Jelaskan hubungan antara usaha dengan energi potensial! *

Hubungan usaha dan energi dapat kita jumpai pada benda yang bergerak. Benda yang bergerak ke bawah karena gaya gravitasi maka pada keadaan tersebut terdapat hubungan usaha dan energi potensial gravitasi.

Table of Contents Show

Hubungan Usaha Dan Energi Kinetik
Hubungan usaha dan energi
1. Hubungan antara usaha dan energi kinetik
2. Hubungan usaha dan energi potensial
Video yang berhubungan

Advertisment

Misalnya sebuah balok bermassa m diikat pada seutas tali dan tali digulung pada suatu katrol licin. Anggap katrol dan tali tak bermassa. Balok mula-mula berada pada ketinggian h1, beberapa saat kemudia balok berada pada ketinggian h2.

Hubungan usaha dan energi potensial

Turunnya balok disebabkan adanya tarikan gaya gravitasi. Besarnya usaha gaya gravitasi sama dengan gaya gravitasi (m g) dikalikan dengan perpindahan (h1 – h2). Secara matematis ditulis sebagai berikut.

W = mg (h1 – h2)
W = mgh1 – mgh2
W = Ep1 – Ep2
W = (Ep1 – Ep2)

W = – Δ Ep

Dengan ΔEp merupakan negatif perubahan energi potensial gravitasi. Besarnya energi potensial grabvitasi sama dengan energi potensial akhir dikurangi energi potensial mula-mula ( ΔEp = Ep akhir – Ep awal). Persamaan ini menyatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi sama dengan minus perubahan energi potensial gravitasi.

Perhatikan gambar diatas, energi potensial gravitasi pada umumnya terjadi pada benda jatuh bebas atau memiliki lintasan yang lurus. Untuk bidang melingkar dan bidang miring, persamaan energi potensial gravitasinya adalah sebagai berikut.

Untuk bidang melingkar :
EpA = m g h = m g R dan EpB = 0

Untuk bidang miring :

EpA = m g h = m g s sin α dan EpB = 0

Hubungan Usaha Dan Energi Kinetik

Misalnya sebuah balok yang mempunyai massa m bergerak dengan kecepatan awal vo. Karena pengaruh gaya F, maka balok setelah t detik kecepatannya menjadi vt dan berpindah sejauh s.

Hubngan usaha dan energi pada balok yang dipindahkan

Perhatikan gambar diats, apabila gaya yang diberikan kepada balok besarnya tetap, maka persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut.

vt = vo + at, maka a =

s =

Usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah :

W = F · s = m · a · s

W =

W = m (vt – v0 ) (vt + v0)

W = m (vt2 – v02)

W = m vt2 – m v02

Hubungan tersebut secara fisis dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya sama dengan perubahan energi kinetik benda. Persamaan di atas merupakan hubungan usaha dengan energi kinetik.

Pembahasan berikut ini adalah penjelasan tentang hubungan usaha dan energi baik energi kinetik maupun energi potensial dilengkapi dengan contoh soalnya dan pembahasannya.

Hubungan usaha dan energi

Mengapa sebuah benda dapat melakukan usaha? Gaya yang bekerja pada suatu benda menyebabkan benda berpindah dari kedudukan semula, dikatakan benda melakukan usaha.

Sebuah benda dapat melakukan usaha pada benda lain jika memiliki energi. Semakin banyak energi yang dimiliki sebuah benda, semakin besar juga usaha yang dapat dilakukannya.

Usaha dan energi memiliki hubungan yang sangat erat. Jika pada suatu benda terjadi perubahan energi maka benda itu mendapatkan usaha dari gaya yang bekerja padanya. Bagaimana hubungan antara usaha dengan energi kinetik dan energi potensial?

1. Hubungan antara usaha dan energi kinetik

Tahukah kamu, mengapa benda dapat bergerak? Benda dikatakan bergerak jika ada gaya yang bekerja pada benda itu dan benda mengalami perpindahan sehingga melakukan usaha. Besarnya usaha yang dilakukan benda merupakan perubahan energi kinetik pada benda.

Secara matematis dirumuskan sebagai berikut.

W = Ek2 – Ek1

Keterangan: W = usaha yang dilakukan oleh benda (J)

Ek1 = energi kinetik awal benda (J)

Ek2 = energi kinetik akhir benda (J)

Contoh Soal tentang Hubungan usaha dan Energi Kinetik

Wawan mengayuh sepeda mula-mula dengan kelajuan 1 m/s. Kemudian, kelajuannya ditambah sehingga menjadi 2 m/s. Jika massa sepeda yang dikayuh 15 kg, berapakah usaha yang dilakukan Wawan pada sepedanya?

Gambar: Contoh Usaha

Pembahasan

Diketahui:
v1 = 1 m/s
v2 = 2 m/s
m = 15 kg

Ditanya:
W = …?

Jawab:

Ek1 = 1/2 x mv12
= 1/2 x 15 kg (1 m/s)2
= 7,5 kg m2/s2 = 7,5 J

Ek2 = 1/2 x mv22
= 1/2 x 15 kg (2 m/s)2
= 30 kg m2/s2 = 7,5 J

W = Ek 2 – Ek 1
= 30 J – 7,5 J = 22,5 J

Jadi, usaha yang dilakukan Wawan pada sepedanya sebesar 22,5 joule.

2. Hubungan usaha dan energi potensial

Pernahkah kamu memindahkan benda dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi, misalnya dari kursi ke atas meja, atau sebaliknya? Jika pernah, itu berarti kamu telah melakukan usaha pada benda itu sehingga benda berpindah dari kursi ke meja.

Energi potensial benda yang berada di kursi setelah kamu pindahkan ke meja maka berubah karena ketinggian kursi dan meja berbeda. Jika energi potensial benda pada saat berada di kursi sebesar EP1 dan energi potensial benda setelah berada di meja sebesar EP2 maka besar usaha yang kamu lakukan pada benda dirumuskan sebagai berikut.

W = EP2 – EP1

Keterangan: W = usaha yang dilakukan pada benda (J)

Ep1 = energi potensial benda pada keadaan awal (J)

Ep2 = energi potensial benda pada keadaan akhir (J)

Contoh Soal tentang Hubungan Usaha dan Energi Potensial

Sebuah TV yang massanya 5 kg dipindahkan dari tempat setinggi 100 cm ke tempat yang tingginya 3 m. Jika percepatan gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s2, berapa usaha yang dilakukan pada TV?

Pembahasan

Diketahui: m = 5 kg h1 = 100 cm = 1 m h2 = 3 m

g = 10 m/s2

Ditanya: W = …?

Jawab: W = Ep2 – Ep1
= mgh2 – mgh1
= mg (h2 – h1) = 5 kg×10 m/s2 (3 m – 1 m)

= 100 kg m2/s2 = 100 J

Jadi, usaha yang dilakukan pada TV sebesar 100 Joule.

Baca juga: Pengertian Induksi Elektromagnetik