Usaha dan Energi

Bagi kamu yang menyukai pelajaran fisika tentu sudah tidak asing lagi dengan istilah usaha dan energi kan? Sebuah energi yang disalurkan untuk dapat membuat suatu benda bergerak karena adanya gaya yang diberikan dapat kamu sebut dengan usaha. Sedangkan sebuah kemampuan untuk bisa melakukan usaha disebut dengan energi.

Apabila Kamu masih merasa bingung atau asing dengan sebutan usaha serta energi, yuk sama-sama simak pembahasan berikut.

Pengertian Usaha

Seperti yang sempat disinggung dalam kalimat pembuka bahwa sebuah energi yang disalurkan dengan adanya gaya tertentu untuk dapat menggerakan sebuah benda dapat Kamu sebut dengan usaha.

Apabila dihubungkan secara matematis, maka bisa diperoleh suatu pernyataan bahwa hasil dari perkalian skalar antara perpindahan dengan gaya dapat ditulis dengan rumus W = F.s
Di mana W merupakan sebuah usaha dengan satuan Joule, F merupakan gaya dengan satuan (N), serta s adalah perpindahan benda dengan satuan m.

Walaupun usaha adalah suatu besaran skalar, penting untuk kamu ketahui bahwa usaha sendiri dibedakan menjadi dua yaitu usaha positif dengan usaha negatif, yang mana usaha positif ini merupakan usaha yang hasilnya benda akan searan dengan benda yang berpindah.

Dan usaha negatif adalah suatu usaha yang mana arah usaha yang diberikan memiliki arah yang berlawanan dengan perpindahan suatu benda. Perlu Kamu ketahui juga bahwa usaha tidak harus dilakukan pada bidang yang datar, akan tetapi dapat juga terjadi pada bidang miring, untuk lebih jelasnya mari simak uraian berikut.

1. Usaha yang Terjadi Pada Bidang Datar

usaha yang terjadi pada bidang datar

Dari gambar dapat Kamu ketahui bahwa untuk bisa menarik suatu benda agar dapat berpindah sejauh s (m) maka dibutuhkan adanya sebuah gaya. Apabila gaya yang dimaksud membentuk sudut yang dilambangkan dengan θ terhadap perpindahan benda, maka dapat dirumuskan sebagai berikut.

W = (F cos θ) s
W = Fs cos θ

2. Usaha yang Terjadi pada Bidang Miring

Apabila pada sebuah bidang miring di atasnya dilakukan sebuah usaha, maka Kamu harus dapat menguraikan komponen-komponen gaya yang bekerja seperti yang dapat Kamu lihat pada gambar berikut:

usaha yang terjadi pada bidang miring

Yang mana apabila ditulis secara matematis bisa diperoleh rumus

W = (mg sin θ) s
W = mgs sin θ

Pengertian Energi

Suatu kemampuan yang bisa untuk melakukan sebuah usaha dapat Kamu sebut dengan energi, dalam sebuah usaha dan energi, energi mempunyai sifat yang kekal. Atau dapat dikatakan bahwa sebuah energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat pula dimusnahkan, akan tetapi bisa berubah bentuk dari satu energi ke bentuk energi yang lainnya.

Untuk macam-macam energi yang perlu untuk Kamu ketahui dapat disimak dalam penjelasan berikut.

1. Energi Kinetik dan Rumusnya

Sebuah benda yang bergerak karena terdapat energi yang terkandung di dalam benda tersebut, maka energi tersebut disebut dengan energi kinetik. Energi ini muncul karena sebuah energi kinetik dipengaruhi oleh adanya kecepatan. Sehingga apabila dirumuskan secara matematis dapat diperoleh rumus sebagai berikut.

Ek = ½ mv2

Yang mana Ek ini merupakan energi kinetik dengan satuan Joule, m merupakan massa dengan satuan kg, serta v adalah kecepatan dengan satuan m/s.

2. Energi Potensial dan Rumusnya

Sebuah energi yang terkandung dalam sebuah benda sebab faktor ketinggian dapat disebut dengan energi potensial. Yang mana apabila dirumuskan secara matematis, dapat diperoleh rumus sebagai berikut.

Ep = mgh

Yang mana Ep merupakan energi potensial itu sendiri dengan satuan Joule, m merupakan masaa dengan satuan kg, g merupakan percepatan gravitasi bumi dengan satuan m/s2, serta h adalah ketinggian suatu benda dengan rumus m.

