Usaha dan Energi

USAHA dan ENERGI

USAHA

USAHA (KERJA) didefinisikan sebagai perkalian GAYA, pada arah perpindahan; dengan perpindahannya.

 

keterangan:

W = usaha atau kerja yang dilakukan (joule, J)

 F = gaya yang bekerja pada benda (newton, N)

  s = perpindahan, atau jarak (meter, m)

PR

Sebuah benda bermassa 10 kg berada di bidang datar licin. Pada benda bekerja gaya tetap 40 N sehingga dalam selang waktu 10 s benda mempunyai kecepatan40 m/s. Anggap benda bergerak dari keadaan diam. Berapa usaha yang dilakukan pada benda?

PR kedua di buku paket kajian konsep Fisika halaman 88 no 19

Perhatikan gambar berikut ini!Tentukan besar usaha yang dilakukan oleh:

(a)         gaya F = 100 N

(b)        gaya F_g = 50 N

(c)         gaya berat W

(d)        gaya normal N

(e)           gaya resultan

Jika gaya Fyang  bekerja pada benda membentuk sudut θ terhadap arah perpindahan/horizontal, maka USAHA yang dilakukan pada benda dihitung dengan:

 

v  gaya menghasilkan usaha positif, jika komponen gaya searah dengan perpindahannya (nilai θ< 90º)

v  gaya menghasilkan usaha negatif, jika komponen gaya berlawanan arah dengan perpindahannya (nilai θ> 90º)

v  gaya menghasilkan usaha nol, jika tidak ada komponen gayanya (nilai θ = 90º)

 

teladan:

Sebuah balok bermassa 10 kg ditarik dengan gaya konstan F = 80 N, se-perti pada gambar. Hitung usaha yang dilakukan untuk menggeser balok sejauh 10 m!

 

Seorang anak membawa tas yang massanya 4 kg (lihat gambar). Berapa usaha yang dilakukan oleh anak setelah berjalan sejauh 10 m? Percepatan gravitasi, g = 10 m.s^-2.  

ENERGI KINETIK

Energi Kinetik  adalah energi  yang diperoleh sebagai akibat dari gerakan sebuah obyek/benda.

Untuk sebuah benda bermassa m dan berge-rak dengan kecepatan v, maka energi kinetik benda dirumuskan de-ngan:

EK = energi kinetik (joule, J)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda (m.s^-1)

teladan:

Berapakah energi kinetik sebuah truk bermassa 10 ton yang sedang melaju dengan kecepatan 72 km/jam?

Sebuah benda bermassa 10 kg sedang bergerak dengan kecepatan 10 m.s^-1. Suatu gaya tetap 40 N bekerja pada benda selama 10 sekon.

(a)       Tentukan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir yang dimiliki benda!

(b)       Berapa perubahan energi kinetik yang dialami oleh benda!

(c)       Hitung besar usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda!

teorema USAHA – ENERGI KINETIK

” usaha yang dilakukan pas

a sebuah benda besarnya sama dengan perubahan energi kinetik benda itu”

teladan:

Sebuah benda bermassa 10 kg sedang bergerak lurus sepanjang bidang datar licin dengan kecepatan 5 m.s^-1.

Suatu gaya konstan F bekerja pada benda,sehingga setelah 10 sekon kecepatannya menjadi 25 m.s^-1.

(a)         Hitung energi kinetik awal dan energi kinetik akhir yang dimiliki benda!

(b)       Berapa perubahan energi kinetik benda?

(c)         Berapa besar gaya F yang bekerja pada benda?

(d)        Dalam selang waktu tersebut, berapa jarak yang telah ditempuh oleh benda?

(e)        Berapa usaha yang telah dilakukan pada benda?

ENERGI POTENSIAL GRAVITASI

Energi Potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi (ketinggian) benda tersebut diukur terhadap acuan tertentu.

Energi Potensial yang disebabkan oleh gravitasi, dirumuskan sebagai:

 

EP = energi potensial (J)

 m = massa benda (kg)

 h = ketinggian (m)

 g = percepatan gravitasi

 

Sebuah bola bermassa 2 kg berada di tiga posisi yang berbeda. Posisi (a) berada pada ketinggian 5 meter, posisi (b) berada pada ketinggian 10 meter, dan posisi (c) berada pada ketinggian 20 meter. Anggap percepatan gravitasi di tempat itu adalah 10 m.s^-2. Tentukan besar energi potensial bola di setiap posisi!

HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK

Pada sistem yang terisolasi (hanya bekerja gaya berat dan tidak ada gaya luar yang bekerja) energi mekanik sistem selalu konstan.

Energi Mekanik yang dimaksud pada hukum kekekalan energi mekanik adalah jumlah energi potensial dengan energi kinetik.

 

Perhatikan gambar di samping! Buah kelapa bermassa 2 kg jatuh dari ketinggian 20 m di atas tanah (titik A). Percepatan gravitasi di tempat itu 10 m.s^-2.  Tentukan energi kinetik kelapa ketika berada di...

(a)         titik B

(b)        titik C

Sebuah bola bermassa 1 kg dilepaskan dari titik A menuruni bidang seper-empat lingkaran tanpa gesekan. Jika jari-jari seperempat lingkaran 5 meter, maka berapakah kecepatan bola saat mencapai titik B?

 

Sebuah balok 5 kg meluncur dari titik A menuruni bidang miring licin, lihat gambar! Ketinggian titik A = 20 m, dan titik C = 15 m. Anggap g = 10 m.s^-2.  Hitung energi kinetik balok pada saat melalui titik B dan C!

Tentukan juga kecepatan balok ketika melalui titik B dan C!

Daya dalam fisikadiartikan sebagai laju energi yang dihantarkan atau kerja yang dilakukan per satuanwaktu. Daya dilambangkan dengan P.

P = daya (watt, W)

W = usaha yang dilakukan (J)

t = selang waktu ( s )

teladan:

Sebuah mobil mampu menca-pai kecepatan 100 km/jam dari keadaan diam dalam waktu 4 detik. Massa mobil berikut penumpangnya adalah 2000 kg. Berapa besar daya yang dimiliki mesin mobil itu?

v Daya kuda atau tenaga kudaadalah salah satu unit pengukuran daya yang setara dengan 746 watt.