Materi Pembelajaran

1. Usaha

Usaha dideskripsikan sebagai gaya yang dikenakan pada benda sehingga benda berpindah pada jarak tertentu. Sebagai contoh, Andi mendorong mobil yang mogok dari gang X sampai gang Y . Hal yang dilakukan Andi dikatakan sebagai usaha. Namun jika mobil yang didorong Andi tidak bergerak atau tetep di posisi semula, maka Andi dikatakan tidak melakukan usaha secara konsep Fisika.

Grafik di atas menunjukkan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya konstan merupakan luasan di bawah kurva F dan s sehingga persamaan usaha dapat dituliskan sebagai berikut,

(1)

dengan, = usaha (Joule)

F = gaya (N)

= perpindahan (m) Dari persamaan di atas, usaha yang dilakukan oleh gaya konstan dapat didefinisikan sebagai hasil kali gaya yang dikenakan pada benda dengan perpindahan yang ditempuh benda.

Selanjutnya, bagaimana dengan benda yang dikenai gaya yang membentuk sudut dengan perpindahan ?

Sehingga persamaan usaha yang bekerja pada benda dapat dituliskan sebagai berikut:

(2)

dengan, = usaha (Joule)

F = gaya (N)

= perpindahan (m) = sudut yang dibentuk gaya dengan bidang (0)

Berdasarkan persmaan tersebut, besar usaha yang dilakukan oleh gaya dipengaruhi oleh sudut yang dibentuk oleh gaya terhadap arah bidang lintasan. Adapun pengaruh sudut terhadap besar usaha adalah sebagai berikut :

a. Jika = 00, berarti gaya yang dilakukan searah dengan arah perpindahan benda. Atau = =.

b. Jika = 900, berarti gaya yang dilakukan tegak lurus dengan arah perpindahan. Atau = = 0. Artinya, gaya yang diberikan pada benda tidak mengakibatkan perpindahan atau secara tidak langsung dapat dikatakan benda tidak dikenai usaha.

2. Energi Kinetik

Benda yang awalnya diam akan bergerak ketika dikenai gaya yang cukup. Benda bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan usaha sehingga benda tersebut dapat dikatakan memiliki energi. Energi akibat pergerakan tersebut dinamakan energi kinetik.

Berdasarkan Gambar 5 , diketahui bahwa keadaan benda mula-mula adalah diam (V1 = 0). Ketika dikenai gaya, benda menjadi bergerak dengan kecepatan (V2) sejauh s. Sehingga besar perpindahan dapat diketahui melalui persamaan berikut.

(3)

dengan, = kecepatan benda setelah dikenai gaya (m/s)

= kecepatan benda sebelum dikenai gaya (m/s)

= perpindahan benda (m)

a = percepatan benda (m/s2)

Jika gaya dihubungkan dengan Hukum II Newton, = m. , besar usaha yang dihasilkan dituliskan dengan persamaan sebagai berikut.

(4)Besarnya usaha W sama dengan energi kinetik yang dimiliki benda pada saat kecepatan v. Sehingga energi kinetik dapat dituliskan sebagai berikut.

(5)

Sehingga,

(6)

dengan, = energi kinetik benda (Joule)

= kecepatan benda (m/s)

m = massa benda (kg)3. Energi PotensialEnergi potensial adalah energi yang berkaitan dengan kedudukan suatu benda terhadap suatu titik acuan. Dengan demikian, titik acuan akan menjadi tolok ukur penentuan ketinggian suatu benda.Misalkan sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.

Energi potensial dinyatakan dalam persamaan:

Ep = m . g . h

dengan,

Ep = energi potensial (joule)

m = massa (joule)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = ketinggian terhadap titik acuan (m)

Persamaan energi seperti di atas lebih tepat dikatakan sebagai energi potensial gravitasi. Di samping energi potensial gravitasi, juga terdapat energi potensial pegas yang mempunyai persamaan:

Ep = . k. x2 atau Ep = . F . x

dengan,

Ep = energi potensial pegas (joule)

k = konstanta pegas (N/m)

x = pertambahan panjang (m)

F = gaya yang bekerja pada pegas (N)

4. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi total yang dimiliki benda, sehingga energi mekanik dapat dinyatakan dalam sebuah persamaan:Em = Ep + EkEnergi mekanik sebagai energi total dari suatu benda bersifat kekal, tidak dapat dimusnahkan, namun dapat berubah wujud, sehingga berlakulah hukum kekekalan energi yang dirumuskan:

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2Mengingat suatu kerja atau usaha dapat terjadi manakala adanya sejumlah energi, maka perlu diketahui, bahwa berbagai bentuk perubahan energi berikut akan menghasilkan sejumlah usaha, yaitu:

W = F . s

W = m g (h1 h2)

W = Ep1 Ep2W = m v22 m v12W = F x

W = k x2Keterangan :

W = usaha (joule)

F = gaya (N)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi

h1 = ketinggian awal (m)

h2 = ketinggian akhir (m)

v1 = kecepatan awal (m)

v2 = kecepatan akhir (m)

k = konstanta pegas (N/m)

x = pertambahan panjang (m)

Ep1 = energi potensial awal (joule)

Ep2 = energi potensial akhir (joule)

5. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapatdimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk energimenjadi bentuk energi yang lain. Pernyataan tersebut dikenaldengan Hukum Kekekalan Energi.Untuk memahami hukum tersebut perhatikan gambar berikut ini.Apabila benda selama bergerak naik dan turun hanyadipengaruhi oleh gaya gravitasi, besar energi mekanik selalutetap. Dengan kata lain, jumlah energi potensial dan energikinetik selalu tetap. Pernyataan itu disebut Hukum KekekalanEnergi Mekanik.EM1 = EM2F

a

b

F

a

Gambar 2 : Benda dikenai usaha

Gambar 1 : Benda tidak dikenai usaha

Gambar 3 : Grafik hubungan gaya - perpindahan

Gambar 4 : Benda ditarik oleh gaya yang membentuk sudut sejauh s

s

m

m

Gambar 5 : Gaya F menyebabkan benda diam bergerak sejauh s

_1475752922.unknown

_1475752926.unknown

_1475752930.unknown

_1475752932.unknown

_1475752934.unknown

_1475752936.unknown

_1475752937.unknown

_1475752935.unknown

_1475752933.unknown

_1475752931.unknown

_1475752928.unknown

_1475752929.unknown

_1475752927.unknown

_1475752924.unknown

_1475752925.unknown

_1475752923.unknown

_1475752918.unknown

_1475752920.unknown

_1475752921.unknown

_1475752919.unknown

_1475752916.unknown

_1475752917.unknown

_1475752915.unknown