Physics Is Fun: Usaha dan Energi

Usaha

adalah besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut mengalami perpindahan. Juga bisa didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

Soal 1

Soal 2

Sebuah resultan gaya tetap yang dinyatakan dalam vektor satuan F = 4i + 2j bekerja pada sebuah benda hingga mengalami perpindahan r = 5i + j (semua satuan dinyatakan dalam SI)

a.)Tentukan besarnya usaha yang terjadi

b.)Tentukanlah sudut terkecil antara gaya dan perpindahan

Penyelesaian:

Soal 3

Gaya Konservatif dan Gaya Non Konservatif

Adalah gaya yang dapat menerima kembali usaha yang telah dilakukan.

Misalnnya:

Gaya gravitasi. Orang yang sedang memanjat tebing, ada usaha untuk melawan gaya luar yaitu gaya gravitasi. Bila pemanjat tersebut tergelincir, gaya gravitasi memberikan kembali usaha yang telah dilakukan padanya, sehinggga orang tersebut jatuh bebas.

Jadi , “bila total usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dalam lintasan tertutup besarnya nol, maka gaya tersebut adalah konservatif”. Secara matematis dapat ditulis :

Sedangkan gaya-gaya yang tidak memenuhi kondisi tersebut dinamakan gaya non konservatif. Misalnya gaya gesek. Untuk gaya-gaya non konservatif usaha yang dilakukan tidak tak tergantung pada lintasan.

Gaya-gaya yang termasuk gaya konservatif:

*Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif sama dengan perubahan energi potensial

*Usaha yang dilakukan oleh gaya non konservatif sama dengan perubahan energi mekanik

Usaha pada F konservatif

Usaha yang dilakukan oleh gaya angkat konstan F sama dengan perubahan energi potensial yang dialami benda itu.

Sebuah benda yang massanya 0,5 kg diletakkan pada sebuah tiang yang tingginya 6,5 m. Besarnya energi potensial benda terhadap kepala orang, jika g = 10 ms^-2 adalah…

Penyelesaian:

h = 6,5 m – 1,5 m = 5,0 m

Ep = m g h

= (0,5)(10)(5,0)

= 25 J

Hubungan Usaha W dan Ep dan Ek

1. Memindahkan benda vertikal

W = Ep2-Ep1

Soal:

Sebuah bola bermassa 0,5 kg dilempar vertikal ke atas hingga mencapai ketinggian 11 m.

a.) Berapakah energi potensial bola terhadap tanah ketika berada pada ketinggian itu?

b.) Berapakah perubahan energy potensial ketika bola berada pada ketinggian 3,5 m (g = 10 ms^-2)?

Penyelesaian:

2. Memindahkan benda horizontal

Soal:

Sebuah mobil mainan yang massanya 1 kg meluncur pada lintasan lurus dengan kelajuan awal 3 ms^-1 hingga berhenti pada jarak 2 m. Berapakah usaha yang dilakukan gaya gesekan antara permukaan lintasan dan mobil mainan?

Penyelesaian:

Disebut juga HKEM (Hukum Kekekalan Energi Mekanik)
Soal:
Sebuah benda dengan massa 2,0 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30ms^-1. Bila g = 10ms^-2, berapakah besarnya energi kinetik saat ketinggian benda mencapai 25 m?

Soal:

Sebuah mobil bermassa 2000 kg bergerak menanjak pada sebuah bukit. Panjang lintasan dari A ke B adalah 40 m. Kelajuan awal di A adalah 20 ms^-1 dan di B adalah 5 ms^-1. Berapakah besar gaya gesekan yang dikerjakan permukaan jalan pada ban mobil? (g=10 ms^-2).