Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 1
82
W = F . cos α . s
. . . 4.2 Ada kalanya gaya yang diberikan pada suatu benda
besarnya tidak teratur. Bagaimana cara menentukan besarnya usaha, jika gaya yang diberikan tidak teratur?
Sebagai contoh, seseorang yang mendorong lemari. Dalam selang waktu 5 sekon, gaya yang diberikan orang
tersebut dari 2 N menjadi 8 N. Akibatnya lemari berpindah dari kedudukan 2 m menjadi 6 m.
Untuk menentukan usaha yang dilakukan oleh orang tersebut, kita dapat menggambarkan gaya dan perpinda-
han yang dilakukannya seperti gambar 4.6. Usaha yang dilakukan orang tersebut dapat ditentukan dengan men-
cari luas di bawah kurva. Dari gambar 4.6 terlihat bahwa luas di bawah kurva berbentuk trapesium. Oleh karena itu, usaha yang
dilakukan orang tersebut adalah:
W = luas trapesium W = jumlah garis sejajar × × tinggi
W = 8 + 2 × W = 10 × 4
W = 10 × 2 W = 20 joule
Agar kamu lebih memahami cara menentukan besarnya usaha, per- hatikan contoh soal berikut Kemudian kerjakan soal-soal di bawahnya
Contoh Soal
Sebuah balok bermassa 5 kg di atas lantai licin ditarik gaya 4 N membentuk sudut 60° terhadap bidang horizontal. Jika balok berpindah sejauh 2 m, tentukan usaha
yang dilakukan
Penyelesaian:
Diketahui: m = 5 kg F = 4 N
s = 2 m
Ditanyakan: W = . . .? Jawab:
W = F . s . cos α
W = 4 . 2 . cos 60° W = 4 joule
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 1
83
Kerja Mandiri 1
Diskusi
Diskusikan bersama kelompokmu 1. Bagaimanakah besar usaha yang dilakukan oleh suatu benda jika
lintasan yang ditempuh benda berbeda-beda? Misalnya sebuah mobil yang melaju di jalan lurus, jalan yang berbelok, menikung
dan jalan yang menanjak.
2. Buatlah penjelasan mengenai masing-masing usaha tersebut 3. Presentasikan hasil diskusimu di depan kelas Berikan kesem-
patan kepada kelompok lain untuk menanggapinya Kerjakan soal berikut dengan tepat
1. Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m. Jika benda mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar
180 newton, berapa besarnya usaha yang dilakukan oleh benda tersebut?
2. Gaya sebesar 60 newton bekerja pada sebuah benda. Arah gaya membentuk sudut 30
o
dengan bidang horizontal. Jika benda berpindah sejauh 50 m, berapa besarnya usaha yang dilakukan
oleh benda tersebut?
B. Energi
Energi merupakan salah satu konsep penting dalam sains. Energi dapat diartikan sebagai
kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Cobalah kamu sebutkan beberapa jenis energi yang kamu kenal Ba-
gaimanakah sifat energi tersebut? Apakah energi itu tetap ada namun dapat berubah bentuk? Jelaskanlah salah satu bentuk energi yang kamu
kenal dalam melakukan suatu usaha atau gerak
Dalam fisika terdapat berbagai jenis energi, di antaranya energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik yang akan dibahas berikut
ini.
Energi
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 1
84
1. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang berkaitan dengan kedudukan benda terhadap titik acuan. Dengan demikian, titik acuan akan men-
jadi tolok ukur penentuan ketinggian suatu benda. Energi potensial ada beberapa macam, seperti berikut ini.
a. Energi potensial gravitasi Kamu tentu pernah melihat air terjun bukan? Pada air ter-
jun tersimpan energi potensial gravitasi yang disebabkan oleh ketinggiannya. Demikian juga ketika kita meletakkan sebuah
benda pada suatu ketinggian, pada hakikatnya dalam benda tersebut tersimpan energi potensial gravitasi. Energi potensial
gravitasi adalah energi potensial suatu benda yang disebabkan oleh kedudukan benda terhadap gravitasi bumi.
Jika kita menggantungkan bola bermassa m, lihat gambar 4.7 pada ketinggian h dari permukaan tanah maka energi
potensial gravitasi bola tersebut dinyatakan: E
p
= m . g . h . . . 4.3
Keterangan:
E
p
: energi potensial joule m : massa kg
g : percepatan gravitasi ms
2
h : ketinggian terhadap titik acuan m
b. Energi potensial gravitasi Newton Energi potensial gravitasi Newton adalah energi potensial
gravitasi antara dua benda angkasa. Energi ini dirumuskan sebagai berikut.
E
p
= - . . . 4.4
Keterangan:
E
p
: energi potensial gravitasi Newton joule M : massa planet kg
m : massa benda kg r : jarak benda ke pusat planet m
G : tetapan gravitasi universal = 6,673 x 10
-11
N.m
2
kg
2
.
Dari rumus di atas terlihat bahwa E
p
bernilai negatif. Artinya, untuk memindahkan benda dari posisi tertentu ke posisi lain
yang jaraknya lebih jauh dari pusat planet diperlukan sejumlah energi. Selain itu, tanda negatif pada E
p
juga menunjukkan bahwa suatu planet akan tetap terikat pada medan gravitasi matahari,
sehingga planet tetap berada pada orbitnya. c. Energi potensial pegas
Dari pembahasan sebelumnya diketahui bahwa hubungan antara pertambahan panjang dengan gaya pegas adalah seba-
gai berikut. F = -k .
Δx
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 1
85
Agar kamu lebih memahami konsep energi potensial pada pegas, ambillah
sebuah pegas Setelah itu, tekan pegas tersebut dengan tanganmu Apa yang ter-
jadi? Jika kamu memberikan gaya tekan yang besar pada pegas maka pegas terse-
but juga akan mempunyai energi potensial yang besar. Perhatikan gambar 4.8
Jika tekanan yang kamu berikan pada pegas tiba-tiba kamu lepaskan, pegas
akan kembali ke bentuk semula dengan cepat. Kemampuan pegas untuk kembali
ke bentuk semula disebut energi potensial pegas.
Energi potensial pegas dapat diten- tukan dengan meng gambarkan gaya pegas dan
