Laman

Senin, 21 Juni 2010

USAHA DAN ENERGI


Pengantar

Dalam kehidupan sehari-hari dirimu pasti sering mendengar atau menggunakan kata “usaha” dan “energi”. Kata “usaha” yang sering kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari memiliki makna yang berbeda dengan pengertian usaha dalam fisika. Pada kesempitan ini kita akan belajar pokok bahasan usaha dan energi. Pokok bahasan Usaha dan Energi yang telah anda pelajari di SMP masih bersifat kualitatif dan mungkin sekarang dirimu sudah melupakan semuanya . Oleh karena itu gurumuda mencoba membantu dirimu memahami kembali (syukur kalo masih diingat) konsep Usaha dan Energi secara lebih mendalam dan tentu saja disertai juga dengan penjelasan kuantitatif (ada rumusnya). Akhirnya, semoga dirimu tidak berkecil hati, apalagi sampai kecewa dan putus asa karena ada rumus. Pahamilah dengan baik dan benar konsep Usaha dan Energi yang dijelaskan, maka dirimu tidak akan meringis ketika menatap rumus… selamat belajar ya, semoga sukses sampai di tujuan
Pada pokok bahasan fisika sebelumnya, kita telah belajar tentang gerak benda dan hubungannya dengan Gaya yang mempengaruhi gerak benda (Hukum Newton tentang Gerak). Kali ini kita menganalisis gerak benda dalam kaitannya dengan Usaha dan Energi. Usaha dan Energi merupakan besaran skalar sehingga analisis kita menjadi lebih mudah dibandingkan dengan ketika kita mempelajari gaya. Konsep usaha dan energi sangat penting, sehingga sangat dianjurkan supaya dipelajari dengan penuh semangat.
USAHA
Usaha alias Kerja yang dilambangkan dengan huruf W (Work-bahasa inggris), digambarkan sebagai sesuatu yang dihasilkan oleh Gaya (F) ketika Gaya bekerja pada benda hingga benda bergerak dalam jarak tertentu. Hal yang paling sederhana adalah apabila Gaya (F) bernilai konstan (baik besar maupun arahnya) dan benda yang dikenai Gaya bergerak pada lintasan lurus dan searah dengan arah Gaya tersebut.
Secara matematis, usaha yang dilakukan oleh gaya yang konstan didefinisikan sebagai hasil kali perpindahan dengan gaya yang searah dengan perpindahan.
< ![endif]-->
Persamaan matematisnya adalah :
W = Fs cos 0 = Fs (1) = Fs
W adalah usaha alias kerja, F adalah besar gaya yang searah dengan perpindahan dan s adalah besar perpindahan.
Apabila gaya konstan tidak searah dengan perpindahan, sebagaimana tampak pada gambar di bawah, maka usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda didefinisikan sebagai perkalian antara perpindahan dengan komponen gaya yang searah dengan perpindahan. Komponen gaya yang searah dengan perpindahan adalah F cos < ![endif]--> teta Secara matematis dirumuskan sebagai berikut : Hasil perkalian antara besar gaya (F) dan besar perpindahan (s)
di atas merupakan bentuk perkalian titik atau perkalian skalar.
Karenanya usaha masuk dalam kategori besaran skalar. Pelajari lagi
perkalian vektor dan skalar kalau dirimu bingun… Persamaan di atas bisa
ditulis dalam bentuk seperti ini : Satuan
Usaha dalam Sistem Internasional (SI) adalah newton-meter. Satuan
newton-meter juga biasa disebut Joule ( 1 Joule = 1 N.m). menggunakan
sistem CGS (Centimeter Gram Sekon), satuan usaha disebut erg. 1 erg = 1
dyne.cm. Dalam sistem British, usaha diukur dalam foot-pound
(kaki-pon). 1 Joule = 107 erg = 0,7376 ft.lb. Perlu
anda pahami dengan baik bahwa sebuah gaya melakukan usaha apabila benda
yang dikenai gaya mengalami perpindahan. Jika benda tidak berpindah
tempat maka gaya tidak melakukan usaha. Agar memudahkan pemahaman anda,
bayangkanlah anda sedang menenteng buku sambil diam di tempat. Walaupun
anda memberikan gaya pada buku tersebut, sebenarnya anda tidak
melakukan usaha karena buku tidak melakukan perpindahan. Ketika anda
menenteng atau menjinjing buku sambil berjalan lurus ke depan, ke
belakang atau ke samping, anda juga tidak melakukan usaha pada buku.
Pada saat menenteng buku atau menjinjing tas, arah gaya yang diberikan
ke atas, tegak lurus dengan arah perpindahan. Karena tegak lurus maka
sudut yang dibentuk adalah 90o. Cos 90o = 0,
karenanya berdasarkan persamaan di atas, nilai usaha sama dengan nol.
Contoh lain adalah ketika dirimu mendorong tembok sampai puyeng… jika
tembok tidak berpindah tempat maka walaupun anda mendorong sampai
banjir keringat, anda tidak melakukan usaha. Kita dapat menyimpulkan
bahwa sebuah gaya tidak melakukan usaha apabila gaya tidak menghasilkan
perpindahan dan arah gaya tegak lurus dengan arah perpindahan. Contoh Soal 1 : Sebuah
peti kemas bermassa 50 kg yang terletak pada lantai ditarik horisontal
sejauh 2 meter dengan gaya 100 N oleh seorang buruh pelabuhan. Lantai
tersebut agak kasar sehingga gaya gesekan yang diberikan pada karung
beras sebesar 50 N. Hitunglah usaha total yang dilakukan terhadap
