USAHA DAN ENERGI
Untuk Fisika SMA
Oleh Ahmad Rampiki
Apa Itu Usaha?
Karakteristik Usaha
Contoh Soal Usaha
Sebuah balok di lantai licin ditarik oleh gaya sebesar 20 N sehingga benda berpindah sejauh 10 m. Gaya tersebut membentuk sudut 37o terhadap horizontal. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah .....
Jawab:
Usaha Total Oleh Banyak Gaya
F
θ
fk
F
θ
fk
Contoh Soal Konsep Usaha
F = 100 N
θ
fk
Perhatikan diagram gaya tarik F dan gesekan fk yang bekerja pada benda 10 Kg berikut ini.
Menentukan Usaha dari Grafik (F-x)
W = luas W1 – Luas W2
Contoh Soal Menentukan Usaha dari Grafik F-x
Berikut ini adalah grafik gaya terhadap perpindahan (f-x) yang bekerja pada suatu benda.
Tentukan besar usaha total yang bekerja pada benda tersebut!
Jawab:
Energi: Energi Kinetik, Potensial dan Mekanik
Energi Kinetik, Energi Potensial, dan Energi Mekanik
Energi | Pada benda yang bergerak/di suatu ketinggian | Pada Pegas yang Bergetar/Ditarik/Ditekan |
Energi Kinetik (EK) | | |
Energi Potensial (EP) | | |
| ||
Energi Mekanik (EM) | | |
m = Massa benda (kg)
v = Kelajuan benda (m.s-1)
g = Percepatan gravitasi (m.s-2
h = Ketinggian benda (m)
k = Konstanta gaya (N.m-1)
A = Amplitudo (simpangan terjauh) (m)
y = Simpangan (m)
F = Gaya tarik/tekan (N)
Hukum Hooke Pada Pegas yang Ditekan/DItarik
Contoh Soal Energi
Seorang fotografer binatang mengamati seekor burung elang sedang menukik dengan kecepatan 5 m.s-1 pada ketinggian 1 km di atas permukaan bumi. Diketahui massa burung tersebut 1 kg, dan percepatan gravitasi 10 m.s-2. Tentukan:
Contoh Soal Energi
Sebuah pegas ditarik dengan gaya 100 N sehingga panjangnya bertambah sebesar 5 cm. tentukan:
Contoh Soal Energi
Sebuah pegas ditarik dengan gaya 100 N sehingga panjangnya bertambah sebesar 5 cm. pegas kemudian digantung vertikal, dihubungkan dengan beban 200 gr kemudian disimpangan sejauh 5 cm dan dilepaskan sehingga bergetar harmonik. Tentukan:
Contoh Soal Energi
Sebuah pegas ditarik dengan gaya 100 N sehingga panjangnya bertambah sebesar 5 cm. pegas kemudian digantung vertikal, dihubungkan dengan beban 200 gr kemudian disimpangan sejauh 5 cm dan dilepaskan sehingga bergetar harmonik. Tentukan:
c. Energi kinetik pegas saat simpangan beban 2 cm
d. Kecepatan beban saat simpangannya2 cm
Hubungan Usaha (W) dengan Energi Kinetik (EK)
fk
fk
Contoh: Hubungan Usaha (W) dengan Energi Kinetik (EK)
Sebuah gaya sebesar 20 N bekerja pada Sebuah balok kayu dari keadaan diam di atas lantai kasar dengan gaya gesek kinetik 5 N. Jika akhirnya balok mengalami kecepatan 10 m.s-1. tentukan:
Hubungan Usaha Gaya Angkat (minimum) dengan Energi Potensial (EP)
Contoh peristiwa yang berkaitan dengan Usaha Gaya Angkat (Minimum)
(I)
(II)
(III)
(IV)
Contoh: Hubungan Usaha Gaya Angkat (minimum) dengan Energi Potensial (EP)
Berapakah besar usaha yang diperlukan untuk mengangkat benda 2 kg dari ke tanah hingga setinggi 4 m? (g = 10 m.s-2)
“Besar usaha gaya berat sama dengan minus perubahan energi potensial pada benda”
Sebuah benda m bermassa 7 Kg meluncur di titik A puncak permukaan bergelombang seperti gambar di samping. Jika g = 10 m.s-2, berapakah besar usaha gaya berat pada m ketika meluncur dari titik A ke titik B?
2 m
8 m
B
A
m
A
B
C
Jika pada benda tidak ada gaya luar selain gaya gesek, maka besar usaha gaya gesek sama dengan besar perubahan energi mekanik.
Jika balok A meluncur di permukaan kasar dari titik A ke titik C melalui titik B, maka usaha oleh gaya gesek yang bekerja adalah
A
B
C
Sebuah balok diluncurkan di atas bidang miring dengan kecepatan di titik A 1 m.s-1. Balok meluncur menuju titik B hingga akhirnya berhenti di titik C. Diketahui permukaan AB licin panjangnya 5 m, sedangkan BC kasar dengan koefisien gesek 0.25. Tentukan berapa jauh jarak B ke C!
37o
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
(I)
(II)
(III)
(IV)
“Jika tidak ada pengaruh gaya gesek dan gaya luar, maka jumlah energi mekanik pada suatu benda adalah kekal.”
Contoh 1: Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Sebuah benda m bermassa 5 Kg dari keadaan diam meluncur di titik A puncak permukaan licin bergelombang seperti gambar di samping. Jika g = 10 m.s-2, tentukan:
2 m
5,2 m
B
A
m
Contoh 2: Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Sebuah peluru bermassa ditembakkan dari permukaan tanah dengan kelajuan awal 200 m.s-1 pada sudut elevasi 60o terhadap horizontal. Diketahui g = 10 m.s-2. Tentukan:
Contoh 3: Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Pembahasan:
Contoh 3: Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Pembahasan:
Contoh 2: Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Sebuah peluru bermassa ditembakkan dari permukaan tanah dengan kelajuan awal 200 m.s-1 pada sudut elevasi 60o terhadap horizontal. Diketahui g = 10 m.s-2. Tentukan:
Apa Itu Daya (P)
Daya adalah besar laju usaha/energi/kalor atau banyaknya usaha/energi/kalor yang digunakan/dihasilkan setiap detik/satuan waktu.
Contoh 1: Daya (P)
Sebuah mobil bermassa 0.8 ton melaju dengan kecepatan rata-rata 72 Km.Jam-1 dalam waktu 20 detik. Daya rata-rata mobil tersebut adalah …..
Contoh 2: Daya (P)
Pada sebuah truk bekerja gaya rata-rata mesin sebesar 1500 N. jika truk dapat melaju dengan kelajuan rata-rata 20 m.s-1. Berapakah daya mesin truk tersebut ….?
Daya (P) Pada Perangkat Elektronik
Berikut ini adalah persamaan daya pada rangkaian listrik
Contoh 3: Daya (P) Pada Perangkat Elektronik
Sebuah pemanas air bekerja pada tegangan 220 Volt dan hambatan 200 Ω. Tentukan:
Daya (P) Pada PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air Terjun
Pada PLTA, energi air terjun dirubah menjadi energi listrik. Daya Listrik yang dihasilkan dapat ditentukan dengan persamaan berikut!
Contoh 4: Daya (P)
Air terjun setinggi 20 meter dengan debit aliran 30 m3 per menit digunakan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan listrik. Diketahui massa jenis air 1 gr.cm-3 dan g = 10 m.s-2. Jika hanya 75% energi air dapat dirubah menjadi listrik, maka berapakah besar daya listrik yang dihasilkan ……?