redesain-navbar Portlet

BelajarPintarV3

Pengertian Usaha

Apa Itu Usaha ??

Pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan pengertian usaha dalam fisika. Untuk memahami perbedaan pengertian tersebut di bawah ini diberikan beberapa contoh dan penjelasannya.

Pengertian “Usaha” berdasarkan pengertian sehari-hari:

  • Bila seseorang mahasiswa ingin lulus dengan IPK yang baik, diperlukan usaha keras untuk belajar
  • Dosen yang baik, selalu berusaha dengan berbagai cara untuk menerangkan mata kuliahnya, agar dapat dipahami dengan baik oleh mahasiswanya.

Dari dua contoh di atas dapat disimpulkan bahwa kata “Usaha” dalam bahasa sehari-hari menjelaskan hampir semua aktivitas sehari-hari. Kata “usaha” dalam pengertian sehari-hari ini tidak dapat dinyatakan dengan suatu angka atau ukuran dan tidak dapat pula dinyatakan dengan rumus matematis.

Tetapi dalam fisika usaha merupakan definisi yang sudah pasti, mempunyai arti dan dapat dinyatakan dengan rumus matematis. Jadi pengertian usaha menurut bahasa sehari-hari sebagai “upaya” untuk mendapatkan sesuatu.

Dalam fisika, usaha merupakan proses perubahan Energi dan usaha ini selalu dihubungkan dengan gaya (F) yang menyebabkan perpindahan (s) suatu benda. Dengan kata lain, bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan suatu benda, maka dapat dikatakan gaya tersebut melakukan usaha terhadap benda.

Usaha oleh Gaya Konstan

Pengertian usaha yang diterangkan di atas adalah usaha oleh gaya konstan, artinya arah dan nilainya konstan. Besar (nilai) usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya (F) pada suatu benda yang mengakibatkan perpindahan sebesar s, dapat dirumuskan kembali dengan kalimat, sebagai berikut:

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

Apabila usaha tersebut dirumuskan secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

W =Fs . S

Keterangan:

W : Besar Usaha (kg . m2 /s2 , joule (J) atau newton . meter)
Fs : Besar komponen gaya pada arah perpindahan (newton)
s : Besar perpindahan (m)

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

Jika gaya yang melakukan usaha membentuk sudut dengan perpindahan, maka gaya tersebut dapat diuraikan ke dalam dua komponen, yaitu :

Komponen y :

Komponen x :

gaya yang searah dengan perpindahan :

Sesuai dengan rumus ,Fs merupakan komponen gaya pada arah perpindahan, maka :

W = Fy . s

Usaha adalah besaran skalar, dimana usaha merupakan perkalian skalar (dot product) antara vektor gaya dan vektor perpindahan. Oleh karena itu usaha merupakan besaran skalar.

W = F . s

Satuan dan Dimensi Usaha

Jika digunakan Satuan Sistem Internasional maka, gaya F dalam newton (kg m/s2) dan perpindahan s dinyatakan dalam meter (m).

Satuan usaha (W)

W = satuan gaya x satuan perpindahan

W = kg m/s2 x m

W = kg m2 /s2

W = joule

Satu Joule adalah besar usaha yang dilakukan oleh gaya satu newton untuk memindahkan benda sejauh satu meter

Untuk mencari dimensinya:

dimensi usaha = dimensi gaya x dimensi perpindahan

[ W ] = [ F ] . [ s ]

= MLT-2 . L

= ML2 T-2

Usaha yang dihasilkan lebih dari satu gaya

Sobat Pintar, bila kita melihat kejadian sehari-hari, dapat kita lihat bahwa sebuah benda akan dikenai gaya lebih dari satu. Oleh karena itu, jika ditanya berapa usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya tersebut maka haruslah dihitung usaha oleh masing-masing gaya-gaya tersebut, kemudian usaha 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 sudut1 dengan vektor s, F 2 membentuk sudut2 , dan F3 membentuk sudut3. Berapakah usaha oleh ketiga gaya tersebut terhadap benda.

Usaha masing-masing gaya dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Gaya F1 akan melakukan usaha sebesar :

Gaya F2 akan melakukan usaha sebesar :

Gaya F3 akan melakukan usaha sebesar :

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

W = W1 + W2 + W3

Latihan 1

Jawablah pertanyaan berikut!

Ambar menarik benda bermassa 1 kg dengan gaya 40 N dengan sepotong tali dan membentuk 60o

Usaha yang dilakukan anak tersebut untuk memindahkan benda sejauh 4 meter adalah ....

A. 60 J

B. 65 J

C. 70 J

D. 75 J

E. 80 J

Latihan 2

Sebuah mobil melakukan usaha sebesar 800.000 J untuk menempuh jarak 1 km dengan kelajuan tetap. Besar gaya yang dilakukan oleh mobil itu adalah .....

A. 600 N

B. 700 N

C. 800 N

D. 1000 N

E. 1500 N

Latihan 3

Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut!