karung berisi beras tersebut… Panduan jawaban : Sebelum
menghitung usaha total, terlebih dahulu kita hitung usaha yang
dilakukan oleh buruh karung dan usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan.
Kita tetapkan arah kanan bertanda positif sedangkan arah kiri negatif.
(b = buruh, Fg = gaya gesekan, N = gaya normal, w = berat). Gaya gesekan berlawanan arah dengan arah gerakan benda sehingga bertanda negatif. Pada
soal di atas, terdapat empat gaya yang bekerja pada peti kemas, yakni
gaya tarik buruh (searah dengan perpindahan peti kemas), gaya gesekan
(berlawanan arah dengan perpindahan peti), gaya berat dan gaya normal
(tegak lurus arah perpindahan, sudut yang terbentuk adalah 90o). Untuk mengetahui usaha total, terlebih dahulu kita hitung besar usaha yang dilakukan masing-masing gaya tersebut. Usaha yang dilakukan oleh buruh pelabuhan : Wb = Fb.s = (100 N) (2 m) = 200 N.m Usaha yang dilakukan oleh Gaya gesekan : Wg = Fg.s =- (50 N) (2 m) = -100 N.m Usaha yang dilakukan oleh gaya berat : Ww = Fw.s = (mg) (2 m) cos 90o = 0 Usaha yang dilakukan oleh gaya normal : WN = FN.s = (mg) (2 m) cos 90o = 0 Usaha total = Wb + Wg + Ww + WN = (200 N.m) + (-100 N.m) + 0 + 0 = 100 N.m = 100 Joule Contoh Soal 2 : Seorang anak menarik mobil mainan menggunakan tali dengan gaya sebesar 20 N. Tali tersebut membentuk sudut 30o
terhadap permukaan tanah dan besar gaya gesekan tanah dengan roda mobil
mainan adalah 2 N. Jika mobil mainan berpindah sejauh 10 meter,
berapakah usaha yang dilakukan anak tersebut ? Panduan jawaban : Pada
dasarnya soal ini sama dengan contoh soal 1. Pada soal ini terdapat
sudut yang dibentuk antara gaya dengan arah horisontal, sehingga
komponen gaya tarik yang dipakai adalah F cos teta (sejajar dengan arah
perpindahan) Untuk mengetahui usaha
total, terlebih dahulu kita hitung besar usaha yang dilakukan
masing-masing gaya : (A = anak, g = gesekan, w = berat dan N = normal) Usaha yang dilakukan oleh Gaya gesekan : Wg = Fg.s = (-2 N) (10 m) = -20 N.m Usaha yang dilakukan oleh gaya berat : Ww = Fw.s = (mg) (2 m) cos 90o = 0 Usaha yang dilakukan oleh gaya normal : WN = FN.s = (mg) (2 m) cos 90o = 0 Usaha total : ENERGI Normal 0 MicrosoftInternetExplorer4 Segala
sesuatu yang kita lakukan dalam kehidupan sehari-hari membutuhkan
energi. Untuk bertahan hidup kita membutuhkan energi yang diperoleh
dari makanan. Setiap kendaraan membutuhkan energi untuk bergerak dan
energi itu diperoleh dari bahan bakar. Hewan juga membutuhkan energi
untuk hidup, sebagaimana manusia dan tumbuhan. Energi
merupakan salah satu konsep yang paling penting dalam fisika. Konsep
yang sangat erat kaitannya dengan usaha adalah konsep energi. Secara
sederhana, energi merupakan kemampuan melakukan usaha. Definisi yang
sederhana ini sebenarnya kurang tepat atau kurang valid untuk beberapa
jenis energi (misalnya energi panas atau energi cahaya tidak dapat
melakukan kerja). Definisi tersebut hanya bersifat umum. Secara umum,
tanpa energi kita tidak dapat melakukan kerja. Sebagai contoh, jika
kita mendorong sepeda motor yang mogok, usaha alias kerja yang kita
lakukan menggerakan sepeda motor tersebut. Pada saat yang sama, energi
kimia dalam tubuh kita menjadi berkurang, karena sebagian energi kimia
dalam tubuh berubah menjadi energi kinetik
sepeda motor. Usaha dilakukan ketika energi dipindahkan dari satu benda
ke benda lain. Contoh ini juga menjelaskan salah satu konsep penting
dalam sains, yakni kekekalan energi. Jumlah total energi pada sistem
dan lingkungan bersifat kekal alias tetap. Energi tidak pernah hilang,
tetapi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi menjadi
bentuk energi lain. Mengenai Hukum Kekekalan Energi akan kita kupas
tuntas dalam pokok bahasan tersendiri. (tuh ada linknya di bawah)….. Dalam
kehidupan sehari-hari terdapat banyak jenis energi. Energi kimia pada
bahan bakar membantu kita menggerakan kendaraan, demikian juga energi
kimia pada makanan membantu makhluk hidup bertahan hidup dan melakukan
kerja. Dengan adanya energi listrik, kita bisa menonton TV atau
menyalakan komputer sehingga bisa bermain game sepuasnya. Ini hanya
beberapa contoh dari sekian banyak jenis energi dalam
kehidupan kita. Misalnya ketika kita menyalakan lampu neon, energi
listrik berubah menjadi energi cahaya. Energi listrik juga bisa berubah
menjadi energi panas (setrika listrik), energi gerak (kipas angin) dan
sebagainya. Banyak sekali contoh dalam kehidupan kita, dirimu bisa
memikirkan contoh lainnya. Secara umum, energi bermanfaat bagi kita
ketika energi mengalami perubahan bentuk, misalnya energi listrik
berubah menjadi energi gerak (kipas angin), atau energi kimia berubah
menjadi energi gerak (mesin kendaraan).

Tidak ada komentar:

Posting Komentar