MATERI FISIKA KELAS X
BAB 2. Gerak
dan Gaya
Pemahaman Gerak dan Gaya
Pemahaman
Gaya dan Gerak, merupakan
suatuhal yang saling berkaitan antara satu dan lainnya, gaya merupakan salah
satu besaran vektor yakni memiliki arah dan nilai, sedangkan gerak merupakan
upaya/ usaha yang menjadikan sebuah benda/ manusia berpindah tempat.
 |
|
(Ilustrasi
Gaya dan Gerak by : google search)
|
Apa Itu Gaya ??
Gaya adalah
tarikan atau dorongan karena interaksi suatu partikel / benda dengan pertikel/
benda lainnya.
Ada gaya
yang dihasilkan dengan interaksi kontak lasung benda, seperti gaya normal, gaya
gesek, gaya pegas, dan gaya tegang. ada juga gaya -gaya yang dihasilkan
interaksi tanpa kontak langsung seperti gaya listrik, gaya magnet, dan gaya
gravitasi.
Gaya merupakan besaran vektor , sehingga
operasi penambahan dan pengurangan gaya sebagaimana penambahan dan pengurangan
pada vektor
1.
Pendalaman Gaya
Seorang yang
mendorong meja, meja yang tadinya diam sekarang bisa bergerak. Meja bisa
bergerak karenaorang memberikan sesuatu kekuatan melaluidorongan, kekuatan
itulah yang kita namakansebagai gaya.
Gaya adalah
dorongan atautarikan yang dapat menyebabkan bendabergerak.
Jadi bila
kita menarik atau mendorongbenda hingga benda itu bergerak maka kita
telahmemberikan gaya terhadap benda tersebut. Besar kecilnya gaya dapat
diukur menggunakan alat yang bernama Neraca Pegas atau Dinamometer.
Sedangkan satuan gaya dinyatakan dalam satuan Newton yang biasa ditulis dengan
huruf (N) kata Newton diambil dari nama Sir Isaac Newton,seorang
ahli matematika dan ilmuwan besar. Besarnya gaya yang diperlukan untuk menarik
benda akan ditunjukkan oleh jarum pada skala dinamometer.
2. Jenis jenis
Gaya
Secara sadar
atau tidak kita sering melakukan aktivitas yang memerlukan gaya. Tetapi jenis
gaya tidak hanya yang kita keluarkan. Berikut ini adalah jenis-jenis gaya:
a. Gaya
Normal
Gaya normal adalah gaya-gaya yang arahnya sejajar (//)
terhadap sumbu beban
b. Gaya
magnet:
Gaya magnet
adalah gaya yang dihasilkan oleh magnet. Magnet alam adalah sejenis logam yang
pertama kali ditemukan di kota magnesia. Magnet memiliki kekuatan yang menarik
jarum, paku, atau benda lainnya terbuat dari besi atau baja. Kekuatan ini
disebut gaya magnet.
c. Gaya
listrik statis:
Gaya listrik
statis adalah kekuatan yang dimiliki benda yang bermuatan listrik untuk menarik
benda-benda disekitarnya. Kita dapat melakukan percobaan untuk membuktikan
adanya gaya listrik statis. Coba kalian gosok-gosokkan penggaris plastik pada
rambut kalian. Siapkan juga kertas yang disobek-sobek halus. Setelah digosokkan
berulang kali pada rambut , dekatkan penggaris pada potongan-potongan kertas.
Kalian akan melihat potongan tertas tertarik ke arah penggaris. Penggaris bisa
menarik potongan kertas dengan gaya listrik statis.
d. Gaya otot
:
Kekuatan
yang dihasilkan oleh otot manusia disebut gaya otot . Gaya ini sering dilakukan
pada saat kita mengangkat beban atau sedang senam di sekolah. Apabila kita
sering melakukan olahraga maka otomu akan bertambah besar dan kuat.
e. Gaya
gravitasi bumi :
Gaya
grafitasi adalah kekuatan bumi untuk menarik benda lain ke bawah. Bila kita
melempar benda ke atas, baik dari kertas, pensil atau benda lain maka semua
benda itu akan jatuh ke bawah. Berbeda bila di luar angkasa para astronot tidak
merasakan gaya gravitasi, akibatnya mereka akan melayang-layang bila berada di
luar angkasa.
