USAHA
DAN ENERGI
A. Usaha
Ketika mendengar kata
usaha pasti kita berpikir usaha adalah langkah atau cara yang ditempuh
untuk mencapai tujuan yang kita inginkan. Tetapi dalam pengertian usaha di
dalam fisika tentu saja berbeda dengan usaha dalam keseharian yang sering kita
dengar. Dalam fisika usaha didefinisikan sebagai hasil kali gaya dengan
perpindahan benda. Ketika gaya yang kita berikan terhadap benda menyebabkan benda berpindah maka
dapat dikatakan kita melakukan usaha terhadap benda tersebut.
Contoh : seorang anak mendorong
gerobak sehingga gerobak berpindah tempat, maka orang tersebut melakukan usaha
kepada gerobak. Doni mendorong mobil sekuat tenaga tetapi mobil tidak
berpindah tempat, maka dikatakan usaha Doni terhadap mobil sama dengan nol karena
perpindahan mobil sama dengan nol.
Besar usaha yang dilakukan benda dirumuskan :
W = F . s
Keterangan :
W = Usaha (joule)
F = Gaya (Newton)
S = perpindahan (meter)
W = Usaha (joule)
F = Gaya (Newton)
S = perpindahan (meter)
Apabila gaya yang
bekerja pada benda membentuk sudut terhadap perpindahan benda, besarnya
usaha dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :
W = F . s cos α
Contoh Soal :
Seorang anak menarik benda bermassa 2 kg dengan gaya 80 N
dengan sepotong tali dan membentuk sudut 600.
Usaha yang dilakukan anak tersebut untuk memindahkan benda sejauh 5 meter adalah...
Usaha yang dilakukan anak tersebut untuk memindahkan benda sejauh 5 meter adalah...
Pembahasan:
Diketahui:
Diketahui:
m = 2 kg
F = 80 N
θ = 600
s = 5 m
F = 80 N
θ = 600
s = 5 m
Ditanya: W = ... ?
Jawab:
Jawab:
W = F . s
cos
= 80 N . 5 m . cos 60˚
= 400 N . ½
= 200 N
Vektor gaya F dapat diuraikan menjadi dua komponen
gaya yang saling tegak lurus , yaitu komponen F cos
α yang searah dengan arah perpindahan benda dan F sin α yang
tegak lurus dengan arah perpindahan .
Ada beberapa keadaan istimewa yang dihasilkan sebagai berikut :
Ada beberapa keadaan istimewa yang dihasilkan sebagai berikut :
a.
Perpindahan Benda α = 0˚
Perpindahan benda
dengan sudut α = 0˚ menyatakan
bahwa arah gaya searah dengan perpindahan , sehingga diperoleh persamaan berikut
:
W = F . s cos α
W = F . s
b.
Perpindahan Benda α = 90˚
Perpindahan benda
dengan sudut α = 90˚ menyatakan bahwa gaya
F tegak lurus dengan arah perpindahan
, sehingga diperoleh :
W = F . s cos 90˚
W = F . s 0
W = 0
W = 0 tidak ada usaha yang
di lakukan oleh gaya. Dengan kata lain , arah gaya tegak lurus dengan arah
perpindahan benda , tidak melakukan usaha .
c.
Perpindahan Benda α = 180˚
Keadaan ini
menyatakan bahwa arah gaya berlawanan dengan arah perpindahan , sehingga
diperoleh persamaan berikut :
W = F . s cos 180˚
W = F . s . (-1)
W = -F . s
Usaha W negativ menunjukkan tidak ada gaya yang
bekerja pada benda untuk melakukan usaha . dengan kata lain , benda tidak
mengeluarkan energy, tetapi menerima energi.
d.
Perpindahan Benda s = 0
Arah gaya yang tegak
lurus dengan arah perpindahan benda tidak menghasilkan usaha. Sebagai
contohnya, seorang anak sedang berdiri sambil menggendong tas. Tas tersebut
memiliki gaya berat sebesar W dengan
arah kebawah.
B. Energi
Energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha .
Setiap aktivitas yang kita lakukan semua memerlukan energy . macam – macam
energy meliputi :
1. Energi
Mekanik
Energy mekanik adalah energy yang dimiliki benda dengan masa m yang sedang bergerak dengan kecepatan v.
Dengan persamaan matematisnya sebagai berikut :
EK = ½ m . V 2
Keterangan :
EK = energy
kinetic (J)
m = masa benda (kg)
v = kecepatan (m/s)
Contoh soal :
Sebuah balok bermassa 0,8 kg bergerak dengan kecepatan 9 m/s . tentukanlah
energy kinetic balok tersebut .
Diketahui : m = 0,8 kg
v = 9 m/s
Jawab :
EK
= ½
m . V 2
EK
= ½
(0,8) . (9)2
= 32,4 J
Jadi , energy kinetic balok tersebut adalah 32,4 J.
