MEMAHAMI KONSEP USAHA DAN ENERGI DALAM PELAJARAN FISIKA

 

Adik-adik pelajar di mana pun berada, selamat datang di blog spectra-learning, komunitas pembelajar Indonesia…

Kali  ini kakak akan membahas materi fisika mengenai USAHA dan ENERGI.

Dalam ilmu fisika usaha diartikan sebagai perkalian antara gaya dan perpindahan. Pernyataan ini dirumuskan sebagai berikut : W = F.S, di mana W adalah usaha, satuannya Joule; F adalah gaya, satuannya Newton; dan S adalah perpindahan, satuannya meter.

 

Berdasarkan jenis gayanya, usaha terdiri dari 2 jenis, yaitu usaha konservatif (W_k) dan usaha non konservatif (W_NK). Usaha konservatif adalah usaha yang bergantung pada lintasan gerak benda, yang disebabkan oleh gaya-gaya konservatif seperti gaya gesek dan gaya luar. Usaha non konservatif adalah usaha yang bergantung pada keadaan awal dan akhir benda, disebabkan oleh gaya-gaya non konservatif, seperti gaya gravitasi, gaya pegas, dan gaya listrik.

Sedangkan energi adalah kemampuan yang dimiliki suatu benda untuk melakukan suatu perubahan. Dalam fisika dikenal beberapa jenis energi, diantaranya : energi kinetik dan energi potensial.

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang sedang bergerak. Rumusnya adalah EK = ½ .m.v², EK adalah energi kinetik, satuannya Joule; m adalah massa benda satuannya kilogram ; dan v adalah kecepatan gerak benda, satuannya m/s.

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena adanya perbedaan posisi dengan benda lain. Energi potensial ini banyak macamnya, ada yang disebut energi potensial gravitasi, energi potensial pegas, dan energi potensial listrik.

Energi potensial gravitasi dirumuskan : EP = m.g.h (EP : energi potensial, satuannya Joule; m : massa benda, satuannya kg; h : ketinggian benda dari permukaan bumi, satuannya meter)

Energi potensial pegas dirumuskan : EP = ½ .k. ∆x² (EP : energi potensial pegas, satuannya Joule; k : tetapan pegas, satuannya Newton/meter; ∆x : perubahan panjang pegas, satuannya meter)

Energi potensial listrik dirumuskan : EP = q.V (EP : energi potensial listrik, satuannya Joule; q : muatan suatu benda, satuannya Coloumb; V : potensial listrik, satuannya volt)

1. Hubungan antara Usaha dan Energi

Usaha  dan energi mempunyai hubungan yang erat, yaitu bahwa usaha adalah perubahan energi kinetik.

Pernyataan ini dirumuskan sebagai :

W = ∆EK

W_k + W_NK = ∆EK

W_k - ∆EP =  ∆EK

W_k – (EP₂-EP₁) = EK₂-EK₁

W_k = (EK₂ + EP₂)-( EK₁+ EP₁)

W_k = EM₂-EM₁

W_k = ∆EM

2. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Jika pada sistem benda tidak ada gaya konservatif maka usaha konservatif =0, sehingga akan terjadi kekekalan energi mekanik.

Pernyataan ini dapat dirumuskan seperti berikut :

W_k = ∆EM

0 = ∆EM

0 = EM₂-EM₁

EM₁ = EM₂

EK₁+EP₁ = EK₂+EP₂

3. Contoh-contoh Soal

1. Sebuah meja bermassa  10 kg awalnya diam, kemudian didorong oleh gaya luar sebesar 30 N. Berapakah kecepatan meja setelah menempuh jarak 2 m ?

Jawab :

W = ∆EK

F.S = ½ .m.(v₂²-v₁²)

30.2 = ½ . 10. (v₂²-0)

60 = 5. v₂²

12 = v₂²

v₂ = √12 =2√3 m/s

2. Seorang anak meluncur dari puncak papan luncur yang berketinggian 2 meter hingga sampai ke dasar papan luncur yang tingginya 0,3 meter. Berapakah kecepatan anak tersebut ketika sampai di dasar papan luncur ? (diketahui percepatan gravitasi di tempat tersebut, g = 10 m/s² )

Jawab :

Karena tidak ada gaya luar dan gaya gesek, maka pada anak tersebut berlaku hukum kekekalan energi mekanik,

EK₁+EP₁ = EK₂+EP₂

0 + m.g.h₁= ½ .m.v₂² + m.g.h₂

           10.2 = ½ . v₂² + 10.0,3

           20 = ½ . v₂² + 3

           17 = ½ . v₂²

           v₂² = 34

           v₂ = √34 m/s

Baiklah adik-adik, demikianlah penjelasan kakak mengenai usaha dan energi, semoga bisa dipahami.