USAHA & ENERGI

Kelas XI IA 1• Fairuz Hilwa• Fitriah• Rena Dwi Medina

Kelas XI IA 5• Ananda Nur S• Bella Nopiyanti

SMA NEGERI 5 PALEMBANG

Mengapa mobil jeep ini mampu menarik sebuah beban yang sangat berat ?

Karena adanya….

USAHA

Keterangan :F = gaya (N)s = perpindahan yang dilakukan (m)q = sudut yang dibentuk oleh gaya dan perpindahan (0)

Usaha adalah hasil kali antara gaya konstan F dengan perpindahan s.

sFW cos

Contoh SoalSebuah kereta mainan ditarik oleh seorang anak kecil dengan gaya sebesar 15 N dengan arah membentuk sudut 30°. Jika kereta mainan tersebut bergerak sejauh 10 m, berapakah usaha yang telah dilakukan anak kecil tersebut?

Jawab:

W = Fs cos θ = (15)(10) cos 30° = 130 J

ENERGI KINETIKEnergi kinetik dari suatu benda dengan massa m dan laju v, diberikan oleh:

2

21mvEK

Keterangan :m = massa benda (kg)v = kecepatan benda (m/s)

CONTOH SOAL

Sebuah benda bermassa m = 50 kg dilempar dengan kecepatan awal sama dengan nol. Berapakah energi kinetik benda pada saat kecepatannya 8 m/s?

Jawab:

EK = ½mv² = ½(50)(8)² = 1600 J

TEOREMA USAHA-ENERGI

Ketika resultan gaya melakukan kerja W pada suatu benda, energi kinetik dari benda tersebut berubah dari keadaan awal EK0 ke keadaan akhir KEf, Perbedaan antara kedua nilai ini sama dengan kerja yang dilakukan

20

20 2

121

mvmvEKEKW ff

ENERGI POTENSIAL GRAVITASI

Energi Potensial Gravitasi (EP) adalah energi yang dipunyai oleh benda dengan massa m yang bergantung pada posisi relatif terhadap permukaan bumi. Posisi benda tersebut diukur pada ketinggian h yang relatif terhadap suatu titik acuan

mghEP Keterangan :m = massa benda (kg)g = kecepatan gravitasi (m/s²) h = ketinggian benda (m)

CONTOH SOAL

Sebuah benda bermassa 12 kg berada pada ketinggian 15 m di atas tanah. Berapakah energi potensial gravitasinya? (g = 10 m/s²)

Jawab:

Jika dalam soal kita tidak diminta menghitung energi potensial gravitasi terhadap bidang acuan tertentu, biasanya bidang acuan yang digunakan adalah permukaan tanah

EP = mgh = (12)(10)(15) = 180 J

ENERGI MEKANIK TOTAL

Konsep dari kerja dan teorema kerja-energi telah memberikan kesimpulan bahwa suatu benda dapat mempunyai dua jenis energi: energi kinetik dan energi potensial gravitasi. Jumlahan dari kedua jenis energi ini dikenal dengan energi mekanik total E, sehingga:

E = EK + EP

Teorema kerja-energi dapat dituliskan dalam bentuk energi mekanik total:

Wnc = Ef – E0

CONTOH SOAL

Sebuah batu bermassa 5 kg jatuh menggelinding pada suatu lereng bukit dengan kecepatan awal nol. Hitung EP dan EK batu ketika berada pada ketinggian 20 m, 15 m, 10 m, 5 m, dan di permukaan datar.

Jawab:

Pada ketinggian h = 20 m, kecepatan batu sama dengan nol, sehingga satu-satunya energi mekanik yang dimiliki batu adalah energi potensialnya.EP20 m = mgh20 m

= (5)(9,8)(20) = 980 J

Energi kinetik EK20 m = 0 karena kecepatan batu sama dengan nol. Berarti, pada ketinggian 20 m, energi mekanik batu adalah

EM = EP + EKEM = 980 J

Pada ketinggian h = 15 m, energi potensial batu adalah

EP15 m = mgh15 m = (5)(9,8)(15) = 735 J

Energi kinetik EK15 m dapat kita hitung dengan menggunakan persamaan umum untuk energi mekanik

EM = EP + EKEK = EM − EP

Dengan demikian,

EK15 m = EM − EP15 m = 980 − 735 = 245 J

h EP EK EM = EP + EK

20 m 980 J 0 J 980 J

15 m 735 J 245 J 980 J

10 m 490 J 490 J 980 J

5 m 245 J 735 J 980 J

0 m 0 J 980 J 980 J

Dengan cara yang sama seperti di atas, kita akan peroleh tabel nilai EP, EK, dan EM untuk masing-masing ketinggian sebagai berikut

DAYADaya rata-rata adalah rata-rata perubahan dari kerja W yang dilakukan dan diperoleh dengan membagi W dengan waktu yang diperlukan untuk melakukan kerja tersebut

tW

P

Keterangan :w = Usaha (J)t = waktu (s)

Karena kerja, energi dan waktu merupakan besaran skalar, maka daya juga merupakan besaran skalar.

Karena W = Fs maka daya rata-rata juga dapat dituliskan sebagai berikut:

vFP Keterangan :F = gaya (N)v = kecepatan (m/s)

CONTOH SOALSebuah mesin pergerak digunakan untuk mengangkat sebuah benda bermassa 100 kg dengan kelajuan konstan 10 cm/s. Berapakah daya yang dimiliki oleh mesin tersebut jika dinyatakan dalam satuan watt dan hp?

Jawab:

P = Fv = (100kg)(9,8 m/s²)(10 cm/s) = (100 kg)(9,8 m/s²)(0,1 m/s) = 98 W

Dengan faktor konversi 1 hp = 746 watt, maka

hpW

hpWP 13,0

)746(

)1)(98(

LATIHAN SOAL1. Usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 50 N sewaktu menarik beban seperti gambar pada sudut 45ºsejauh 10 m adalah … (J)

a. 100 b. 150√2c. 200 √2d. 250 √2e. 500

Klik salah satu jawaban

LATIHAN SOAL2.Atlet angkat berat sedang mengangkat barbel dengan berat 710 N. Pada gambar b ia mengangkat beban sejauh 0,65 m di atas dadanya. Pada gambar c ia menurunkannya dedngan jarak yang sama. Beban dinaikkan dan diturunkan dengan kecepatan yang sama. Besar usaha yang dilakukan pada barbel ketika diangkat adalah …a. 460 Jb. - 460 Jc. 300 Jd. -350 Je. 280 J

Klik salah satu jawaban

LATIHAN SOAL

3. Berdasarkan soal no. 2 besar usaha yang dilakukan pada barbel ketika diangkat adalah …

a. 460 Jb. - 460 Jc. 300 Jd. -350 Je. 280 J

Klik salah satu jawaban