Usaha dan energi Oleh : Anggraeni Ayu Dewantie Alifian Maulidzi A M Zakaria Al Ansori Salsabila Thifal Hasna Berliana Safira S.M

Jika perpindahan 0 maka Benda dikatakan Tidak melakukan usaha Jika mobil bergerak maka orang tersebut dapat dikatakan melakukan usaha Jika mobil diam maka usaha yang dilakukan orang tersebut bernilai 0 Jika perpindahan 0 maka Benda dikatakan Tidak melakukan usaha

W = F . S Pengertian usaha : Usaha adalah hasil kali antara gaya yang bekerja pada benda dan perpindahan benda Usaha biasanya dilambangkan dengan W (work) Usaha dirumuskan sebagai berikut : Keterangan : W = Usaha, satuan Joule (J) F = Gaya yang bekerja pada benda, satuan Newton (N) S = Perpindahan, satuan meter (m) W = F . S

F Posisi awal s Posisi akhir

W = F cosα . s s F α Keterangan : W = Usaha (J) F = Gaya (N) Jika suatu benda dikenai gaya F yang memiliki arah dengan sudut α dengan perpindahan sejauh s F α s W = F cosα . s Keterangan : W = Usaha (J) F = Gaya (N) α = Besar sudut s = perpindahan (m)

ENERGI ADALAH KEMAMPUAN UNTUK MELAKUKAN USAHA

MACAM MACAM ENERGI : ENERGI POTENSIAL ENERGI KINETIK

ENERGI POTENSIAL ENERGI POTENSIAL ADALAH ENERGI YANG DIMILIKI BENDA DENGAN MASSA m DAN MEMILIKI KETINGGIAN TERHADAP PERMUKAAN BUMI ATAU SUATU TITIK ACUAN

ENERGI POTENSIAL DAPAT DIRUMUSKAN SEBAGAI BERIKUT : Ep = M . g . h m Keterangan : Ep = Energi potensial (J) m = Massa (kg) h = Ketinggian (m) g = Gravitasi = 10 m/s2 h g

ENERGI POTENSIAL DIPENGARUHI OLEH : MASSA, SEMAKIN BESAR MASSA BENDA MAKA ENERGI POTENSIALNYA JUGA SEMAKIN BESAR GRAVITASI, SEMAKIN BESAR GRAVITASI PADA SUATU TEMPAT MAKA ENERGI POTENSIALNYA JUGA SEMAKIN BESAR KETINGGIAN, SEMAKIN TINGGI KEDUDUKAN SUATU BENDA TERHADAP PERMUKAAN BUMI MAKA ENERGI

Apabila sebuah benda A dijatuhkan dari ketinggian h1 sampai mencapai ketinggian h2 maka berapa usaha yang dilakukan oleh benda tersebut? A h1 W = ? h2

ENERGI KINETIK ENERGI KINETIK ADALAH ENERGI YANNG DIMILIKI OLEH BENDA YANG SEDANG BERGERAK

EK = ½ m v2 Keterangan : EK = Energi Kinetik (J) m = Massa (kg) ENERGI KINETIK dari suatu benda bermassa m dan bergerak dengan kecepatan v Dirumuskan sebagai berikut : EK = ½ m v2 Keterangan : EK = Energi Kinetik (J) m = Massa (kg) v = Kecepatan (m/s)

Ketika suatu benda diberi gaya sehingga energi kinetik benda tersebut berubah dari EK1 menjadi EK2 , perubahan ini sma dengan USAHA yang dilakukan v1 v2

SOAL DAN PEMBAHASAN

1. Perhatikan gambar dibawah ini! Sebuah balok dengan massa M berada pada bidang datar, balok tersebut ditarik oleh gaya sebesar 30 N ke kanan. Jika balok berpindah sejauh 50 cm maka hitunglah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut!

Diketahui: F = 30 N s = 50 cm = 0,5 m Ditanya: Usaha ( W ) Jawab: W = F.s W = 30 (0,5) = 15 Joule

2. Perhatikan gambar dibawah! Sebuah benda dengan massa 4 kg berada pada bidang datar. Benda tersebut ditarik oleh gaya 50 N yang membentuk sudut 60˚ terhadap bidang horizontal (perhatikan gambar). Jika benda berpindah sejauh 4 m maka hitunglah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut!

Diketahui: m = 4 kg F = 50 N s = 4 m Ditanya: Usaha (W) Jawab: Perhatikan gambar diatas, untuk gaya (F) yang membentuk sudut θ terhadap perpindahan (s), maka gaya (F) harus diuraikan terhadap bidang mendatar (searah dengan perpindahan). Sehingga rumus usaha menjadi: W = F cos α.s Atau W = F . s cos α W = 50 . 4 cos 60˚ W = 200 (½) = 100 N

3. Sebuah gaya F = (2i + 4j) N melakukan usaha dengan titik tangkapnya berpindah menurut r = (5i + aj) m, vektor i dan j berturut-turut adalah vektor satuan yang searah dengan sumbu X dan sumbu Y pada koordinat Cartesius.bila usaha itu bernilai 30 Joule, maka hitunglah nilai a!

