BAB III. USAHA DAN PESAWAT SEDERHANA (II)

 KOMPETENSI DASAR

3.3 Menjelaskan konsep usaha, pesawat sederhana, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk kerja otot pada struktur rangka manusia

KOMPETENSI INDIKATOR

• Kerja/Usaha
• Jenis pesawat sederhana
• Keuntungan mekanik
• pesawat sederhana pada otot dan rangka manusia

USAHA

    

    Usaha adalah besarnya energi yang dilibatkan dalam proses pemindahan benda atau materi sehingga timbul jarak tertentu dan dipengaruhi oleh gaya. Satuan usaha adalah Joule. Satuan ini didefinisikan sebagai besarnya energi yang dibutuhkan untuk memberi gaya sebesar satu Newton dengan jarak sejauh satu meter. Maka dari itu, satu Joule sama dengan satu Newton meter (N.m). Berikut rumusnya.

Rumus Usaha

Rumus Usaha dinotasikan dengan lambang berikut :

W = F.s
W = m.a.s

Keterangan:

W = Usaha yang dilakukan (Joule)
F = Gaya yang diberikan (N)
s = Jarak perpindahan objek (m)
m = Massa (kg)
a = Percepatan (m/s2)

Conso : 

1. Dalam kegiatan beres-beres kelas, Diko telah berhasil menggeser sebuah lemari sejauh 10 m dibantu dua orang temannya, Dodi dan Anto. Jika gaya yang diberikan Diko adalah 15 N, Dodi sebesar 25 N, dan Anto sebesar 42N, berapakah besar usaha yang telah mereka lakukan?

Penyelesaian:

Diketahui : s = 10 m ; 

                F1 = 15 N ; 

                F2 = 25 N ; 

                F3 = 25 N.

Ditanya : W ?

Jawab:

Usaha dikerjakan oleh tiga orang, maka:

ΣF = F1 + F2 + F3 = (15 + 25 + 25) N = 65 N

sehingga W = ΣFs = 65 N ⋅ 10 m = 650 N/m = 650 J

Jadi, usaha yang dilakukan oleh Dko, Dodi, dan Anto untuk menggeser meja adalah sebesar 650 N.

2. Wahyu mendorong meja dengan gaya 120 N sehingga meja berpindah sejauh 5 m. Berapa usaha yang dilakukan Wahyu ?

Diketahui: F = 120 N; 

                s = 4 m
Ditanya: W = …?
Jawab:

W = F s
= 120 N ×5 m
= 600 Nm = 600 Joule

Jadi, usaha yang dilakukan Handoko sebesar 600 Joule.

ENERGI

Usaha dan energi merupakan satu kesatuan yang sulit untuk dipisahkan. Hal ini disebabkan oleh karena usaha merupakan sebuah bentuk dari energi.

“Pada prinsipnya adalah energi merupakan sebuah kemampuan untuk melakukan usaha.”

Seperti contoh ketika kita memindahkan sebuah ember maka kita memerlukan energi agar ember tersebut dapat dipindahkan.

Energi juga digolongkan menjadi dua jenis yaitu energi potensial dan energi kinetik.

1. ENERGI POTENSIAL

Pada dasarnya, energi potensial merupakan sebuah energi yang dimiliki oleh benda ketika sebuah benda tidak dalam keadaan bergerak atau diam.

seperti pada gambar diatas sebuah kelapa yang berada dalam keadaan awalnya diam dan kemudian terjatuh ke tanah karena dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Maka timbullah beberapa besaran yang terlibat yaitu : massa dari buah kelapa, kemudian tinggi jatuhnya buah kelapa serta besarnya gaya gravitasi bumi yang mempengaruhi maka secara Fisika dapat dirumuskan sebagai berikut :

Ep = m . g . h

Keterangan :
Ep = energi potensial (joule)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)
h = ketinggian benda (m)

Selain itu, apabila sebuah usaha hanya dipengaruhi oleh energi potensial. Maka, besarnya usaha tersebut ditentukan oleh selisih antara energi potensial sesudah dan sebelum benda tersebut berpindah.

W = ΔEp

W = m . g . (h2 – h1)

Keterangan :
h2 = ketinggian benda akhir (m)
h1 = ketinggian benda awal (m)

Conso :

Buah pepaya bermassa 0,8 kg tergatung pada tangkainya yang berada pada ketinggian 2 m dari atas tanah. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan besar energi potensial yang dimiliki oleh buah pepaya tadi!

Pembahasan
Energi potensial gravitasi
Ep = m x g x h
Ep = 0,8 x 10 x 2
Ep = 16 joule

2. ENERGI KINETIK

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak.

Kata kinetik asalnya dari bahasa Yunani yaitu kinetikos yang artinya bergerak. Oleh karena itu, dari itu, semua benda yang bergerak, sudah pasti memiliki energi kinetik.

Nilai energi kinetik berkaitan erat dengan massa dan kecepatan dari benda. Besarnya energi kinetik berbanding lurus dengan besarnya massa dan berbanding dengan kuadrat kecepatan gerak benda.

Benda yang massa dan kecepatannya besar, pasti memiliki energi kinetik yang besar ketika bergerak. Begitu juga sebaliknya, benda yang massa dan kecepatannya kecil, energi kinetiknya juga kecil.

Contoh dari energi kinetik seperti pada gambar diatas. pada saat bola kita pegang dalam posisi diam maka disebut energi potensial. tapi saat bola digulingkan maka akan terjadi gerak pada bola itu yang disebut dengan energi Kinetik. Pada saat bola digerakan maka akan terjadi perubahan kecepatan dari kecepatan awal ke kecepatan akhir. Maka secara fisika Energi kinetik dapat dihitung dengan rumus :

Ek = 1/2 m.v²

Keterangan :
Ek = energi kinetik (joule)
m = massa (kg)
v = kecepatan (m/s)

Apabila sebuah benda hanya dipengaruhi energi kinetik, maka usaha yang dilakukan oleh benda tersebut dapat dihitung dari selisih energi kinetiknya.

W = ΔEk

W = 1/2.m.( v2 – v1)²

Keterangan :
v2 = kecepatan akhir (m/s)
v1 = kecepatan awal (m/s)

Conso :

Sebuah sepeda yang massanya 40 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan besar energi kinetik sepeda tersebut!

Pembahasan

Energi kinetik suatu benda :
Ek = 1/2 m v2
Ek = 1/2 x 40 x 102
Ek = 2000 joule

Setelah membaca dan mencatat materi di atas silahkan kerjakan tugas pada link berikut : https://forms.gle/VW7us8yXdRTijRQZA