f. Gaya
Pegas :
Kekuatan
yang ditimbulkan oleh karet atau pegas yang diregangkan. Misalnya saat kamu
bermain panahan, karet mampu mendorong anak panah terlontar dengan cepat
dan jauh.
g. Gaya
Gesekan:
Bila kedua
benda saling bergesekkan, maka antara keduanya akan muncul gaya gesek. Gaya
gesek bisa menguntungkan dan merugikan. Bila kita berjalan di jalan yang
kering, antara sepatu dan jalan akan muncul gaya gesek. Gaya gesek ini membantu
kita untuk bisa berjalan. Bayangkan bila jalanan licin, maka gaya geseknya akan
kecil dan kita akan kesulitan untuk berjalan.
Apa Itu Gerak??
1.
Pendalaman Gerak
Gerak adalah perubahan posisi suatu benda terhadap titik
acuan. Titik acuan sendiri didefinisikan sebagai titik awal atau titik tempat
pengamat.
Gerak
bersifat relatif artinya gerak suatu benda sangat bergantung pada titik acuannya.
Benda yang bergerak dapat dikatakan tidak bergerak, sebgai contoh meja yang ada
dibumi pasti dikatakan tidak bergerak oleh manusia yang ada dibumi. Tetapi bila
matahari yang melihat maka meja tersebut bergerak bersama bumi mengelilingi
matahari.
Contoh lain
gerak relatif adalah B menggedong A dan C diam melihat B berjalan menjauhi C.
Menurut C maka A dan B bergerak karena ada perubahan posisi keduanya terhadap
C. Sedangkan menurut B adalah A tidak bergerak karena tidak ada perubahan
posisi A terhadap B. Disinilah letak kerelatifan gerak. Benda A yang dikatakan
bergerak oleh C ternyata dikatakan tidak bergerak oleh B. Lain lagi menurut A
dan B maka C telah melakukan gerak semu.
Gerak semu
adalah benda yang diam tetapi seolah-olah bergerak karena gerakan pengamat.
Contoh yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah ketika kita
naik mobil yang berjalan maka pohon yang ada dipinggir jalan kelihatan
bergerak. Ini berarti pohon telah melakukan gerak semu. Gerakan semu pohon ini
disebabkan karena kita yang melihat sambil bergerak.
2. Pembagian
Gerak
Bedasarkan
lintasannya gerak dibagi menjadi 3
- Gerak lurus yaitu gerak yang lintasannya berbentuk lurus
- Gerak parabola yaitu gerak yang lintasannya berbentuk parabola
- Gerak melingkar yaitu gerak yang lintasannya berbentuk lingkaran
Sedangkan
berdasarkan percepatannya gerak dibagi menjadi 2
- Gerak beraturan adalah gerak yang percepatannya sama dengan nol (a = 0) atau gerak yang kecepatannya konstan.
- Gerak berubah beraturan adalah gerak yang percepatannya konstan (a = konstan) atau gerak yang kecepatannya berubah secara teratur
Gaya dan
gerak merupakan kegiatan yang setiap hari kita lakukan secara tidak sadar, jadi
dengan tidak sadar pula kita telah mempelajari tentang gaya dan gerak.
Kesimpulannya
: Dengan adanya sebuah gaya benda akan menjadi bergerak.
Gaya Normal
Gaya
normal adalah
gaya yang bekerja pada benda yang bersentuhan, di mana arah gaya normal tegak
lurus bidang sentuh. Lambang gaya normal adalah N dan satuan sistem
internasional adalah kg m/s2 atau Newton.
Gaya normal pada bidang datar
N
adalah gaya normal yang dikerjakan lantai pada balok, N’ adalah gaya normal
yang dikerjakan balok pada lantai. w adalah gaya gravitasi yang bekerja pada
balok atau berat balok. N dan N’ merupakan gaya aksi reaksi, sedangkan N dan w
bukan gaya aksi reaksi.