Diketahui:  F = (2i +4j) N  r = (5i +aj) m Ditanya: a = ...? Jawab: Usaha adalah perkalian titik (dot product) antara vektor gaya dengan vektor perpindahan.  W = F .r   30 = (2i + 4j) . (5i + aj) 30 = 10 + 4a 30 – 10 = 4a 4a = 20 a = 5

4. Perhatikan gambar berikut! Sebuah balok bermassa 50 gr bergerak sepanjang garis lurus pada permukaan mendatar akibat pengaruh gaya yang berubah-ubah terhadap kedudukan seperti ditunjukkan pada gambar. Hitunglah usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan balok sejauh 14 m!

Usaha adalah luas daerah dibawah grafik F-s (luas daerah yang diarsir)       W = luas trapesium ABCD

5. Perhatikan gambar berikut! Sebuah benda dengan massa 20 kg meluncur ke bawah sepanjang bidang miring licin yang membentuk sudut 30˚terhadap bidang horizontal. Jika benda bergeser sejauh 2 m, maka hitunglah usaha yang dilakukan oleh gaya berat!

Ditanya: usaha yang dilakukan oleh gaya berat ? Jawab: Diketahui: m = 20 kg s = 2 m α = 30˚ Ditanya: usaha yang dilakukan oleh gaya berat ? Jawab: Benda meluncur ke bawah pada bidang miring, sehingga gaya yang melakukan usaha adalah m.g sin 30˚ W = F.s W = m.g sin 30˚.s W = 20 . 10. (½). 2 W = 200 Joule

6. Sebuah benda bermassa 4 kg mula-mula diam kemudian bergerak lurus dengan percepatan 3 m/s². Hitunglah usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 3 detik! 3

Diketahui: m = 4 kg a = 3 m/s² t = 3 detik Ditanya: Usaha (W) Jawab: Hitung terlebih dahulu nilai v1 dan v2. Pada soal diatas benda mula-mula diam, sehingga v1 = 0. Maka v2 dapat dicari dengan menggunakan rumus gerak lurus berubah beraturan (GLBB): v2 = v1 + a.t v2 = 0 + 3 (3) = 9 m/s Selanjutnya kita dapat menghitung usaha (W) dengan rumus:

a. Energi kinetik dititik A 7. Perhatikan gambar berikut! Sebuah benda yang massanya 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 25 m seperti pada gambar. Hitunglah: a. Energi kinetik dititik A b. Energi kinetik benda saat berada dititik B (10 m diatas tanah)!

a. Energi kinetik dititik A Pada soal diatas, benda mengalami gerak jatuh bebas sehingga vA = 0. Maka energi kinetik saat dititik A: b. Energi kinetik pada saat dititik B Dengan hukum kekekalan energi mekanik:

8. Sebuah bola besi massanya 0,2 kg dilempar vertikal keatas 8. 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!

Diketahui: Ep = 40 Joule m = 0,2 kg g = 10 m/s² Ditanya: ketinggian maksimum (h) Jawab: Ep = m.g.h 40 = 0,2 (10). h h = 40/2 h = 20 meter

9. Perhatikan gambar berikut! Sebuah benda jatuh bebas dari posisi A seperti pada gambar diatas. Hitunglah perbandingan energi potensial dan energi kinetik ketika sampai di B!

Diketahui: hA = h vA = 0 m/s (gerak jatuh bebas) Ditanya: EpB : EkB Jawab: a) Terlebih dahulu tentukan energi potensial benda saat dititik B (EpB) hB = 1/3 h Maka: EpB = m.g.hB = m.g.(1/3h) = 1/3 m.g.h b) Selanjutnya menentukan energi kinetik dititik B (EkB) Sehingga perbandingan energi potensial dan energi kinetik saat di titik B:

10. Sebuah bola yang massanya 2 kg jatuh bebas dari posisi A seperti pada gambar. Ketika sampai di B, energi kinetik bola tersebut 2 kali energi potensialnya. Hitunglah tinggi titik B dari permukaan tanah!

Diketahui: m = 2 kg h = 60 m EkB = 2 EpB Ditanya: tinggi titik B (hB) Jawab: Cara pertama: Menggunakan hukum kekekalan energi mekanik:

Cara kedua: Cari terlebih dahulu kecepatan benda saat dititik B. Misal hB = x, maka hAB = 60 – x (perhatikan gambar). Maka: Sehingga:  

Penerapan dan simulasi usaha dan energi MEDIA PEMBELAJARAN FISIKA USAHA DAN ENERGI

TERIMA KASIH