Usaha ~ Yuk Jago Fisika

PETA KONSEP

AYOOOOO, kita belajar tentang usaha dan energi semoga kita banyak mendapatkan ilmu dengan belajar usaha dan energi ini dan dapat kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari.

Sumber : https://www.youtube.com/watch?v=sb4IKClJ-1g

Pernahkah kalian bermain tarik tambang seperti video di atas, tentunya pernah, apakah kalian sudah melakukan usaha ketika kalian tetap tidak bergerak padahal kalian sudah melakukan usaha untuk menarik tarik tambang ? Apakah kalian mengeluarkan energi untuk menarik tarik tambang tersebut ? Naaahhh! Untuk mengetahui jawaban di atas mari kita pelajari bersama tentang usaha dan energi.

A. Pengertian Usaha

Sebuah benda dikatakan melakukan usaha jika ada gaya yang dilakukan pada benda tersebut atau benda tersebut memberikan gaya yang menyebabkan benda tersebut berubah posisinya. Berikut ini gambar untuk menjelaskan usaha yang dilakukan terhadap benda yang arahnya horizontal.

Pengertian Usaha Fisika - Yuk Jago Fisika

Gambar 1.1 Gaya F menarik sebuah balok sehingga menghasilkan perpindahan sebesar s

(www.fisikasma.com)

Terdapat dua syarat terjadinya suatu usaha yaitu :

1. Adanya gaya yang bekerja pada suatu benda

2. Adanya perpindahan yang dialami oleh benda tersebut

Dengan demikian usaha didefinisikan sebagai sejumlah gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya. Usaha (W) dapat dituliskan dalam bentuk matematis, yaitu hasil kali antara gaya (F) dan perpindahan (s).

Keterangan :

W = Usaha (Joule)

F = Gaya (Newton)

s = Jarak (meter)

Bila gaya yang bekerja pada suatu benda tidak searah dengan arah perpindahan benda itu, maka usaha yang dilakukan akan menjadi lebih kecil. Perhatikan gambar di bawah ini :

Gambar 1.2 Arah perpindahan benda sama dengan arah komponen gaya F pada horizontal

(www.gurumuda.net)

Usaha yang dilakukan pada suatu benda apabila gaya yang bekerja pada benda itu tidak searah dengan arah perpindahannya secara matematis dinyatakan sebagai berikut :

Keterangan :

W = Usaha (Joule)

F = Gaya (Newton)

= Perubahan jarak (meter)

α = Sudut yang terbentuk oleh gaya ( ⁰)

Contoh Soal

Gambar 1.3 Ilustrasi gambar dari soal

(www.id.scribd.com)

Seseorang menarik sebuah vacuum cleaner dengan gaya 50 N dan gaya tersebut membentuk sudut 30⁰ dengan arah perpindahannya. Perpindahan yang dialami oleh vacuum cleaner itu adalah 8 meter. Berapakah besar usaha yang dilakukan oleh orang itu? (abaikan kehadiran gaya gesekan)

Penyelesaian Soal

Diketahui :

Ditanya :

W ?

Jawab :

B. Menghitung Usaha dari Grafik F-x

Misalkan suatu benda bekerja dengan gaya konstan F sehingga menyebabkan benda berpindah searah gaya F dari posisi awal

ke posisi

. Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan ini dapat kita hitung dengan persamaan berikut :

Jika kita gambarkan grafik gaya F terhadap posisi benda (x), maka kita peroleh grafik seperti gambar di bawah ini :

Gambar 1.4 Grafik gaya F terhadap posisi benda x

(Marthen Kanginan, Fisika untuk SMA/MA Kurikulum 2013)

Grafik F-x pada gambar di atas, menunjukkan gaya konstan yang menyebabkan benda berpindah dari posisi

ke posisi

. Usaha

sama dengan luas raster di bawah grafik F-x.

Secara singkat, usaha = luas raster di bawah grafik F-x. Grafik di bawah ini merupakan contoh grafik gaya yang berubah-ubah.

Gambar 1.5 Grafik gaya F terhadap posisi x yang berubah-ubah

(Marthen Kanginan, Fisika untuk SMA/MA Kurikulum 2013)

Contoh Soal

Sebuah balok yang bermassa 10 kg bergerak sepanjang garis lurus pada permukaan mendatar akibat pengaruh gaya yang berubah-ubah terhadap posisi, seperti ditunjukkan pada grafik di bawah ini :

Gambar 1.6 Grafik gaya F terhadap x yang berubah-ubah

(Marthen Kanginan, Fisika untuk SMA/MA Kurikulum 2013)

Hitunglah usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan balok dari titik asal ke titik 8 m?

Penyelesaian Soal

Diketahui :

Ditanya :

W total ?

Jawab :

C. Usaha Oleh Berbagai Gaya

Dalam kehidupan nyata, hamper tidak pernah kita temukan gaya kasus dimana pada suatu benda hanya bekerja sebuah gaya tunggal. Misalnya, ketika Anda menarik sebuah balok sepanjang lantai, selain gaya tarik Anda, pada balok juga bekerja gaya-gaya lain, seperti gaya gesekan antara balok dan lantai, gaya hambatan angin, dan gaya normal. Bagaimana kita menghitung usaha oleh berbagai gaya ini ?

Usaha termasuk besaran skalar. Besaran skalar dijumlahkan dengan cara aljabar biasa. Oleh karena itu, usaha total oleh berbagai gaya yang bekerja pada suatu benda diperoleh dengan cara menjumlahkan secara aljabar biasa. Misalkan usaha yang dilakukan gaya F1 adalah W1,oleh gaya F2 adalah W2, F3 adalah W3 dan seterusnya, maka usaha total dapat dirumuskan sebagai berikut :

Contoh Soal

Sebuah balok yang bermassa 1,5 kg di dorong ke atas sebuah bidang miring kasar oleh gaya konstan 15 N yang bekerja searah dengan bidang miring melawan gaya gesekan 2,7 N seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Balok berpindah sejauh 2,0 m pada bidang miring ( g = 10 m/s²) . Hitunglah usaha tiap-tiap gaya ?