Jika
balok sedang diam atau tidak bergerak pada arah vertikal maka besar gaya normal
dapat dihitung menggunakan hukum I Newton
ΣFy
= 0
N
– w = 0
N
= w
Jika balok didorong ke bawah
dengan gaya F seperti pada gambar di samping maka besar gaya normal :
ΣFy
= 0
N
– w – F = 0
N
= w + F
Gaya
normal pada bidang miring
N dan N’ merupakan gaya aksi
reaksi. N adalah gaya normal yang bekerja pada balok dan N’ adalah gaya normal
yang bekerja pada bidang miring. W adalah komponen vertikal dari gaya berat
(w). Gaya berat (w) bekerja pada balok. Besar gaya normal adalah
ΣFy
= 0
N
– wy = 0
N
= wy = w cos teta
Gaya gesek
Gaya
gesek adalah
gaya yang melawan gerakan dari dua permukaan yang bersentuhan. Gaya gesek
mengubah energi kinetis menjadi panas atau suara.
,
di mana
adalah koefisien gesekan, 
adalah gaya normal pada benda yang ditinjau gaya
geseknya, 
adalah gaya gesek.
Gaya
ini memiliki arah yang berlawanan dengan arah gerak benda.
Asal gaya gesek
Gaya
gesek adalah akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling
bersentuhan. Gaya-gaya yang bekerja antara lain adalah gaya elektrostatik pada
masing-masing permukaan. Dulu diyakini bahwa permukaan yang halus akan
menyebabkan gaya gesek (atau tepatnya koefisien gaya gesek) menjadi lebih kecil
nilainya dibandingkan dengan permukaan yang kasar, akan tetapi dewasa ini tidak
lagi demikian. Konstruksi mikro (nano tepatnya) pada permukaan benda dapat
menyebabkan gesekan menjadi minimum, bahkan cairan tidak lagi dapat
membasahinya (efek lotus).
Jenis-jenis gaya gesek
Terdapat
dua jenis gaya gesek, yaitu;
- gaya gesek statis
- gaya gesek kinetis
yang
dibedakan antara titik-titik sentuh antara kedua permukaan yang tetap atau
saling berganti.
Gaya berat
Pengertian
Gaya berat
adalah gaya tarik bumi yang bekerja pada suatu benda. Berat suatu benda adalah
besarnya gaya tarik bumi yang bekerja pada benda tersebut. Berat benda sangat
dipengaruhi oleh kuat medan gravitasi dimana benda itu berada. Satuan yang
digunakan untuk menyatakan berat adalah Newton (N). Orang terkadang tidak bisa
membedakan antara massa dan berat padahal kedua besaran itu tidaklah sama.
Massa adalah ukuran banyaknya zat yang terkandung dalam suatu benda. Satuan
untuk massa adalah KG.
Gaya
berat disemua tempat di permukaan bumi akan selalu mengarah ke pusat bumi. Gaya
berat dan massa memiliki hubungan yang berbanding lurus begitu juga dengan
percepatan gravitasi bumi. Besarnya percepatan gravitasi pada suatu tempat
dipengaruhi jarak tempat tersebut dengan pusat bumi. Semakin jauh tempat dari
pusat bumi maka gaya gravitasi buminya akan semakin kecil. Besarnya percepatan
gravitasi bumi adalah konstan yakni 9,8 m/s2 atau kadang dibulatkan menjadi 10
m/s2.
Rumus
menghitung gaya berat Secara
matematis hubungan anatar berat dan massa dapat ditulis seperti ini :
w = m x
g
ket :
w = Berat benda, satuan Newton (N)
m = Massa benda, satuan Kilogram (KG)
g = Percepatan Gravitasi, N/KG
ket :
w = Berat benda, satuan Newton (N)
m = Massa benda, satuan Kilogram (KG)
g = Percepatan Gravitasi, N/KG
Contoh
soal gaya berat
:
Sebuah
benda memiki massa 800 gram. Benda tersebut berada di daerah yang memiliki
percepatan gravitasi 10 m/s2. Berapa berat benda tersebut?
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 800 gram = 0.8 KG
g = 10 m/s2
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 800 gram = 0.8 KG
g = 10 m/s2
Ditanya
: w = ?
Jawab :
w = m x g
= 0,8 Kg x 10 m/s2
= 8 N/Kg
Jawab :
w = m x g
= 0,8 Kg x 10 m/s2
= 8 N/Kg
GAYA GESEK
Gaya gesek merupakan bagian dari gaya sentuh. Gaya gesek
adalah gaya yang diakibatkan oleh dua permukaan benda yang bersentuhan. Arah gaya
gesek berlawanan dengan arah gerak benda. Misalnya kita mendorong sebuah balok
ke kanan, maka gaya gesek balok tersebut berlawanan dengan arah kanan. Jadi
gaya gesek balok ke arah kiri.
