BAB 4 USAHA DAN ENERGI

BAB 4
USAH A D AN EN ERGI

A. Tu j u a n Um u m

Mahasiswa memahami konsep tentang usaha – energi, jenis energi, prinsi
usaha dan energi serta daya

B. Tu j ua n Kh u su s

¾ Mahasiswa dapat memahami tentang energi, dapat menyebutkan sifat energi,
dan dapat menyebutkan dan memberikan contoh dari macam-macam energi.
¾ Mahasiswa dapat menghitung besar suatu kerja lengkap dengan satuan yang
tepat.
¾ Mahasiswa dapat menyelesaikan masalah energi dan dapat menerapkan

hukum kekekalan energi dalam menyelesaikan masalah.
¾ Mahasiswa dapat memahami tentang Daya yang berhubungan dengan usaha

dan energi


4 .1 . Usa h a da n Ene r gi
Jika sebuah benda m enem puh j arak sej auh S akibat gaya F yang
bekerj a pada benda t ersebut m aka dikat akan gaya it u m elakukan
usaha, dim ana arah gaya F harus sej aj ar dengan arah j arak t em puh S.
USAHA adalah hasil kali ( dot product ) ant ara gaya den j arak yang
dit em puh.

FI SI KA 1 / Asn a l Effe n di, M .T.

4.1

W = F S = | F| | S| cos θ

θ = sudut ant ara F dan arah gerak
Sa t u a n u sa h a / e n e r gi : 1 Nm = 1 Joule = 10 7 erg

D im e n si u sa h a e n e r gi: 1W] = [ El = ML2T- 2

Kem am puan unt uk m elakukan usaha m enim bulkan suat u ENERGI
( TENAGA) .


Energi dan usaha m erupakan besaran skalar.

4 .2 .

Je n is En e r gi

Jenis energi di ant aranya adalah:
1. EN ERGI KI N ETI K ( Ek )
Ek t r a ns = 1 / 2 m v 2
Ek r ot = 1 / 2 I ω 2
m = m assa
v = kecepat an
I = m om en inersia

ω = kecepat an sudut

2. EN ERGI POTEN SI AL ( Ep )
Ep = m g h
h = t inggi benda t erhadap t anah


3. EN ERGI M EKAN I K ( EM )
EM = Ek + Ep

FI SI KA 1 / Asn a l Effe n di, M .T.

4.2

Nilai EM selalu t et ap/ sam a pada set iap t it ik di dalam lint asan suat u
benda.

Pem ecahan soal fisika, khususnya dalam m ekanika, pada um um nya
didasarkan pada HUKUM KEKEKALAN ENERGI , yait u energi selalu t et ap
t et api bent uknya bisa berubah; art inya j ika ada bent uk energi yang
hilang harus ada energi bent uk lain yang t im bul, yang besarnya sam a
dengan energi yang hilang t ersebut .

Ek + Ep = EM = t e t a p

Ek 1 + Ep1 = Ek 2 + Ep2


4 .3 . Pr in sip Usa h a - En e r gi

Jika pada peninj auan suat u soal, t erj adi perubahan kecepat an
akibat

gaya

yang

dit e m pu h n ya ,

bekerj a

m aka

pada

pr in sip


benda

sepanj ang

j arak

u sa h a - e n e r gi be r pe r a n

yang

pe n t in g

da la m pe n ye le sa ia n soa l t e r se bu t

W

t ot

W


t ot

= ∑ Ek

F.S = Ek a k hir - Ek a w a l

= j um lah alj abar dari usaha oleh m asing- m asing gaya
= W 1 + W 2 + W 3 + .......

Ek = perubahan energi kinet ik = Ek akhir - Ek awal

FI SI KA 1 / Asn a l Effe n di, M .T.

4.3

4 .3 .1 . En e r gi Pot e n sia l Pe ga s ( Ep )

x 2 = 1 / 2 Fp

Ep = 1 / 2 k


Fp = - k

x

x

∆ x = regangan pegas
k = konst ant a pegas
Fp = gaya pegas

Tanda m inus ( - ) m enyat akan bahwa arah gaya Fp berlawanan arah
dengan arah regangan x.

