Usaha Dan Energi - Bahan Fisika

1.Pengertian Usaha

Pengertian perjuangan dalam kehidupan sehari-hari tidak sama dengan pengertian perjuangan dalam fisika. Untuk memahami perbedaan pengertian tersebut di bawah ini didiberikan beberapa contoh dan penjelasannya.

a. Pengertian “Usaha” berdasarkan pengertian sehari-hari:

1. Bila seseorang mahasiswa ingin lulus dengan IPK yang baik, diharapkan perjuangan keras untuk belajar
2. Dosen yang baik, selalu berusaha dengan banyak sekali cara untuk menunjukan mata kuliahnya, biar sanggup difahami dengan baik oleh mahasiswanya.

Dari dua contoh di atas sanggup disimpulkan bahwa kata “Usaha” dalam bahasa sehari-hari menunjukan hampir tiruana acara sehari-hari. Kata “usaha” dalam pengertian sehari-hari ini tidak sanggup ditetapkan dengan suatu angka atau ukuran dan tidak sanggup pula ditetapkan dengan rumus matematis. Tetapi dalam fisika perjuangan ialah definisi yang sudah pasti, memiliki arti dan sanggup ditetapkan dengan rumus matematis. Makara pengertian perjuangan berdasarkan bahasa sehari-hari sebagai “upaya” untuk mendapat sesuatu.

b. Pengertian perjuangan dalam Fisika

Dalam fisika, perjuangan ialah proses perubahan Energi dan perjuangan ini selalu dihubungkan dengan gaya (F) yang mengakibatkan perpindahan (s) suatu benda. melaluiataubersamaini kata lain, bila ada gaya yang mengakibatkan perpindahan suatu benda, maka dikatakan gaya tersebut melaksanakan perjuangan terhadap benda.

2. Usaha oleh Gaya Konstan

Pengertian perjuangan yang diterangkan di atas yaitu perjuangan oleh gaya konstan, artinya arah dan nilainya konstan. Besar (nilai) perjuangan yang dilakukan oleh sebuah gaya (F) pada suatu benda yang menjadikan perpindahan sebesar s, sanggup dirumuskan kembali dengan kalimat, sebagai diberikut:

Besar perjuangan oleh gaya konstan didefinisikan sebagai hasil besar komponen gaya pada arah perpindahan dengan besarnya perpindahan yang dihasilkan.

Apabila perjuangan tersebut dirumuskan secara matematis sanggup ditulis sebagai diberikut:

W =F_s . S

( 1.1 )

W : Besar Usaha (kg . m 2 /s 2 , joule atau newton . meter)

F_s : Besar komponen gaya pada arah perpindahan (newton)

s : Besar perpindahan (m)

Jika gaya yang bekerja membentuk sudut α dengan arah perpindahan, perhatikan gambar dibawah ini.

Gambar 1 : Sebuah benda yang bermassa m ditarik dengan gaya F 

membentuk sudut α dengan horisontal.

Jika gaya yang melaksanakan perjuangan membentuk sudut α dengan perpindahan, maka gaya tersebut sanggup diuraikan ke dalam dua komponen, yaitu :

Komponen y :

F y = F sin α

Komponen x, gaya yang searah dengan perpindahan :

F x = F cos α

Sesuai dengan rumus (1.1), F_s ialah komponen gaya pada arah perpindahan, maka pada rumus (1.1) F_s digantikan dengan F cos α dan sanggup dituliskan sebagai:

W = F y . s

W = F cos α s

W = F s cos α

( 1.2 )

Usaha yaitu bemasukan skalar, dimana perjuangan ialah perkalian skalar (dot product) antara vektor gaya dan vektor perpindahan. Oleh alasannya yaitu itu perjuangan ialah bemasukan skalar.

W = F . s

( 1.3 )

3. Satuan dan Dimensi Usaha

Untuk mencari satuan dan dimensi usaha, sanggup diturunkan dari rumus (1.1). Jika dipakai Satuan Sistem Internasional maka, gaya F dalam newton (kg m/s²) dan perpindahan s ditetapkan dalam meter (m).

Satuan perjuangan

= satuan gaya x satuan perpindahan

= kg m/s² x m

= kg m² /s²

= joule

Satu Joule yaitu besar perjuangan yang dilakukan oleh gaya satu newton untuk memindahkan benda sejauh satu meter

Untuk mencari dimensinya:

dimensi perjuangan = dimensi gaya x dimensi perpindahan

[ W ] = [ F ] . [ s ]

= MLT^-2 . L

= ML² T^-2

4. Usaha yang dihasilkan lebih dari satu gaya

Bila kita melihat bencana sehari-hari, sanggup kita lihat bahwa sebuah benda akan dikenai gaya lebih dari satu. Oleh karenanya, kalau ditanya berapa perjuangan yang dilakukan oleh gaya-gaya tersebut maka haruslah dihitung perjuangan oleh masing-masing gaya-gaya tersebut, kemudian perjuangan dari masing-masing gaya tersebut dijumlahkan.

Seandainya pada sebuah benda bekerja 3 buah gaya F₁ , F₂, dan F₃ sehingga benda mengalami perpindahan sejauh s. gaya F₁ .membentuk sudut α 1 dengan vektor s, F ₂ membentuk sudut α₂ , dan F₃ membentuk sudut α₃. Berapakah perjuangan oleh ketiga gaya tersebut terhadap benda.