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menjumpai dan
bahkan sering bersinggungan dengan gaya gesekan, kita juga merasakan pengaruh
yang langsung terasa sebagai akibat dari adanya gaya gesekan.
·
Kita akan
lebih mudah mendorong benda di lantai yang licin dibandingkan di lantai yang
kasar.
·
Gesekan yang
terjadi dapat menimbulkan permukaan benda menipis atau aus.
·
Terkadang,
gesekan membuat kita harus mengeluarkan gaya yang lebih besar
·
Kita dapat
mudah berhenti ketika menge-rem atau bisa tergelincir
Gaya gesekan juga dinyatakan dengan konsep berikut:
1. Gaya gesekan timbul ketika ada dua
buah benda yang saling bersentuhan. Oleeh karena itu, gaya gesekan juga
termasuk gaya kontak
2. Gaya gesekan merupakan gaya kontak
yang sejajar dengan bidang sentuh dan memiliki arah yang selalu berlawanan.
Dari laporan Jost diartikan bahwa Tribology adalah
ilmu yang menangani gesekan (friction) , pelumas (lubrication) atau aus
(wear).Sesungguhnya akar tribology bermula pada friction dari dua permukaan
yang bersentuhan. Dari adanya friksi ini timbullah ide untuk melakukan
pelumasan agar suatu benda bergerak lebih mudah. Dari literature kuno ditemukan
bahwa bangsa-bangsa peradaban kuno seperti Mesir dan Assyria sudah memakai
prinsip – prinsip tribology dalam kegiatan keseharian mereka. Ditemukan bahwa
di jaman itu, ketika memindahkan barang yang berat mereka menggukan minyak
hewan untuk melicinkan permukaan.
Karena tribology dan gesekan tidak bisa dipisahkan,
penting untuk menelusuri sejarah manusia modern berinteraksi dengan gesekan.
Adalah si jenius Leonardo Da Vinci (1452-1519) yang mula-mula merumuskan cara
mengurangi gesekan dalam bentuk yang riil dan terstruktur. Da Vinci
meninggalkan sketsa ball bearing kayu yang sangat mirip dengan ball bearing
logam yang dipakai saat ini.
Di dunia modern sekarang , hampir semua alat yang
bergerak memakai bearing , dalam bahasa Indonesia disebut klaher.
Diilhami
oleh Da Vinci , hukum-hukum fisika mengenai gesekan dirumuskan oleh dua ilmuwan
secara terpisah , yaitu Amontons (1699) dan selanjutnya Coulomb (1751) dan
disebut Hukum Friksi Amontoms – Coulomb. Hukum ini sederhana dan berisi empat
butir postulat :
1) Gaya gesekan pada permukaan yang bersentuhan
berbanding lurus dengan gaya tegak lurus pada permukaan tersebut.
2) Gaya gesekan tidak bergantung pada luas permukaan yang
bersentuhan
3) Gaya gesekan tidak berhubungan dengan kecepatan
sliding permukaan
4) Gaya gesekan statis lebih besar daripada gaya gesekan
dinamis.
Postulat 1 dan 2, terbukti melalui penelitian (
empirically proved) akurat untuk gesekan benda padat. Sementara itu, postulat 3
dan 4 dalam beberapa kasus tidak sesuai dengan hasil eksperimen. Selama lebih
dari dua ratus tahun hukum gesekan di atas (terutama postulat 1 dan 2) dipakai
secara luas dan hampir semua desain alat mekanik modern menerapkan hukum ini.
Pada kenyatannya, sampai sekarang orang belum tahu
misteri yang terjadi di lapisan molekul dua permukaan yang bergesekan. Misalnya
pada fenomena anomali kekasaran permukaan(surface roughness ,ra) dan gaya gesekan.
Secara sederhana kita akan mengambil kesimpulan bahwa semakin kecil kekasaran
permukaan ( artinya permukaan semakin licin) semakin kecil pula gaya gesekan
yang timbul. Namun ternyata, jika kekasaran permukaan dikurangi terus , setelah
mencapai tingkat tertentu gaya gesekan berbalik menjadi lebih besar. Fenomena
ini gagal dijelaskan oleh hukum Amontons – Coulomb.