2 bu a h pe ga s de n ga n k on st a n t a K 1 da n K 2 disu su n se ca r a se r i
da n pa r a le l:

Se r i
1


=

pa r a le l
1

+
K t ot = K 1 + K 2

1
K t ot

K1

K2

Not e:

Energi pot ensial t ergant ung t inggi benda dari perm ukaan bum i. Bila
j arak benda j auh lebih kecil dari j ari- j ari bum i, m aka perm ukaan bum i
sebagai acuan pengukuran. Bila arak benda j auh lebih besar at au

sam a dengan j ari- j ari bum i, m ake pusat bum i sebagai acuan.

FI SI KA 1 / Asn a l Effe n di, M .T.

4.4

Con t oh:

1. Sebuah palu berm assa 2 kg berkecepat an 20 m / det . m enghant am
sebuah paku, sehingga paku it u m asuk sedalam 5 cm ke dalam
kayu. Berapa besar gaya t ahanan yang disebabkan kayu ?
Jawab:
Karena paku m engalam i perubahan kecepat an gerak sam pai
berhent i di dalam kayu, m aka kit a gunakan prinsip Usaha- Energi:
F. S = Ek akhir - Ek awal

F . 0.05 = 0 - 1/ 2 . 2( 20) 2

F = - 400 / 0.05 = - 8000 N


( Tanda ( - ) m enyat akan bahwa arah gaya t ahanan kayu m elaw an arah
gerak paku ) .

2. Benda 3 kg bergerak dengan kecepat an awal 10 m / s pada sebuah
bidang dat ar kasar. Gaya sebesar 20

5 N bekerj a pada benda it u

searah dengan geraknya dan m em bent uk sudut dengan bidang
dat ar ( t g

= 0.5) , sehingga benda m endapat t am bahan energi

150 j oule selam a m enem puh j arak 4m .Hit unglah koefisien gesek
bidang dat ar t ersebut ?
Jawab:
Uraikan gaya yang bekerj a pada benda:

FI SI KA 1 / Asn a l Effe n di, M .T.


4.5

Fx = F cos

= 20

5 = 40 N

Fy = F sin

= 20

5 . 1

5 = 20 N

Fy = 0 ( benda t idak bergerak pada arah y)

Fy + N = w


N = 30 - 20 = 10 N

Gunakan prinsip Usaha- Energi

Fx . S = Ek

( 40 - f) 4 = 150

f = 2.5 N

3. Sebuah pegas agar bert am bah panj ang sebesar 0.25 m
m em but uhkan gaya sebesar 18 Newt on. Tent ukan konst ant a pegas
dan energi pot ensial pegas !

Jawab:

Dari rum us gaya pegas kit a dapat m enghit ung konst ant a pegas:

Fp = - k

x

k = Fp /

x = 18/ 0.25 = 72 N/ m

Energi pot ensial pegas:

Ep = 1/ 2 k (

x) 2 = 1/ 2 . 72 ( 0.25) 2 = 2.25 Joule

FI SI KA 1 / Asn a l Effe n di, M .T.

4.6

4 .4 . D a ya ( Pow e r )
DAYA adalah usaha at au energi yang dilakukan per sat uan wakt u.

P = W/ t = F v ( GLB)
P = Ek / t ( GLBB)

Sat uan daya : 1 wat t = 1 Joule/ det = 10 7 erg/ det
Dim ensi daya : [ P] = MLT2 T- 3

Cont oh:

Seorang berm assa 60 kg m enaiki t angga yang t ingginya 15 m
dalam wakt u 2 m enit . Jika g = 10 m / det 2 , berapa daya yang
dikeluarkan orang t ersebut ?

Jawab:

P = W/ t = m gh/ t = 60.10.15/ 2.60 = 75 w at t .

Daft ar Pust aka

1. Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit
Erlangga.
2. Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit
Erlangga.
3. Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan),
Jakarta : Penebit Erlangga.
4 . Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas

(terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga.

FI SI KA 1 / Asn a l Effe n di, M .T.

4.7