Rangkuman Soal Kompetensi SMK Jajaka Bartim: Materi Belajar Fisika Teknologi 1

7. Dari sistem partikel berikut tentukan besarnya tegangan masing-masing tali. 8. Sebutkan syarat kesetimbangan a. sistem partikel, b. benda tegar. 9. Sebuah bola pejal dengan ragius 20 cm dan massa 4 kg dilepas dari keadaan diam di puncak bidang miring dengan ketinggian 60 cm dan sudut kemiringan 37 o terhadap horizontal. Tentukan percepatan linier dan energi kinetik dari bola ketika sampai di bidang datar dengan cara menggelinding. Selesaikan dengan menggunakan hukum kekekalan energi mekanik. 10. Tentukan momen inersia dari system partikel berikut m 1 = 2 kg 2,4; m 2 = 4 kg 4,-2; m 3 = 3 kg 3, 6, m 4 = 4 kg 0,-4 yang terhubung satu sama lain dengan penghubung kaku tak bermassa terhadap poros yang melewati pusat koordinat 0,0. 150 40 BAB 4 USAHA DAN ENERGI Sumber: Serway dan Jewett, Physics for Scientists and Engineers, 6 th edition, 2004 Energi merupakan konsep yang sangat penting, dan pemahaman terhadap energi merupakan salah satu tujuan pokok fisika. Sebagai gambaran akan pentingnya konsep energi, dengan mengetahui energi sistem, maka gerak sistem tersebut dapat ditentukan. Melalui bab ini Anda akan mempelajari usaha oleh gaya tetap. Pemahaman tentang energi kinetik, energi potensial, dan energi mekanik pada sebuah benda. Kaitan usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif dengan perubahan energi kinetik dan energi potensial suatu sistem dan menerapkan kaitan tersebut. Kaitan usaha yang dilakukan oleh gaya nonkonservatif dengan perubahan energi kinetik dan energi potensial suatu sistem dan menerapkan kaitan tersebut. Hubungan antara usaha dan daya serta contoh pemakaiannya. PETA KONSEP Prasyarat Agar dapat mempelajari bab ini Anda harus memahami konsep kinematika, juga konsep gaya serta perhitungan matematisnya. Cek Kemampuan 1. Apakah gaya sentripetal pada sebuah benda yang bergerak melakukan usaha pada benda itu? Jelaskan. 2. Apakah usaha total pada benda bergantung pada pemilihan kerangka acuan? Bagaimanakah pengaruh pemilihan ini terhadap prinsip usaha-energi? 3. Sebuah bidang miring memiliki ketinggian h. Sebuah benda bermassa m dilepas dari puncak bidang miring itu. Apakah kecepatan benda sesampainya di bagian bawah bidang miring tersebut bergantung pada sudut bidang miring, jika a. bidang miring licin b. bidang miring kasar 4. Seutas tali digunakan untuk menarik kotak melintasi lantai sejauh 20,0 m. Tali ditarik dengan sudut 37,0 terhadap lantai, dan bekerja gaya sebesar 628 N. Berapakah usaha yang dilakukan gaya tersebut? 5. Motor listrik yang mempunyai daya 150 kW mengangkat benda setinggi 5,1 m dalam waktu 16,0 s. Berapakah gaya yang dikerahkan motor itu? 6. Seekor kera bermassa 6,0 kg berayun dari cabang sebuah pohon ke cabang lain lebih tinggi 1,2 m. Berapakah perubahan energi potensialnya? 7. Anak panah bermassa 100 gram dilepas dari busurnya, dan tali busur mendorong anak panah dengan gaya rerata sebesar 85 N sejauh 75 cm. Berapakah kelajuan anak panah itu saat meninggalkan tali busur tersebut? 8. Seorang pemain ski mula-mula diam, lalu mulai bergerak menuruni lereng miring 20 dengan horizontal sejauh 100 m. a. Jika koefisien gesek 0,090, berapakah kelajuan orang itu pada ujung bawah lereng itu? b. Jika salju pada bagian datar di kaki lereng itu memiliki koefisien gesek yang sama, berapa jauhkan pemain ski itu dapat meluncur sebelum akhirnya berhenti?

4.1 Usaha

Dalam kehidupan sehari-hari kata usaha mempunyai arti sangat luas, misalnya: usaha seorang anak untuk menjadi pandai, usaha seorang pedagang untuk memperoleh laba yang banyak, usaha seorang montir untuk memperbaiki mesin dan sebagainya. Jadi dapat disimpulkan usaha adalah segala kegiatan yang dilakukan untuk mencapai tujuan. Dalam ilmu fisika, usaha mempunyai arti, jika sebuah benda berpindah tempat sejauh d karena pengaruh F yang searah dengan perpindahannya Gambar 4.1, maka usaha yang dilakukan sama dengan hasil kali antara gaya dan perpindahannya, secara matematis dapat ditulis sebagai berikut: d F W . 4.1 Jika gaya yang bekerja membuat sudut Į terhadap perpindahannya Gambar 4.1, usaha yang dilakukan adalah hasil kali komponen gaya yang searah dengan perpindahan Fcos Į dikalikan dengan perpindahannya d. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut: d F W . cos D 4.2 Gambar 4.1 Ilustrasi tentang definisi usaha W = gaya F dikalikan dengan perpidahan d dengan: W = usaha joule F = gaya N d = perpindahan m D = sudut antara gaya dan perpindahan Catatan: ƒ Usaha work disimbolkan dengan huruf besar W. ƒ Berat weight disimbolkan dengan huruf kecil w. Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang diperoleh atau dilepaskan benda tersebut sebesar: Jumlah usaha yang dilakukan tiap gaya, atau usaha yang dilakukan oleh gaya resultan. Contoh Soal 1: Sebuah benda berada bidang datar, karena pengaruh gaya 140 N benda mengalami perpindahan sejauh 5 m, berapa usaha yang dilakukannya apabila: a. Gaya mendatar b. Gaya membuat sudut 60 terhadap bidang horisontal Penyelesaian: Diketahui: F = 140 N; d = 5 m Ditanyakan: a. W gaya mendatar ...? b. W gaya membuat sudut 60 dengan bidang horisontal ..? Jawab: a. W = F. d = 140 N. 5 m = 700 N.m = 700 joule. b. W = Fcos Į.d = 140 N. Cos 60 .5 m = 140 N.0,5. 5 m = 350 joule. Contoh Soal 2: SATUAN USAHA: 1 joule = 10 7 erg O P = 6 m R = 15 N Q F N d m Gaya sebesar 40 N bekerja pada sebuah benda dan menyebabkan benda berpindah tempat sejauh 80 cm, jika usaha yang dilakukannya 25,6 joule. Berapakah sudut yang dibentuk gaya terhadap bidang? Penyelesaian: d F W . cos D 25,6 joule = 40 N. cos Į.0,8 m Cos Į = 25,6 joule32 N.m = 0.8 Į = cos -1 0,8 = 36,86 = 37 pembulatan 2 angka penting Contoh 3: Benda berpindah tempat sejauh 6 meter karena pengaruh gaya tetap 15 N searah perpindahan, tentukanlah: a. Grafik gaya F terhadap perpindahan d b. Luas daerah yang dibatasi oleh kurva, sumbu F dan sumbu d c. Usaha yang dilakukan gaya tersebut, kemudian bandingkan