Jenis-Jenis
Gaya Gesekan
Terdapat dua jenis gaya gesek antara dua buah benda
yang padat saling bergerak lurus, yaitu gaya gesek statis dan gaya
gesek kinetis, yang dibedakan antara titik-titik sentuh antara kedua permukaan
yang tetap atau saling berganti (menggeser).
Untuk benda yang dapat menggelinding, terdapat pula
jenis gaya gesek lain yang disebut gaya gesek menggelinding (rolling
friction). Untuk benda yang berputar tegak lurus pada permukaan atau ber-spin,
terdapat pula gaya gesek spin (spin friction). Gaya gesek antara
benda padat dan fluida disebut sebagai gaya Coriolis-Stokes atau gaya
viskos (viscous force).
1. Gaya gesek statis
Gaya gesek statis adalah gesekan antara dua benda
padat yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya. Seperti contoh, gesekan
statis dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring. Koefisien gesek statis umumnya
dinotasikan dengan μs, dan pada umumnya lebih besar dari koefisien gesek
kinetis.
Gaya gesek statis dihasilkan dari sebuah gaya yang
diaplikasikan tepat sebelum benda tersebut bergerak. Gaya gesekan maksimum
antara dua permukaan sebelum gerakan terjadi adalah hasil dari koefisien gesek
statis dikalikan dengan gaya normal f = μs Fn. Ketika tidak ada
gerakan yang terjadi, gaya gesek dapat memiliki nilai dari nol hingga gaya
gesek maksimum. Setiap gaya yang lebih kecil dari gaya gesek maksimum yang
berusaha untuk menggerakkan salah satu benda akan dilawan oleh gaya gesekan
yang setara dengan besar gaya tersebut namun berlawanan arah. Setiap gaya yang
lebih besar dari gaya gesek maksimum akan menyebabkan gerakan terjadi. Setelah
gerakan terjadi, gaya gesekan statis tidak lagi dapat digunakan untuk
menggambarkan kinetika benda,
sehingga digunakan gaya gesek kinetis.
2. Gaya gesek kinetis
Gaya gesek kinetis (atau dinamis) terjadi ketika dua
benda bergerak relatif satu sama lainnya dan saling bergesekan. Koefisien gesek
kinetis umumnya dinotasikan dengan μk dan pada umumnya selalu lebih
kecil dari gaya gesek statis untuk material yang sama.
Rumus gaya
gesek
f = µN
keterangan :
f = gaya
gesek, satuannya newton (N)
µ
= koefisien gaya gesek
N = gaya
normal, satuannya newton (N)
Contoh soal gaya gesek
Sebuah balok
kayu mempunyai massa 20 kg didorong ke arah kanan. Koefisien gaya gesek kinetis
sebesar 0,2. Berapakah gaya gesek kinetis balok dan kemanakah arah arah gaya
geseknya?
Jawab:
m = 20 kg
µk = 20
N = W; maka
W = mg
W = 20 kg 10
m/s2
W = 200 N
Persamaan
gaya gesek:
f = µk N
f = 0,2 .
200
f = 40 N
jadi
besar gaya gesek pada balok kayu dengan lantai adalah 40 N dan arah gaya geseknya
ke arah kiri (berlawanan dengan arah gerak benda).
Gaya gesekan yang merugikan
Gesekan yang
terjadi pada beberapa bagian mesin kendaraan menimbulkan panas sehingga mesin
kendaraan semakin lama akan rusak. Untuk mencegah hal demikian, makanya
kendaraan mesit di oli, sehingga tidak bergesekan secara langsung.
Gesekan antara ban kendaraan dengan
jalan aspal. Jika kita sering berkendara, akan menemui dimana ban kendaraan
akan menipis dan ulir-ulir pada ban akan hilang. Ini bisa mengakibatkan
kendaraan tergelincir, karena Ban sudah halus.
Sewaktu mendorong benda di lantai
yang kasar, itu akan menguras tenaga kita. Sehingga terkadang diperlukan kain
untuk memperkecil gaya gesekan dengan lanti yang kasar.
