Jawaban:

Energi potensial/E_p = 2 kg x 9,8 m/s^2 x 15 m = 294 J

E_m = 196 J + E_k

294 J = 196 J + E_k

Energi kinetik/E_k = 98 J

Penjelasan:

Dalam masalah ini, kita akan menggunakan konsep energi potensial gravitasi (E_p = mgh) dan energi kinetik (E_k = 0.5mv^2) untuk menghitung energi potensial dan kinetik dari benda.

Pertama-tama, kita dapat menghitung energi potensial benda ketika berada di lantai 4 bangunan, dengan menggunakan persamaan energi potensial gravitasi:

E_p = mgh

Di mana m adalah massa benda (2 kg), g adalah percepatan gravitasi (9,8 m/s^2), dan h adalah ketinggian benda dari permukaan tanah (dalam meter).

E_p = 2 kg x 9,8 m/s^2 x 15 m = 294 J

Jadi, energi potensial benda ketika berada di lantai 4 bangunan adalah sebesar 294 Joule.

Selanjutnya, kita dapat menghitung energi kinetik benda ketika berada pada ketinggian 5 meter dari tanah. Karena benda telah dijatuhkan dari ketinggian 15 m, maka energi potensialnya pada ketinggian 5 m dapat dihitung dengan persamaan yang sama seperti sebelumnya:

E_p = mgh

Di mana h sekarang adalah selisih antara ketinggian benda pada lantai 4 dan ketinggian benda pada ketinggian 5 m (15 m - 5 m = 10 m).

E_p = 2 kg x 9,8 m/s^2 x 10 m = 196 J

Kemudian, dengan asumsi tidak ada energi yang hilang akibat gesekan dengan udara atau lainnya, maka seluruh energi potensial pada ketinggian 5 m akan berubah menjadi energi kinetik. Sehingga, energi kinetik benda pada ketinggian 5 m dapat dihitung dengan menggunakan persamaan energi kinetik:

E_k = 0.5mv^2

Di mana m adalah massa benda (2 kg), dan v adalah kecepatan benda pada ketinggian 5 m.

Untuk mencari v, kita dapat menggunakan persamaan energi mekanik (E_m = E_k + E_p), di mana E_m adalah energi mekanik total benda dan setara dengan jumlah energi potensial dan kinetiknya. Pada ketinggian 5 m, energi mekanik benda dapat ditulis sebagai:

E_m = E_p + E_k

= 196 J + E_k

Dari hasil sebelumnya, E_p = 196 J, sehingga:

E_m = 196 J + E_k

Karena energi mekanik pada awalnya adalah sama dengan energi potensialnya pada ketinggian 5 m, maka:

E_m = 294 J

Maka, dengan menggabungkan persamaan di atas, kita dapat menyelesaikan untuk E_k:

E_m = 196 J + E_k

294 J = 196 J + E_k

E_k = 98 J

Jadi, energi kinetik benda ketika berada pada ketinggian 5 m dari tanah adalah 98 Joule.E_m = 196 J + E_k

294 J = 196 J + E_k

E_k = 98 J

Jadi, energi kinetik benda ketika berada pada ketinggian 5 m dari tanah adalah 98 Joule.