Gb. 4.1 c : Seseorang sedang membawa buku dari suatu tempat ke tempat
lain. Selama orang tersebut membawa buku dikatakan tidak
melakukan usaha walaupun orang tersebut telah mengeluar- kan energi.
Gb. 4.1 d : Seorang sedang mendorong tembok dan tembok tidak bergerak. Selama itu orang dikatakan tidak melakukan usaha walaupun
selama ia mendorong tembok ia telah mengeluarkan energi.
Kegiatan 4.1
Diskusikan bersama kelompok Anda pertanyaan di bawah ini 1. Bilamanakah kita telah dikatakan melakukan usaha pada sebuah benda
dalam pengertian fisika? 2. Bagaimana hubungan antara energi dan usaha?
A. USAHA
Pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan pengertian usaha dalam fisika.
Untuk memahami pengertian usaha dalam fisika perhatikan uraian berikut.
Gambar 4.2 Usaha oleh gaya yang searah perpindahan
Gambar 4.2 di atas melukiskan suatu gaya F bekerja pada sebuah benda yang terletak pada bidang datar, sehingga benda berpindah sejauh s searah
dengan arah gaya F. Selama perpindahan benda tersebut dikatakan gaya F telah melakukan
suatu usaha pada benda yang besarnya dapat dinyatakan dengan persamaan: F = gaya, dalam S.I bersatuan Newton N.
S = perpindahan, dalam S.I bersatuan meter m. W = usaha, dalam S.I bersatuan N.m
Bagaimana usaha yang dilakukan oleh suatu gaya terhadap sebuah benda jika arah gaya tidak searah dengan perpindahan benda tersebut?
W = F . S
F F
S
Fisika SMAMA Kelas XI
81
Di unduh dari : Bukupaket.com
Untuk itu perhatikan uraian di bawah ini
Gambar 4.3 Perpindahan benda oleh gaya F
Gambar 4.3, melukiskan sebuah benda yang terletak pada bidang datar dikenai gaya F yang membentuk sudut α terhadap bidang datar sehingga
benda berpindah sejauh S searah bidang datar. Untuk menentukan usaha yang dilakukan oleh gaya F terhadap benda
selama perpindahan benda tersebut, gaya F diuraikan dulu menjadi dua kom- ponen yaitu gaya yang tegak lurus terhadap arah perpindahannya F. sin α,
dan gaya yang searah dengan perpindahannya F cos α.
Analog dari uraian pada gambar 4.3, maka usaha yang dilakukan oleh gaya F pada benda selama perpindahan benda dapat dinyatakan dengan
W = usaha N.m F = besar gaya N
S = jarak m α
= sudut yang dibentuk oleh arah gaya F dan arah perpindahan benda.
Kegiatan 4.2
Diskusikan bersama kelompok Anda pertanyaan di bawah ini Dari uraian tentang usaha pada gambar 4.2 diperoleh persamaan W = F . S
dan pada gambar 4.3 diperoleh persamaan W = F . S . cos α. Dari kedua per- samaan tersebut dapat didefinisikan pengertian usaha
1. Dari kesimpulan tentang usaha poin ke 2 di atas, nyatakan persamaan
usaha dalam perkalian vektor antara vektor gaya dan vektor perpindahan 2. Usaha merupakan suatu besaran skalar.
Beri penjelasan 3. Bagaimana usaha yang dilakukan oleh suatu gaya pada sebuah benda
yang arah gayanya berlawanan dengan arah gerak benda? 4. Nyatakan persamaan usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya yang be-
kerja pada sebuah benda selama perpindahan benda - Usaha sebagai proses menghasilkan gerak pada benda oleh pelaku gaya.
- Usaha sebagai hasil kali skalar antara vektor gaya dan vektor per- pindahan benda.
W = F . S . cos α
F
S
α
F
α
F sin α F cos α
Gaya Pegas dan Gerak Harmonik
82
Di unduh dari : Bukupaket.com
Contoh soal 4.1
1. Suatu gaya 10 N bekerja pada sebuah benda yang bermassa 5 kg yang ter- letak pada bidang datar selama 10 sekon.
Jika benda mula-mula diam dan arah gaya searah dengan perpindahan benda, maka tentukan:
a. jarak yang ditempuh benda selama 10 sekon. b. usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda selama 10 sekon
Penyelesaian: Diketahui: F = 10 N ; m = 5 kg ; t = 10 sekon ; V
o
= 0 Ditanya:
a S b W
Jawab: a
b W = F . s W = 10 . 100
W = 1000 joule
2. Gambar di samping melukiskan sebuah benda
yang terletak pada bidang datar bekerja dua gaya dengan besar dan arah seperti terlihat
pada gambar. Jika akibat kedua gaya tersebut benda berpindah ke kanan sejauh 0,5 m, bera-
pakah usaha yang dilakukan oleh kedua gaya pada benda selama perpindahannya?
Penyelesaian: Diketahui: F
1
= 4N; α
1
= 0
o
arah F
1
searah perpindahan benda F
2
= 2N; α
2
= 120
o
S = 0,5 m Ditanya: W
Jawab: W = W
1
+ W
2
W = F
1
. S . cos α
1
+ F
2
. S . cos α
2
W = 4 . 0,5 . cos 0
o
+ 2 . 0,5. cos 120
o
W = 2 – 0,5 = 1,5 N.m
F
2
= 2N F
1
= 4N 60
o
a F
m S V t
at =
= =
= +
= 10
5 2
1 2
100
2
ms m
2
Fisika SMAMA Kelas XI
83
Di unduh dari : Bukupaket.com
B. ENERGI KINETIK