Manfaat gaya
gesek dalam kehidupan sehari-hari adalah:
1. Kita dapat berjalan dengan mudah
menggunakan sepatu karet di lantai yang agak licin.
2. Ban sepeda motor atau mobil terdapat
gerigi-gerigi yang bertujuan memperbesar gaya gesek jika berjalan di atas
tanah.
3. Rem cakram atau tromol dengan
menggunakan kampas sehingga kita dengan mudah dan aman pada waktu mengerem.
Jika tidak ada gaya gesek maka motor akan melaju terus.
Cara yang
dilakukan untuk mengurangi gaya gesek:
1. Memberikan pelumas seperti oli pada
kendaraan bertujuan untuk mengurangi gaya gesek pada mesin.
2. Memberikan roda pada gerobak bakso.
Seandainya pada gerobak bakso atau mie ayam, maka akan susah sekali tukang
baksonya untuk mendorong gerobak.
Materi Usaha
dan Energi untuk SMK Kelas X
A. Pengertian Usaha
Pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan pengertian
usaha dalam fisika. Usaha adalah besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut mengalami
perpindahan.
Rumus Usaha
Dalam fisika, usaha didefinisikan
sebagai hasil kali antara gaya dan perpindahan benda. Satuan usaha dalam SI
adalah Joule (J). Secara matematis, usaha dirumuskan sebagai :
W = F . s
dengan:
W = Usaha (Joule, J)
F = Gaya (N)
s = Perpindahan (m)
W = Usaha (Joule, J)
F = Gaya (N)
s = Perpindahan (m)
Usaha sebesar 1 Joule dilakukan apabila
gaya sebesar 1 Newton memindahkan benda sejauh 1 meter.
Satuan usaha adalah Joule atau
erg. Satu Joule adalah usaha yang dilakukan oleh gaya 1 Newton untuk
menimbulkan perpindahan 1 meter. Jadi, 1 J = 1 N * 1 m = 1 Nm.
Satu erg adalah usaha yang dilakukan
oleh gaya 1 dyne untuk menimbulkan perpindahan 1 cm. Jadi, 1 erg = 1 dyne * 1
cm = 1 dn cm. Berapa ergkah 1 Joule itu?
Jika gaya yang bekerja membentuk sudut α dengan arah
perpindahan, perhatikan gambar dibawah ini.
Gambar 1 : Sebuah benda yang bermassa m ditarik dengan
gaya F
membentuk sudut α dengan horisontal.
Jika gaya yang melakukan usaha membentuk sudut α dengan
perpindahan, maka gaya tersebut dapat diuraikan ke dalam dua komponen, yaitu :
Komponen y :
F y = F sin α
Komponen x, gaya yang searah dengan perpindahan :
F x = F cos α
Sesuai dengan rumus (1.1), Fs merupakan komponen
gaya pada arah perpindahan, maka pada rumus (1.1) Fs digantikan dengan F
cos α dan dapat dituliskan sebagai:
W = F y . s
W = F cos α s
W = F s cos α
BAB 3 USAHA DAN
ENERGI
U S A H A
Usaha adalah hasil
kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya.
Jika suatu gaya F
menyebabkan perpindahan sejauh 
, maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu
, maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu
W = F cos a .
F |
F cos a |
W = usaha ; F = gaya
; =
perpindahan , a =
sudut antara gaya dan perpindahan
=
perpindahan , a =
sudut antara gaya dan perpindahan
SATUAN
|
BESARAN
|
SATUAN MKS
|
SATUAN CGS
|
|
Usaha (W)
|
joule
|
erg
|
|
Gaya (F)
|
newton
|
dyne
|
|
Perpindahan (
) |
meter
|
cm
|
1 joule = 107 erg
Catatan : Usaha (work)
disimbolkan dengan huruf besar W
Berat (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w
Jika ada beberapa gaya yang
bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang dilakukan terhadap benda
tersebut sebesar :
Jumlah usaha yang dilakukan tiap
gaya, atau
Usaha yang dilakukan oleh gaya
resultan.
D A Y A
Daya (P) adalah usaha yang
dilakukan tiap satuan waktu.