Gambar 2 :  Usaha oleh beberapa gaya

Usaha masing-masing gaya sanggup dicari dengan memakai rumus (1.2)

W = F s cos α

Gaya F₁ akan melaksanakan perjuangan sebesar

W₁ = F₁ s cos α₁

Gaya F 2 akan melaksanakan perjuangan sebesar

W₂ = F₂ s cos α₂

Gaya F 3 akan melaksanakan perjuangan sebesar

W₃ = F₃ s cos α₃

Maka Usaha total (Usaha yang dilakukan oleh ketiga gaya tersebut)

W = W₁ + W₂ + W₃

W = F₁ s cos α₁ + F₂ s cos α₂ + F₃ s cos α₃

( 1.4 )

5. Energi

Energi sering juga disebut dengan tenaga. Dalam kehidupan sehari-hari energi dihubungkan dengan gerak, misal orang yang energik artinya orang yang selalu bergerak tidak pernah diam. Energi dihubungkan juga dengan kerja, Makara :

Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melaksanakan kerja.

Dalam Fisika energi dihubungkan dengan gerak, yaitu kemapuan untuk melaksanakan kerja mekanik. Energi dialam yaitu bemasukan yang abadi, dengan sifat-sifat sebagai diberikut :

1. Transformasi energi : energi sanggup diubah menjadi energi bentuk lain, tidak sanggup hilang misal energi pembakaran bermetamorfosis energi pencetus mesin
2. Transfer energi : energi sanggup dipindahkan dari suatu benda kebenda lain atau dari sistem ke sistem lain, misal kita memasak air, energi dari api pindah ke air menjadi energi gerah, energi gerah atau kalor dipindah lagi keuap menjadi energi uap
3. Kerja : energi sanggup dipindah ke sistem lain melalui gaya yang mengakibatkan pergeseran, yaitu kerja mekanik
4. Energi tidak sanggup dibuat dari nol dan tidak sanggup dimusnahkan

Sumber-sumber energi yang banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari misalnya: energi minyak bumi, energi batubara, energi air terjun, energi nuklir dan energi kimia.

6. Macam-macam Energi

a. Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial yaitu energi yang dimiliki jawaban kedudukan benda tersebut terhadap bidang acuannya. Sedangkan yang dimaksud dengan bidang contoh yaitu bidang yang diambil sebagai contoh daerah benda memiliki energi potensial sama dengan nol. Sebagai contoh dari energi potensial, yaitu energi pegas yang diregangkan, energi karet ketapel, energi air terjun.

Energi Potensial gravitasi suatu benda yang bermassa m dan berada di dalam medan gravitasi benda lain yang bermassa M (dalam kasus ini diambil bumi yang bermassa M)

( 1.5 )

melaluiataubersamaini titik contoh di tak hingga, dimana :

G = tetapan gravitasi umum = 6,67 x 10^-11 N m² /kg²

M = massa bumi

m = massa benda

r = jarak benda dari sentra bumi

Apabila permukaan bumi sebagai bidang potensial nol dan ketinggian tidak melebihi 1000 km (percepatan gravitasi tidak terlalu tidak sama, dianggap konstan), perumusan energi potensial, secara matematis sanggup ditulis

E_p = m g h

( 1.6 )

Keterangan :

E_p = energi potensial (joule)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

h = ketinggian dari muka bumi (m)

Untuk lebih memahaminya, mari kita perhatikan sebuah buku yang berada di atas sebuah meja, maka sanggup dikatakan bahwa buku tersebut memiliki energi potensial gravitasi terhadap lantai. Jika buku tersebut memiliki energi potensial gravitasi berarti gaya gravitasi pada benda tersebut bisa melaksanakan perjuangan dari daerah tiruanla ke lantai. Dalam kasus ini, bidang lantai dianggap sebagai bidang acuan.

Energi potensial buku

1). Jika lantai sebagai bidang contoh

E_p = m g h

2). Jika bidang meja sebagai bidang contoh

E_p = 0

Dalam hal ini h = 0

b. Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas yaitu energi potensial alasannya yaitu adanya tarikan atau aksentuasi pegas atau kemampuan suatu benda yang dihubungkan dengan pegas untuk berada pada suatu daerah alasannya yaitu panjang pegas berubah sepanjang x

E_pegas = 1/2 k.x²

Dimana :

E_pegas = energi potensial pegas (joule)

k = konstanta pegas (N/m)

x = perubahan panjang pegas (m)

c. Energi Kinetik

Sebuah benda yang bermassa m dan bergerak dengan laju v, memiliki energi kinetik sebesar E_k dengan kata lain , energi kinetik suatu benda yaitu energi yang dipunyai benda yang bergerak. Berarti setiap benda yang bergerak, memiliki energi kinetik E_k , secara matematis, energi kinetik sanggup ditulis sebagai:

Gambar 3 : Benda bermassa m bergerak dengan kecepatan v

E_k = 1/2 mv²

Dimana:

m = massa benda (kg )

v = laju benda (m/s)

E_k = energi kinetik (joule )

Demikianlah materi Fisika wacana Usaha dan Energi ini saya sampaikan, semoga bermanfaa ... 

Bagikan Artikel ini