3. Energi Potensial Pegas dan Rumusnya

Sebuah energi potensial yang ada ketika suatu pegas dimampatkan atau diregangkan disebut dengan energi potensial pegas. Apabila dirumuskan secara matematis, maka dapat Kamu tulis sebagai berikut.

Ep = ½ k (∆x)2

Dengan Ep adalah energi potensial pegas itu sendiri yang memiliki satuan joule, k merupakan konstanta pegas dengan satuan (N/m), serta ∆x adalah perubahan panjang dari pegas dengan satuan m.

4. Energi Mekanik dan Rumusnya

Suatu hasil penjumlahan antara energi kinetik dengan energi potensial dapat Kamu sebut dengan energi mekanik. Apabila tidak terdapat adanya gaya luar yang bekerja pada benda tersebut, maka besar suatu energi pada sebuah benda akan selalu tetap. Kamu dapat merumuskan secara matematis sebagai berikut.

Em = Ek + Ep

Yang mana Em merupakan energi mekanik dengan satuan joule, Ep merupakan energi potensial dengan satuan joule, dan Ek merupakan energi kinetik dengan satuan yang sama yaitu joule.

Hubungan antara Usaha dan Energi

Perlu Kamu ketahui bahwa Usaha dan energi memiliki hubungan antara satu dengan yang lainnya. Hal tersebut dikarenakan usaha adalah perubahan dari energi yang ada pada sebuah benda, perubahan tersebut dapat berupa perubahan energi kinetik ataupun energi potensial yang mana dapat dirumuskan secara matematis yaitu:

W = ∆Ek = ½ m (v22 – v12)

W = ∆Ep = mg (h2 – h1)

Daya

Tentu bagi Kamu yang cinta akan fisika, sudah tidak lagi asing dengan kata daya, iya kan? Sebenarnya apa sih daya itu? Kemudian apa hubungannya dengan usaha dan energi yang sedang dibahas?

Kecepatan dalam melakukan suatu usaha, itulah yang dimaksud dengan daya. Dengan pengertian lain bahwa daya adalah suatu bentuk usaha yang dilakukan pada setiap detiknya. Yang mana apabila dituliskan secara matematis, maka dapat diperoleh:

P = W/t = Fs/t = Fv

Dengan keterangan P merupakan daya yang memiliki satuan Watt, t adalah waktu dengan satuan s, F merupakan gaya dengan satuan N, s adalah perpindahan benda dengan satuan m, serta v merupakan kecepatan dengan satuan m/s.

Contoh Soal Usaha dan Energi

1. Apabila di atas sebuah papan kasar dan terdapat benda yang meluncur dengan jarak sejauh 7 m, apabila benda tersebut memperoleh gesekan dengan papan kasar sebesar 120 N, maka berapakan besarnya suatu usaha yang ada pada gaya gesek itu?
Diketahui:
Fg = 120 N
S = 7 m
W = ….?
Jawab: karena sebuah gaya gesek mempunyai arah yang berlawanan dengan arah perpindahan benda, maka dapat dikatakan bahwa usaha yang terdapat pada benda tersebut memiliki nilai negatif, yang mana dapat dirumuskan sebagai berikut:
W = -fgs
W = (-120) – (7)
W = -840 Joule
Sehingga dapat diketahui bahwa usaha yang terjadi yaitu sebesar 840 J.

2. Sebuah benda diketahui jatuh dari ketinggian 2 m dengan massa benda senilai 5 kg di atas hamparan pasir. Apabila sebelum benda berhenti masuk ke dalam pasir sedalam 2 cm. maka berapakah gaya geseknya?
Diketahui
m = 5 kg
h = 2 m
s = 2 cm = 0,02 m
fg = ……?
Jawab:
Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek disebut juga dengan energi potensial benda yang berubah, sehingga didapatkan persamaan
-Wg = ∆Ep = Ep2 – Ep1
Yang mana perlu Kamu ketahui bahwa gaya gesek dengan arah yang berlawanan dengan arah perpindahan benda, maka nilai usaha selalu negatif. Sehingga ketinggian benda tersebut adalah 0 m, sehingga didapatkan
-Wg = -Ep1
 -fgs = -mgh
 fg = -mgh/s
 fg = 5 x 10 x 2 / 0,02
 fg = 5000 N
Sehingga besarnya gaya gesek antara pasir dengan benda yaitu sebesar 5000 N.

Tinggalkan komentar