79
Usaha dan Energi
A. Usaha
Doronglah tembok ruangan kelas dengan kedua tangan Anda
Meskipun Anda bermandi peluh, Anda tidak akan dapat menggeser
tembok. Sekarang, doronglah meja belajar Anda. Meja akan tergeser
meski energi yang Anda gunakan lebih kecil daripada saat mendorong
tembok. Menurut fisika, pada kegiatan pertama Anda dikatakan
tidak melakukan usaha. Sedangkan pada kegiatan dua Anda telah
melakukan usaha. Apakah usaha itu?
Usaha dalam fisika didefinisikan sebagai perkalian antara besarnya gaya yang menyebabkan benda berpindah dengan besarnya
perpindahan benda yang searah dengan arah gaya tersebut. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
W = F · s Keterangan:
W : usaha J F
: gaya yang beraksi pada benda N s
: jarak pergeseran m
Perhatikan Gambar 5.3 Sebuah gaya F bekerja pada balok dengan membentuk sudut
θ
terhadap lantai sehingga balok berpindah sejauh s. Karena balok mengalami perpindahan, maka terjadi usaha. Berdasarkan
definisi usaha di atas, besarnya usaha yang terjadi dapat dinyatakan sebagai berikut.
W = F · s cos
θ
Gambar 5.2 Jika tembok tidak
bergeser, orang yang mendorong tembok dikatakan tidak melakukan
usaha.
Sumber :
Encarta Premium, 2006.
θ
F F cos
θ θ
F F cos
θ
s
Gambar 5.3 Usaha gaya F yang membentuk sudut dan menyebabkan
perpindahan sejauh s.
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika SMA MA Kelas XI
80
CONTOH SOAL
1. Gaya sebesar 25 N membentuk sudut 60° pada bidang horizontal bekerja terhadap benda sehingga benda berpindah sejauh 10 m.
Hitunglah usaha yang dilakukan gaya tersebut Diketahui : F = 25 N
θ
= 60° s = 10 m
Ditanyakan : W = ...? Jawab
: W = F cos
θ
· s = 25 · cos 60° · 10
= 25 ·
1 2
· 10 = 125 J
Jadi, besarnya usaha yang dilakukan adalah 125 J. 2. Sebuah balok dengan massa 50 kg di atas lantai diangkat sampai
ketinggian 8 m. Jika g = 10 ms
2
, maka tentukan besarnya usaha yang dilakukan pada balok tersebut
Diketahui : m = 50 kg g = 10 ms
2
s = 8 m Ditanyakan : W = ...?
Jawab :
karena diangkat ke atas, maka F = w = m · g W = F · s
= m · g · s = 50 · 10· 8
= 4.000 J Jadi, besarnya usaha yang dilakukan adalah 4.000 J.
Beberapa gaya dapat dikenakan pada satu benda sekaligus. Bagaimanakah cara menentukan usaha yang dilakukan oleh berbagai
gaya? Untuk dapat menentukan usahanya, Anda harus mengetahui besar gaya dan arahnya. Usaha total yang dilakukan oleh beberapa gaya
yang bekerja serentak dapat dihitung sebagai hasil kali resultan komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dan besarnya
perpindahan.
Di unduh dari : Bukupaket.com
81
Usaha dan Energi
UJI PEMAHAMAN TUGAS
Bagilah kelas Anda menjadi beberapa kelompok. Tiap kelompok dapat terdiri atas 5 sampai 8 anak. Selesaikanlah permasalahan di bawah
ini bersama kelompokAnda 1. Carilah persamaan matematis
yang dapat digunakan untuk mencari besarnya usaha pada
benda yang dikenai beberapa gaya sekaligus
2. Sebuah benda yang ditarik dengan gaya F terletak pada bidang miring dengan sudut kemiringan
θ
, seperti terlihat pada gambar di samping
a. Bila berat benda tersebut w dan gaya geseknya μ
k
, maka uraikanlah gaya yang bekerja pada benda tersebut
b. Bila balok tersebut dapat berpindah sejauh s, tentukanlah usaha yang dilakukan gaya tersebut
Jika sudah selesai, maka mintalah kepada guru Anda untuk menunjuk salah satu kelompok agar mempresentasikan hasil kelompoknya di
depan kelas. Diskusikan bersama dan tanyakan pada guru Anda jawaban yang benar
Kerjakan soal-soal di bawah ini di dalam buku tugas Anda 1. Untuk mendorong mobil yang mogok sampai sejauh 7,25 m
diperlukan gaya 20.000 N. Berapa energi yang telah digunakan saat mendorong?
2. Tali yang panjangnya 5 m digunakan untuk menarik benda yang terletak di lantai datar. Jika tali condong
α
, sehingga sin
α
= 0,6 dengan gaya 140 N dan benda bergeser sejauh arah mendatar
tali, berapa energi yang diperlukan? 3. Suatu papan miring panjangnya 7,5 m, dengan selisih bagian
ujung bawah dan atas adalah 6 m. Jika pada pertengahan bidang terdapat benda yang massanya 12 kg dan bidang licin, berapa
energi yang diperlukan benda untuk sampai ke titik bawah papan?
θ F
w
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika SMA MA Kelas XI
82
TUGAS
B. Energi