  1. Rillo yang berenang melawan arus sungai namun tidak bergerak terhadap tepi sungai. 
  2. Okta yang terbawa arus sungai hingga ke ujung sungai. 
  3. Fari berlari mengelilingi lintasan lari sebanyak dua kali.
  4. Indah meluncur ke bawah dari papan perosotan.

Berdasarkan pernyataan di atas, pernyataan yang menyatakan bahwa seseorang telah melakukan usaha adalah ....

A. (1) dan (3)

B. (2) dan (4)

C. (1), (2), dan (3)

D. (1), (2), (3), dan (4)

E. (4) saja

Latihan 4

Sebuah truk mainan ditarik oleh gaya 5 N membentuk sudut sebesar 30o  terhadap horisontal. Massa truk 1,5 kg. Berapa kerja yang dilakukan bila lantai licin?

A. 20,5 J

B. 25,8 J

C. 28,2 J

D. 30,5 J

E. 32,0 J

Latihan 5

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 4 m dilakukan oleh sebuah gaya yang sejajar dengan bidang miring agar balok bergerak dengan kecepatan konstan?

A. 345 J

B. 458 J

C. 588 J

D. 678 J

E. 784 J

Pengertian Energi

Tahukah Sobat, Energi Itu Apa Ya??

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, Jadi :

Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja.

Dalam Fisika energi dihubungkan dengan gerak, yaitu kemampuan untuk melakukan kerja mekanik. Energi di alam adalah besaran yang kekal, dengan sifat-sifat sebagai berikut :

  • Transformasi energi : energi dapat diubah menjadi energi bentuk lain, tidak dapat hilang misal energi pembakaran berubah menjadi energi penggerak mesin
  • Transfer energi : energi dapat dipindahkan dari suatu benda kebenda lain atau dari sistem ke sistem lain, misal kita memasak air, energi dari api pindah ke air menjadi energi panas, energi panas atau kalor dipindah lagi keuap menjadi energi uap
  • Kerja : energi dapat dipindah ke sistem lain melalui gaya yang menyebabkan pergeseran, yaitu kerja mekanik
  • Energi tidak dapat dibentuk dari nol dan tidak dapat dimusnahkan

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

Macam-macam Energi

Sobat Pintar, lalu apa saja macam-macam energi itu, mari simak kakak berikut

a. Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial adalah energi yang dimiliki akibat kedudukan benda tersebut terhadap bidang acuannya. Sedangkan yang dimaksud dengan bidang acuan adalah bidang yang diambil sebagai acuan tempat benda mempunyai energi potensial sama dengan nol. Sebagai contoh dari energi potensial, adalah 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)

Dengan titik acuan 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 pusat bumi

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

Ep = m g h

Keterangan :

Ep = energi potensial (joule)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian dari muka bumi (m)

b. Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas adalah energi potensial karena adanya tarikan atau penekanan pegas atau kemampuan suatu benda yang dihubungkan dengan pegas untuk berada pada suatu tempat karena panjang pegas berubah sepanjang x

Epegas = 1/2 k.x2

Dimana :

Epegas = 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, mempunyai energi kinetik sebesar Ek dengan kata lain , energi kinetik suatu benda adalah energi yang dipunyai benda yang bergerak. Berarti setiap benda yang bergerak, mempunyai energi kinetik Ek , secara matematis, energi kinetik dapat ditulis sebagai:

Ek = 1/2 mv2

Dimana:
m = massa benda (kg )
v = laju benda (m/s)
Ek = energi kinetik (joule )

Latihan 1

Sebuah tongkat yang panjangnya 40 cm dan tegak di atas permukaan tanah dijatuhi martil 10 kg dari ketinggian 50 cm di atas ujungnya. Bila gaya tahan rata-rata tanah 103 N, maka banyaknya tumbukan martil yang perlu dilakukan terhadap tongkat agar menjadi rata dengan permukaan tanah adalah....

A. 4 kali

B. 5 kali

C. 6 kali

D. 8 kali

E. 10 kali

Latihan 2

Sebuah bola besi massanya 0,2 kg dilempar vertikal keatas. Energi potensial benda pada ketinggian maksimum adalah 40 J. Bila g = 10 m/s², maka hitunglah ketinggian maksimum yang dicapai bola tersebut!

A. 10 meter

B. 20 meter

C. 30 meter

D. 40 meter

E. 50 meter

Latihan 3

Sebuah apel bermassa 150 gr tergantung pada dahan pohon yang tingginya 6m, berapa energi potensial apel tersebut?

A. 0,009 J

B. 0,09 J

C. 0,9 J

D. 9 J

E. 90 j

Latihan 4

Energi 4.900 Joule digunakan untuk mengangkat benda bermassa 50 kg secara vertikal. Benda akan naik setinggi ....m (g=9,8 m/s2)

A. 9,8

B. 10

C. 98

D. 24,5

E. 96

Latihan 5

Perhatikan gambar lintasan roller coaster di bawah ini !

Bila gaya gesek udara dan gaya gesek dengan rel diabaikan, maka urutan titik yang memiliki energi potensial terbesar hingga energi potensial terkecil adalah...

A. A-B-C

B. D-C-E

C. A-C-B

D. B-C-A

E. E-C-D

redesain-navbar Portlet