USAHA, ENERGI DAN DAYA

Usaha dan Energi (Kinetik, Potensial dan Mekanik) | Materi Pelajaran

A. USAHA

Usaha adalah besarnya energi untuk merubah posisi yang diberikan gaya pada benda atau objek. Usaha yang dilakukan suatu objek didefinisikan sebagai perkalian antara jarak yang ditempuh dengan gaya yang searah dengan perpindahannya.

Dalam SI Satuan usaha adalah Joule (J)

Usaha dalam sistematis dapat dirumuskan sebagai berikut

Dimana :
W = Usaha                      satuannya (Joule)
F = Gaya                        satuannya (Newton)
s = jarak perpindahan    satuannya (meter)

Perhatikanlah Gambar berikut ini. Seorang wanita menarik kereta api mainan dengan menggunakan tali sehingga gaya tariknya membentuk sudut α terhadap bidang horizontal dan kereta api mainan tersebut berpindah sejauh s.

Dengan demikian, gaya yang bekerja pada kereta api mainan membentuk sudut α terhadap arah perpindahannya. Oleh karena itu, besar usaha yang dilakukan gaya tersebut dinyatakan dengan persamaan :

dengan α = sudut antara gaya dan perpindahan benda (derajat).

Contoh Soal 1 Usaha :

Berapakah usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah meja sejauh 10 m dengan berat meja sebesar 500 N.

Sebuah balok yang berpindah sejauh karena gaya memiliki usaha W=Fs

Penyelesaian :

Diketahui

F = 500 N

s = 10 m

Ditanya

W = ........ ?

Jawab

W = F . s

W = 500 N . 10 m

W = 5000 Nm

W = 5000 J

W = 5 KJ

maka usaha yang dilakukan untuk memindahkan meja tersebut adalah 5 KJ

Contoh Soal 2 Usaha :

Sebuah balok bermassa 10 kg ditarik dengan gaya 100 N sehingga berpindah sejauh 10 m. Jika α = 60° dan gesekan antara balok dan lantai diabaikan, berapakah usaha yang dilakukan gaya itu?

Penyelesaian :

Diketahui:

F = 100 N, s = 10 m, dan α = 60°.

Ditanya :

W= ......?

Jawab :

W = F cos α s

W = (100 N)(cos 60°)(10 m)

W = (100 N)(1/2)(10 m)

W = 500 joule.

Contoh Soal 3 Usaha :

Sebuah benda m = 8 kg ditarik dengan gaya 80 N (lihat gambar). Hitunglah Usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan benda sejauh 4 m adalah ...

Penyelesaian :

Diketahui:

F = 80 N

s = 4 m

α = 60°.

Ditanya :

W= ......?

Jawab :

W = F cos α s

W = 80 cos (60°). 4

W = (80) (1/2 ) (4)

W = 160 joule

>B. ENERGI

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. kita harus tahu bahwa energi ini sifatnya kekal.

Artinya, energi tidak dapat musnah, tetapi hanya bisa berubah bentuk dari energi satu ke energi lainnya.

Adapun macam-macam energi adalah sebagai berikut:

1. Energi kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak. Benda bergerak memiliki energi kinetik karena adanya kecepatan.

Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

Ek = energi kinetik satuanya (Joule)

m = massa satuannya (kg)

v = kecepatan satuannya (m/s)

Contoh Soal Energi Kinetik :

Sebuah mobil bermassa 800 kg bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Hitunglah energi kinetik mobil tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :

m = 800 kg

V = 36 km / jam

= 10 m/s

Ditanya :

Ek = ...........?

Jawab :

Ek = ½ m . V²

= ½ 800 . 10²

= 400 . 100

= 40.000 J

= 40 KJ

Maka besar energi kinetik mobil tersebut adalah 40 KJ

2. Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena ketinggiannya. Secara matematis, energi potensial dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

Ep = energi potensial satuanya (Joule)

m = massa satuanya (kg)

g = percepatan gravitasi satuanya (m/s²)

h = ketinggian benda satuanya (m)

Contoh Soal Energi Potensial :

Buah kelapa yang tergantung di pohon memiliki massa 500 g pada ketinggian 5 meter diatas tanah jika percepatan gravitasi sebesar 10 m/s2. Hitunglah energi potensial yang dimiliki buah kelapa tersebut?

Penyelesaian :

Diketahui :

m = 500 g = 0,5 kg

g = 10 m/s2

h = 5 m

Ditanya :

Ep = ...........?

Jawab :

Ep = m . g . h

= 0,5 . 10 . 5

= 25 J

Maka Energi potensial Buah kelapa tersebut adalah 25 J

3. Energi mekanik

Energi mekanik adalah energi hasil penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik. Besarnya energi benda selalu tetap selama tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis, energi mekanik dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

Em = energi mekanik satuanya (Joule)

Ep = energi potensial satuanya (Joule)

Ek = energi kinetik satuanya (Joule)

Hubungan antara Usaha dan Energi

Usaha merupakan perubahan energi yang terjadi pada suatu benda, baik perubahan energi kinetik maupun energi potensial. Secara matematis, hubungan antara usaha dan energi dirumuskan sebagai berikut.

Contoh Soal Energi Mekanik :

Sebuah apel mempunyai massa 300 gram jatuh dari pohon dengan kecepatan 10 m/s pada ketinggian 10 meter. Jika gravitasi =10 m/s2, berapakah energi mekanik pada apel tersebut?

Penyelesaian :

Diketahui :

m = 300 g = 0,3 Kg

g = 10 m/s2

h = 10 m

Ditanya :

Em = ...........?

Jawab :

Em = Ep + Ek

         Ep    = m g h
                = 0,3 x 10 x 10
                   = 30 J

Ek = ½ m . V²

= ½ 0,3 kg . 10² m/s

= 0,15 . 100

= 15 J

Em = 30 J + 15 J

= 45 J

Maka, energi mekanik pada apel adalah 45 J.

>C. DAYA

Daya adalah kecepatan untuk melakukan usaha. Istilah lain daya adalah usaha yang dilakukan setiap sekon.

Secara matematis, daya dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P = daya satuanya (Watt);

t = waktu satuanya (s)

F = gaya satuanya (N)

s = perpindahan satuanya (m)

v = kecepatan satuanya (m/s)

Itulah pembahasan tentang usaha dan energi. selanjutnya akan diberikan contoh soal terkait energi dan daya.

tas. Tentukan daya yang dikeluarkan siswa untuk kegiatan tersebut!

Contoh Soal Daya
Seorang siswa yang beratnya 450 Newton berjalan sejauh 1 km. Siswa tersebut memerlukan waktu 5 m untuk sampai ke sekolah Hitunglah daya yang dikeluarkan anak tersebut?

Penyelesaian :
Diketahui :
F = 450 N
s = 1 Km = 1000 m
t = 5 menit = 300 sekon
Ditanya   :
P = ...........?
Jawab      :

Hubungan Daya (P) dan Usaha (W) serta waktu (t) :

         P = W / t

dimana
W = (gaya berat siswa) x (perpindahan siswa) = 450 x 1000 = 450.000J

Dengan demikian :

   P    = W/t

      = 450.000 J / 300 s

= 1500 watt
= 1,5 Kw

Klik link materi lain disini :

Materi Ke-1 Besaran dan Satuan

Materi Ke-2 Besaran Skalar dan Vektor

Materi Ke-3 Pengukuran dan Angka Penting

Materi Ke-4 Pengukuran Jangka Sorong

Materi Ke-5 Pengukuran Micrometer Sekrup

Kembali Ke SiteMap / Daftar Isi