Kehidupan manusia tidak pernah lepas dari usaha dan energi. Manusia membutuhkan energi agar dapat melakukan usaha. Usaha dikaitkan dengan melakukan sesuatu yang harus diselesaikan. Sedangkan energi sangat diperlukan agar kita mampu melakukan suatu aktivitas sehari-hari. Energi mengalami perubahan dari bentuk satu menjadi energi bentuk lain. Konsep usaha dan konsep energi merupakan konsep menarik dalam fisika. Banyak soal fisika dapat diselesaikan lebih mudah dengan konsep ini dibandingkan dengan menggunakan hukum Newton. Pada bab ini kalian akan mempelajari konsep usaha dan energi serta aplikasinya dalam berbagai soal fisika, juga akan mempelajari berbagai jenis energi seperti energi kinetik dan energi potensial. Dan juga hubungan konsep energi-energi dengan hukum kekekalan energi mekanik. KONSEP USAHA Dalam Fisika, usaha (W) memiliki definisi yang lebih khusus. Jika Anda memberikan gaya konstan F pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sejauh s. Usaha untuk memindahkan suatu benda dengan massa yang lebih besar (ini berarti gaya yang digunakan juga lebih besar) diperlukan usaha yang lebih besar pula. Ini berarti usaha berbanding lurus dengan gaya yang dilakukan pada benda. Untuk memindahkan benda ketempat yang lebih jauh massanya sama diperlukan usaha yang jauh lebih besar. Ini berarti usaha juga berbanding lurus dengan perpindahan. Coba kalian perhatikan gambar berikut:
 Usaha dilambangkan dengan Huruf W (Work). Usaha adalah hasil kali komponen gaya yang searah perpindahan dengan besarnya perpindahan. Perhatikan Gambar berikut ini!
W = F.s Keterangan : W = Usaha (Joule)
F = Gaya searah perpindahan (N) 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 α
Secara matematis dirumuskan sebagai
berikut :
Hasil perkalian antara besar gaya (F) dan besar perpindahan (s) di atas merupakan bentuk perkalian titik atau perkalian skalar. Karenanya usaha masuk dalam kategori besaran skalar. Berdasarkan persamaan, besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya ditentukan oleh besarnya sudutantara arah gaya dengan perpindahan benda. Berikutnya ini beberapa keadaan istimewa yang berhubungan dengan arah gaya dan perpindahan benda:
A. MENGHITUNG USAHA DARI GAYA YANG MEMBENTUK SUDUT CONTOH Perhatikan gambar dibawah!
Sebuah benda dengan massa 5 kg berada pada bidang datar. Benda tersebut ditarik oleh gaya 60 N yang membentuk sudut 60˚ terhadap bidang horizontal (perhatikan gambar). Jika benda berpindah sejauh 4 m maka hitunglah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut! Pembahasan: Diketahui: m = 5 kg F = 60 N s = 4 m Ditanya: Usaha (W) Jawab: Perhatikan gambar diatas, untuk gaya (F) yang membentuk sudut θ terhadap perpindahan (s), maka gaya (F) harus diuraikan terhadap bidang mendatar (searah dengan perpindahan). Sehingga rumus usaha menjadi: W = F cos α.s Atau W = F . s cos α W = 60 . 4 cos 60˚ W = 240 (½) = 120 J
Contoh Perhatikan gambar dibawah ini!
Sebuah balok dengan massa M berada pada bidang datar, balok tersebut ditarik oleh gaya sebesar 80 N ke kanan. Jika balok berpindah sejauh 40 cm maka hitunglah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut! Pembahasan: Diketahui: F = 80 N s = 40 cm = 0,4 m Ditanya: Usaha ( W ) Jawab: W = F.s W = 80 (0,4) = 32 Joule
Contoh Perhatikan gambar berikut!
D. KONSEP USAHA SEBAGAI PERKALIAN DOT(TITIK) Contoh 1 Sebuah gaya F = (2i + 4j) N melakukan usaha dengan titik tangkapnya berpindah menurut r = (5i + 6j) m, vektor i dan j berturut-turut adalah vektor satuan yang searah dengan sumbu X dan sumbu Y pada koordinat Cartesius. Hitung Usaha oleh gaya tersebut! Pembahasan: Diketahui: F = (2i +4j) N r = (5i +6j) m Ditanya: W = ...? Jawab: Usaha adalah perkalian titik (dot product) antara vektor gaya dengan vektor perpindahan. W = F .r W = (2i + 4j) . (5i + 6j) W = 10+24 W = 34 J Contoh 2 Sebuah gaya F = (2i + 4j) N melakukan usaha dengan titik tangkapnya berpindah menurut r = (5i + aj) m, vektor i dan j berturut-turut adalah vektor satuan yang searah dengan sumbu X dan sumbu Y pada koordinat Cartesius.bila usaha itu bernilai 50 Joule, maka hitunglah nilai a! Pembahasan: Diketahui: F = (2i +4j) N r = (5i +aj) m W = 50 J Ditanya: a = ...? Jawab: Usaha adalah perkalian titik (dot product) antara vektor gaya dengan vektor perpindahan. W = F .r 50 = (2i + 4j) . (5i + aj) 50 = 10 + 4a 50 – 10 = 4a 4a = 40 a = 10
D. USAHA OLEH BEBERAPA GAYA Contoh Sebuah balok bermassa 2 kg berada pada sebuah bidang miring kasar seperti diperlihatkan gambar berikut.
Balok didorong ke atas oleh gaya F = 30 N hingga bergeser ke atas untuk tinjauan sejauh 5 meter. Gaya gesek yang terjadi antara balok dengan bidang miring sebesar 4 N. Kemiringan bidang 53° terhadap horizontal.
b) usaha oleh gaya gesek W = − f . S = − 4(5) = − 20 joule c) usaha oleh gaya berat W = − mg sin 53° . S = − (2)(10)(0,8)(5) = − 80 joule d) usaha total Wtotal = 150 − 20 − 80 = 50 joule TUGAS 1 : LATIHAN SOAL-SOAL Soal 01Sebuah gaya F = (6i + j) N melakukan usaha dengan titik tangkapnya berpindah menurut r = (8i + 4j) m, vektor i dan j berturut-turut adalah vektor satuan yang searah dengan sumbu X dan sumbu Y pada koordinat Cartesius. Hitung Usaha oleh gaya tersebut! [Kunci: 52 J] Soal 02
Perhatikan gambar dibawah ini!
Sebuah balok dengan massa M berada pada bidang datar, balok tersebut ditarik oleh gaya sebesar 120 N ke kanan. Jika balok berpindah sejauh 80 cm maka hitunglah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut! [Kunci: 96 J]
Hitunglah usaha yang selama perpindahan dilukiskan pada grafik dibawah ini.
Soal 05 Sebuah benda dengan massa 8 kg berada pada bidang datar. Benda tersebut ditarik oleh gaya 70 N yang membentuk sudut 60˚ terhadap bidang horizontal. Jika benda berpindah sejauh 5 m maka hitunglah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut! [Kunci: 175 J] |
Usaha yang dilakukan gaya F agar benda dapat berpindah sejauh 2 m adalah
Pos Terkait
Copyright © 2024 idkuu.com Inc.
