Fisika SMAMA XI
86
Contoh Soal 3
Gaya total yang bekerja pada truk: F = F
cos T -
s
= 4,3 N - 2,62 N = 1,68 N Usaha yang dilakukan pada truk
W = F
s
= 1,686 = 10,08 J
Soal Latihan
Seorang anak memiliki mainan yang beratnya 20 N. Oleh karena anak itu tidak mampu mengangkatnya, dia
memutuskan untuk menarik mainan tersebut dengan sebuah tali. Anak tersebut menarik mainan dengan gaya sebesar 15 N
membentuk sudut sebesar 30 terhadap horizontal. Berapa kerja yang dilakukan bila: a. Lantai licin, b. Koefisien gesek
kinetisnya 0,2.
Balok bermassa 20 kg dinaikkan dari dasar ke puncak bidang miring yang
panjangnya 5 m, dan ketinggiannya 4 m. Bila permukaan licin berapa usaha yang
dilakukan oleh sebuah gaya yang sejajar dengan bidang miring agar balok
bergerak dengan kecepatan konstan.
Penyelesaian : Diketahui :
M = 20 kg,
s = 5 m,
h = 4 m.
Jawab : Agar balok bergerak ke atas dengan kecepatan konstan maka gaya yang
dikerahkan sama dengan komponen gaya gravitasi yang sejajar dengan bidang.
F = mg
sin T = 209,8 45 = 156,8 N
Usaha yang dikerahkan: F.s = 156,85 = 784 J.
20 kg 5 m
4 m
87
Fisika SMAMA XI
Perhatikan contoh berikut Salim mendorong tembok dengan gaya 75 N namun tembok tidak
bergerak. Sedangkan Tono mendorong kursi dengan gaya 20 N sehingga kursi bergeser sejauh 3 meter. Apakah benar usaha yang dilakukan Salim
lebih besar dari usaha yang dilakukan Tono? Jelaskan
2. Usaha oleh Gaya yang Tidak Konstan
Pada pembelajaran yang lalu kita telah membahas usaha yang dilakukan oleh gaya yang besar dan arahnya konstan.
Sekarang, bagaimana kalau gaya yang bekerja pada suatu benda tidak konstan tetapi tergantung pada posisi?
Contoh gaya yang bekerja tergantung pada posisi adalah gaya pegas, gaya gravitasi antarplanet, gaya listrik antara dua
buah benda bermuatan, dan sebagainya. Gambar 4.2 menunjukkan grafik gaya terhadap posisi. Kita bisa membagi
jarak dari x
1
sampai x
2
menjadi selang yang kecil-kecil.
Bila tiap selang gaya yang berubah terhadap posisi cukup kecil dapat kita anggap sebagai sederetan gaya-gaya konstan.
Usaha yang dilakukan pada tiap selang adalah luas segiempat di bawah gaya. Jadi, usaha total adalah jumlah seluruh luasan
Keingintahuan
a b
Gambar 4.2 gambar a jika F konstan maka usaha adalah W=F x. bBila F
sebagai fungsi posisi maka usaha adalah luas dari luasan di bawah kurva F, yang merupakan jumlah luas seluruh segiempat di bawah kurva F.
F
x
x
1
x
2
x x
Fisika SMAMA XI
88
Gambar 4.3 gambar F sebagai fungsi x, usaha yang dikerjakan pegas pada saat meregang sebesar x adalah
bagian yang diarsir.
segiempat. Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 4.2a dan 42.b. Dengan demikian kita dapat mengatakan usaha yang
dilakukan oleh gaya adalah perubahan yaitu luas di bawah kurva Fx terhadap x.
.... 2.b Jika
x sangat kecil yaitu sebesar dx, usaha pada tiap persegi panjang adalah dW. Usaha total dari x
1
sampai x
2
adalah inte- gral dari titik x
1
sampai x
2
.
.... 2.c
Contoh Soal 4
Carilah usaha yang dilakukan oleh pegas yang ujungnya dihubungkan dengan benda bermassa m yang ditekan sehingga pegas berkurang
panjangnya sebesar x agar pegas kembali ke posisi semula
Penyelesaian : Gaya pada pegas dapat
ditunjukkan oleh Gambar 4.3. Usaha yang dilakukan pegas
adalah luasan yang berada di antara grafik fungsi F dan sumbu
x
. Gaya yang dilakukan pegas adalah F = -kx
Luasan di bawah fungsi gaya adalah luasan segitiga. Luas
segitiga bisa kita cari yaitu:
89
Fisika SMAMA XI
Bentuklah kelompok belajar yang terdiri atas 4-5 siswa usahakan yang berasal dari daerah yang berbeda. Setelah kalian mempelajari usaha oleh
gaya konstan, mestinya kalian berpikir untuk menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya kalian akan mengangkat beban 500 N
ke atas gedung yang tingginya 8 meter. Coba buatlah rancangan alat yang memudahkan untuk mengangkat beban ke atas gedung. Uraikan
komponen-komponen gayanya bila alat tersebut bekerja.
B. Energi
Suatu hal yang sangat berhubungan dengan usaha adalah energi. Energi merupakan kemampuan untuk melakukan
usaha. Apabila ada beberapa sistem kemudian sebuah sistem pertama memberikan usaha pada sistem kedua, energi akan
dipindahkan dari sistem pertama ke sistem kedua.
Sebagai contoh seorang anak mendorong mobil mainan hingga mobil bergerak. Anak itu melakukan usaha pada
mobil, sebagian usaha digunakan untuk bergerak atau menjadi tenaga gerak, sebagian digunakan untuk mengatasi
gesekan pada lantai, sebagian menjadi tenaga termal panas karena gesekan antara roda mobil dan lantai. Pada anak itu
sendiri tenaga kimia dalam tubuh berkurang karena digunakan untuk mendorong mobil. Energi berpindah dari
tenaga kimia menjadi tenaga gerak dan tenaga termal gesekan. Energi total sebuah sistem dan lingkungannya tidak akan
berubah, tetapi hanya terjadi perubahan bentuk energi saja.
Kita akan mempelajari energi kinetik yaitu tenaga karena gerakannya,dan juga energi potensial yaitu tenaga karena
konfigurasinya. Kita juga akan mempelajari hukum kekekalan tenaga, serta bagaimana energi potensial berubah menjadi
energi kinetik dan sebaliknya.
1. Energi Kinetik
Mari kita tinjau sebuah benda yang mendapat gaya sebesar F
yang konstan. Benda tadi akan mendapat percepatan sebesar Fm
yang konstan dengan arah sama dengan arah gaya. Pada gerak dengan percepatan konstan maka percepatan rata-
Kewirausahaan : Semangat Inovatif Kreatif
