tertentu menghantam paku hingga akhirnya paku menancap pada kedalaman tertentu dalam sebuah kayu. Ini artinya palu memiliki energi untuk melakukan usaha hingga akhirnya dapat menancapkan paku nih. Nah kita review terlebih dahulu konsep usaha dan energi ya.

Identifikasi Konsep

Kerja atau usaha adalah energi yang ditransfer oleh gaya ke sebuah benda untuk membuat benda mengalami perpindahan. Usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan perpindahan, sehingga secara matematis dapat dirumuskan sebagai:

\(W=F\cdot s\)

dengan:
\(W\) = usaha (J)
\(F\) = gaya yang bekerja (N)
\(s\) = perpindahan (m)

Usaha dapat bernilai nol, positif, atau negatif. Usaha bernilai nol apabila gaya yang dikerjakan pada benda tidak mengakibatkan perpindahan tempat dari benda. Usaha bernilai positif apabila gaya searah dengan perpindahan, sebaliknya usaha bernilai negatif bila gaya berlawanan arah dengan perpindahan.

Nah pada soal tersebut, palu dengan kecepatan tertentu menghantam paku hingga akhirnya paku menancap pada kedalaman tertentu dalam sebuah kayu. Artinya palu memiliki energi yang digunakan untuk melakukan usaha nih. Apakah kamu dapat menentukan energi apa yang dimiliki palu? Energi yang dimiliki palu adalah energi kinetik ya, yaitu energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak.

Kita analisis besaran yang diketahui pada soal
kecepatan palu mula-mula \(v_1\) = 30 m/s
kecepatan akhir palu \(v_2\) = 0 , karena palu diam setelah menghantam paku
kedalaman \(s\) = 6 cm = 0,06 m
massa palu \(m\) = 400 gram = 0,4 kg

Yang ditanyakan adalah gaya tahan kayu \(F\)?

Energi kinetik yang dimiliki palu digunakan untuk melakukan usaha. Sehingga
\(\triangle EK=W\)
\(\frac{1}{2}m(v_2^2-v_1^2)=F\cdot s\)
\(\frac{1}{2}0,4(0^2-30^2)=F\cdot 0,06\)
\(0,2(0-900)=F\cdot 0,06\)
\(0,2(-900)=F\cdot 0,06\)
\(-180=F\cdot 0,06\)
\(F=\frac{-180}{0,06}\)
\(F=-3000\)
Sehingga gaya tahan kayu adalah 3000 N. Tanda negatif menunjukkan arah gaya tahan kayu berlawanan dengan gaya tekan oleh palu.

Pembahasan Identifikasi Masalah dan Solusi

Jadi gaya tahan kayu adalah 3000 N. Jawabannya adalah E.