P = 
P = daya ; W =
usaha ; t = waktu
Daya termasuk besaran scalar yang
dalam satuan MKS mempunyai satuan watt
atau J/s
Satuan lain adalah : 1 HP = 1 DK
= 1 PK = 746 watt
HP = Horse power ;
DK = Daya kuda ; PK = Paarden
Kracht
1 Kwh adalah satuan energi
besarnya = 3,6 .106 watt.detik = 3,6 . 106 joule
KONSEP
ENERGI
Suatu system dikatakan mempunyai
energi/tenaga, jika system tersebut mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu
system sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh system tersebut.
Oleh karena itu, satuan energi sama dengan satuan usaha dan energi juga
merupakan besaran scalar.
Dalam fisika, energi dapat
digolongkan menjadi beberapa macam antara lain :
Energi
mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi panas , energi listrik,
energi kimia, energi nuklir, energi cahaya, energi suara, dan sebagainya.
Energi
tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah
transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari
energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.
ENERGI
KINETIK.
Energi
kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi
kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat
kecepatannya.
Ek = ½ m v2
Ek = Energi kinetik ; m = massa benda ; v =
kecepatan benda
SATUAN
|
BESARAN
|
SATUAN MKS
|
SATUAN CGS
|
|
Energi kinetik (Ek)
|
joule
|
erg
|
|
Massa (m)
|
Kg
|
gr
|
|
Kecepatan (v)
|
m/det
|
cm/det
|
Usaha = perubahan energi kinetik.
W = DEk = Ek2 – Ek1
ENERGI POTENSIAL GRAFITASI
Energi potensial grafitasi adalah
energi yang dimiliki oleh suatu benda
karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut
energi diam, karena benda yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial.
Sebuah
benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.
 |
g
h
 |
Jika tiba-tiba tali
penggantungnya putus, benda akan jatuh.
Maka benda melakukan usaha,
karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak h.
Besarnya Energi potensial benda
sama dengan usaha yang sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh
jarak h.
Ep = w . h = m .
g . h
Ep =
Energi potensial , w = berat benda , m = massa benda ; g = percepatan grafitasi ; h = tinggi benda
SATUAN
|
BESARAN
|
SATUAN
MKS
|
SATUAN
CGS
|
|
Energi
Potensial (Ep)
|
joule
|
erg
|
|
Berat
benda (w)
|
newton
|
dyne
|
|
Massa
benda (m)
|
Kg
|
gr
|
|
Percepatan
grafitasi (g)
|
m/det2
|
cm/det2
|
|
Tinggi
benda (h)
|
m
|
cm
|
Energi potensial grafitasi
tergantung dari :
percepatan grafitasi bumi
kedudukan benda
massa benda
ENERGI POTENSIAL PEGAS.
Energi potensial yang dimiliki
benda karena elastik pegas.
Gaya pegas (F) = k . x
Ep Pegas (Ep) = ½ k. x2
k = konstanta gaya pegas ; x = regangan
Hubungan usaha dengan Energi
Potensial :
W = DEp =
Ep1 – Ep2
ENERGI MEKANIK
Energi mekanik (Em) adalah jumlah
antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda.
Em =
Ek + Ep
Contoh 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!
Pembahasan:
Diketahui:
F = 30 N
s = 50 cm =
0,5 m
Ditanya:
Usaha ( W )
Jawab:
W = F.s
W = 30 (0,5)
= 15 Joule
Berikut ini
beberapa contoh soal dan pembahasan mengenai usaha, energi kinetik, energi
potensial, hubungan antara usaha dan energi kinetik, hubungan usaha dan energi
potensial, dan energi mekanik.
Contoh 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!
Pembahasan:
Diketahui:
F = 30 N
s = 50 cm =
0,5 m
Ditanya:
Usaha ( W )
Jawab:
W = F.s
W = 30 (0,5)
= 15 Joule
Contoh 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!
Pembahasan:
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
Contoh 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!
Pembahasan:
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
Contoh 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!
Pembahasan:
Usaha adalah luas daerah dibawah grafik F-s (luas daerah yang diarsir)
Pembahasan:
Usaha adalah luas daerah dibawah grafik F-s (luas daerah yang diarsir)
W = luas trapesium ABCD
Contoh 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!
Pembahasan:
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
Contoh 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!
Pembahasan:
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:
Contoh 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)!
Pembahasan:
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:
Komentar
Posting Komentar