2. Energi
Potensial
Energi potensial adalah energi
yang dimiliki oleh suatu benda karena faktor ketinggian atau
kedudukan benda Terhadap permukaan
bumi .Secara
matematis dapat ditulis :
Ep
= m . g . h
Keterangan :
Ep = energi potensial (J)
m = massa (kg)
g = gravitasi bumi (m/s2)
h = ketinggian (m)
Ep = energi potensial (J)
m = massa (kg)
g = gravitasi bumi (m/s2)
h = ketinggian (m)
Contoh :
Tentukan energi potensial yang dimiliki oleh sebuah benda
bermassa 20 kg yang berada pada ketinggian 20 m di atas tanah.
Pembahasan
Dik :
m = 20 kg
g = 10 m/s2
h = 20 m
m = 20 kg
g = 10 m/s2
h = 20 m
jawab :
Ep
= m . g . h
Ep
= 20 . 10. 20
Ep
= 4000 joule
C. Hukum Kekekalan Energi
Mekanik
Dalam medan gravitasi “ jumlah energy potensial dan energy kinetic
suatu benda adlah tetap sama tidak ada gaya luar yang bekerja terhadap benda
itu “. Pernyataan tersebut dikenal sebagai hukum kekekalan energy mekanik.
Sebuah benda bermasa m bergerak jatuh
bebas dari posisi 1 ketinggian terhadap acuan (lantai). Sesaat kemudian ,
benda berada pada posisi 2 dengan ketinggian terhadap
acuan. Dikatakan bahwa pada benda tersebut terjadi pengurangan energy potensial
yang besarnya sama dengan usaha yang dilakukan gaya berat.
W = EP1
– EP2
Pada posisi 1 , kecepatan benda kemudian benda turun hingga pada posisi 2
dengan kecepatan .
Pada keadaan ini kecepatan benda bertambah karena benda sama dengan perubahan
energy kinetic yang besarnya :
W = EK1
– EK2
Maka akan di peroleh persamaan :
EP2
– EP1
= EK2 – EK1
EP1
– EK1
= EP2 – EK1
Jumlah energy mekanik pada kedudukan 1 sama dengan
jumlah energy mekanik pada kedudukan 2 .
Em2 = Em1
EP1 + EK1 = EP2
+ EK2
m . g . h1 + ½ m v1
2 = m . g . h2 + ½ m v2
2
Contoh Soal :
Sebuah bola bermasa m
dilemparkan vertical ke atas dengan kecepatan awal ,tentukan tinggi
maksimum yang dicapai.
Jawab :
Tinggi maksimum yang di capai adalah
EP1 + EK1 = EP2 + EK1
m . g . h1 + ½ m v1
2 = m . g . h2 + ½ m v2
2
0 + ½ m v1 2
= m . g . h2 + 0
Karena Vt = V0, maka ½ m v0 2 = mgh
h = vo2/2g
Jadi ,
tinggi maksimum yang dicapai adalah h = vo2/2g
D. Daya
Daya adalah laju energi yang
dihantarkan atau besarnya usaha yang dilakukan dalam selang waktu tertentu.
Dengan kata lain, daya adalah hasil bagi usaha terhadap waktu yang secara
matematis dapat ditulis sebagai berikut :
P = w/t (F.s)
t = F .v
Keterangan :
P = daya (J/s atau Watt)
W = usaha (J)
t = waktu (s)
F = gaya (N)
v = kecepatan (m/s)
P = daya (J/s atau Watt)
W = usaha (J)
t = waktu (s)
F = gaya (N)
v = kecepatan (m/s)
Contoh : Tentukan besar daya untuk memindahkan sebuah benda
sejauh 200 m dengan kecepatan konstan sebesar 10 m/s dan usaha sebesar 400
Joule.
Pembahasan
Pembahasan
Dik :
s = 200 m
v = 10 m/s
W = 400 J
s = 200 m
v = 10 m/s
W = 400 J
jawab :
P = w/t
Karena waktu tidak diketahui maka kita cari terlebih dahulu
waktunya. Berdasarkan GLB diperoleh :
t = s/v
t = 200/10
t = 20 s
P = w/t
P = 400/20
P = 20 j/s
Sumber :
http://bahanbelajarsekolah.blogspot.co.id/2014/11/rumus-usaha-energi-dan-daya.html
Content is Courtesy of bahanbelajarsekolah.blogspot.com
Content is Courtesy of bahanbelajarsekolah.blogspot.com
NAMA : IRMA RAHMAWATI
KELAS : XI. IPA 2
terima kasih ya, atas bantuannya🙂☺🙂☺
BalasHapusKurang lengkap
BalasHapusThanks brother
BalasHapusLumayan mudah di pahami
BalasHapussemoga bermanfaat
BalasHapusNice makasih materi nya
BalasHapusmaterinya oke banget kak
BalasHapuspaket axis unlimited
Mudah dipahami
BalasHapus