A.
USAHA
Pengertian Usaha
Usaha adalah energi yang disalurkan gaya ke
sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak (wikipedia 2013).
Usaha
dilambangkan dengan huruf (W), digambarkan sebagai sesuatu yang dihasilkan oleh
Gaya (F) ketika Gaya bekerja pada benda hingga benda bergerak dalam jarak
tertentu. Hal yang paling sederhana adalah apabila Gaya (F) bernilai konstan
(baik besar maupun arahnya) dan benda yang dikenai Gaya bergerak pada lintasan
lurus dan searah dengan arah Gaya tersebut. Secara matematis,
Usaha yang dilakukan
oleh gaya yang konstan didefinisikan sebagai hasil kali perpindahan dengan gaya
yang sejajar dengan perpindahan.
Persamaan matematisnya adalah :
W = F s
W = adalah usaha alias kerja
F
= adalah gaya yang sejajar dengan perpindahan
s =
adalah perpindahan.
Apabila gaya
konstan tidak searah dengan perpindahan, sebagaimana tampak pada gambar di
bawah, maka usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda didefinisikan sebagai
perkalian antara perpindahan dengan komponen gaya yang searah dengan
perpindahan. Komponen gaya yang searah dengan perpindahan adalah F cos θ .
Secara matematis dirumuskan sebagai berikut :
W = (F cos θ )
. s
= F.s cos θ
W = adalah usaha alias kerja
F
= adalah gaya yang sejajar dengan perpindahan
s = adalah perpindahan
Usaha hanya memiliki besar dan
tidak mempunyai arah, karenanya termasuk besaran skalar. Walaupun gaya dan
perpindahan termasuk besaran vektor tetapi usaha merupakan besaran skalar
karena diperoleh dari perkalian skalar.
Contoh soal
Sebuah balok ditarik gaya F = 120 N yang membentuk sudut 37o
terhadap arah horizontal seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.Jika balok bergeser sejauh
10 m, tentukan usaha yang dilakukan pada balok!
Pembahasan
Pembahasan
W =
F S Cos θ
=
120 * 10 *Cos 37
=
120*10*0.8
=
960 Joule
B.
Gaya
konservatif
Adalah gaya yang beraksi pada
sistem tertutup yang memiliki sebuah kerja mekanis terkait yang membutuhkan energi
untuk mengubah ke bentuk kinetik atau
potensial. (Wikipedia 2013)
W = F s
W = adalah usaha alias kerja
F
= adalah gaya yang sejajar dengan perpindahan
s =
adalah perpindahan.
Contoh soal
Tinjau sebuah
benda yang bergerak vertikal ke atas lalu benda tersebut bergerak vertikal ke
bawah menuju posisinya semula.
Ketika benda
bergerak ke atas, arah perpindahan benda ke atas, sebaliknya arah gaya
gravitasi atau gaya berat (w) ke bawah. Arah perpindahan benda berlawanan
dengan arah gaya gravitasi karenanya gaya gravitasi melakukan usaha negatif.
Pembahasan
W1 =
F s
=
w h (cos 180)
=
w h (-1)
=
– 1*10*1
=
– 10
Ketika benda bergerak ke bawah
menuju posisinya semula, arah perpindahan benda ke bawah dan arah gaya
gravitasi juga ke bawah. Arah perpindahan benda sama dengan arah gaya gravitasi
karenanya gaya gravitasi melakukan usaha positif.
W2 =
F s
=
w h (cos 0)
=
w h (1)
=
10*1*1
=
10
Usaha total yang dilakukan oleh gaya
gravitasi pada benda selama benda bergerak ke atas lalu bergerak ke bawah sama
dengan nol.
Wtotal = W1 + W2
=
– 10 + 10
=
0
C.
Energi
Kinetik
Sebelm ketia membahas tentang
energi keinetik lebih dahulu kita mengetahui tentang pengertian energi, Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Jadi Energi kinetik adalah bagian energi yang berhubungan
dengan gerakan suatu benda.
Ek = 1/2 m v^2
Keterangan:
Ek =
energi kinetik
m = massa
benda
v = kecepatan
linier benda
Contoh soal
Sebuah sepeda
yang massanya 40 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan besar energi
kinetik sepeda tersebut!
Pembahasan
Ek = 1/2 m v2
= 1/2 x 40 x 102
= 2000 joule
D.
Energi
Potensial
Energi potensial adalah energi
yang memperngaruhi benda karena posisi (
ketinggian)
benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak lain terkait dengan
arah dari
gaya
yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut.
Ep = m g h
Ep = Energi Potensial
m
= Massa benda
g = Gravitasi
h = Ketinggian
Contoh soal
Buah mangga bermassa 0,5 kg tergatung pada tangkainya yang
berada pada ketinggian 2 m dari atas tanah. Jika percepatan gravitasi bumi
adalah 10 m/s2 tentukan besar energi potensial yang dimiliki oleh
buah mangga tadi!
Pembahasan
Energi potensial gravitasi
Ep = m x g x h
=
0,5 x 10 x 2
=
10 joule
