22
C. Materi: Usaha dan Energi
Usaha
Dalam keseharian, istilah usaha dapat diartikan sebagai segala daya upaya atau kegiatan yang dilakukan manusia untuk mencapai tujuan
tertentu. Sebagai contoh untuk mencapai tujuan berupa pengetahuan, seseorang melakukan usaha berupa kegiatan belajar. Lalu bagaimana arti
usaha dalam fisika? Dalam fisika, usaha selalu melibatkan gaya dan perpindahan.
Usaha hanya akan terjadi jika gaya yang bekerja pada suatu benda menghasilkan perpindahan pada benda itu. Jadi, meskipun pada benda
bekerja gaya yang sangat besar, tetapi benda tidak mengalami perpindahan, berarti tidak ada usaha pada benda itu.
Gambar 2.2. Gaya F menyebabkan benda berpindah sejauh s sehingga menimbulkan usaha.
Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap F sama dengan hasil kali titik dot product antara gaya dan perpindahan s secara matematis:
1 joule = 1 newton meter= 10
7
erg Dari hubungan diatas, dapat dikatakan bahwa:
Satu joule adalah besar usaha yang dilakukan oleh gaya satu newton untuk memindahkan suatu benda searah gaya sejauh satu meter.
23
1. Usaha dari Gaya Tetap
Gambar 2.3 . Gaya F membentuk sudut θ terhadap perpindahan s.
Usaha yang dilakukan oleh gaya F pada Gambar 2 merupakan hasil kali antara komponen gaya yang searah gerak dengan
perpindahannya, secara matematis: W = Fcosθ s
1 dengan θ adalah sudut antara arah gaya dan perpindahan.
Nilai cos θ dapat berharga positif, negatif, atau nol sehingga W dapat juga berharga positif, negatif, atau nol. Usaha bernilai positif
jika gaya yang menyebabkan perpindahan searah dengan arah perpindahan. Usaha bernilai negatif jika resultan gaya yang
menyebabkan perpindahan berlawanan arah dengan arah perpindahan. Jika arah gaya tegak lurus arah perpindahan, usahanya bernilai nol.
2. Usaha oleh Beberapa Gaya
Usaha merupakan besaran skalar. Apabila pada benda bekerja beberapa gaya yang masing-masing melakukan usaha sebesar W
1
, W
2
, W
3
, ..., W
n
; maka usaha total yang dilakukan gaya-gaya tersebut sama PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
dengan jumlah skalar semua usaha yang dilakukan oleh masing- masing gaya, yaitu:
W = W
1
+ W
2
+ W
3
+ ... + W
n
2
Gambar 2.4. Gaya-gaya pada benda yang bergerak pada permukaan datar yang kasar.
Untuk sistem seperti pada Gambar 3, gaya gaya yang menimbulkan usaha adalah F dan f
k
sehingga usaha totalnya adalah: W = F + f
k
s 3
Gambar 4 menunjukkan grafik hubungan antara gaya konstan F yang bekerja pada benda sehingga benda berpindah sejauh s. Usaha
yang dilakukan oleh gaya sama dengan luas daerah di bawah grafik, yaitu:
Gambar 2.5. Grafik gaya F sebagai fungsi perpindahan x. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Energi
Energi merupakan kemampuan untuk melakukan suatu usaha. Kita akan mempelajari dua bentuk energi, yaitu energi potensial dan energi
kinetik. Energi potensial yang akan kita pelajari disini adalah energi potensial gravitasi.
1. Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial gravitasi merupakan energi yang tersimpan di dalam suatu benda materi karena kedudukannya. Energi potensial
gravitasi dengan massa m dan ketinggian h meter diatas permukaan bumi dapat dihitung dengan persamaan
E
p
= mgh 4
Keterangan: E
p
= energi potensial joule m = massa kg
g = percepatan gravitasi ms
2
h = ketinggian meter
2. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak. Energi kinetik dari suatu benda dengan massa m yang
bergerak pada kecepatan v dapat dihitung dengan persamaan: 5
26
Keterangan: E
k
= energi kinetik joule m = massa kg
v = kecepatan ms
3. Hubungan antara Usaha dan Energi Kinetik
Sebuah benda bermassa m bergerak dengan kecepatan awal v . Pada
benda tersebut bekerja gaya sebesar F sehingga kecepatannya menjadi v. Menurut hukum II Newton, percepatan yang dialami benda adalah
6
Gambar 2.6. Ketika benda mendapatkan resultan gaya tidak sama dengan nol, benda akan mengalami perubahan kecepatan.
Berdasarkan rumus GLBB, v = v
+ at v
– v =
7 Berdasarkan gambar 5, diperoleh
27
Dengan mengingat persamaan 7, diperoleh 8
Ruas kiri persamaan 8 tidak lain merupakan usaha yang dilakukan oleh gaya F sehingga dapat pula dinyatakan sebagai
9 Dari persamaan 9 tampak bahwa usaha yang dilakukan oleh suatu gaya
pada benda sama dengan perubahan energi kinetik benda itu. Secara matematis,
W = ∆E
k
10 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
BAB III METODE PENELITIAN
A. Jenis Penelitian
Kategori