Kompetensi Dasar
3.3 Memahami konsep usaha, pesawat sederhana, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk kerja otot pada struktur rangka manusia.
4.3 Menyajikan hasil penyelidikan atau pemecahan masalah tentang manfaat penggunaan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari.
Usaha
Suatu gaya yang bekerja pada benda dikatakan melakukan usaha bila gaya tersebut menyebabkan
benda berpindah. Usaha merupakan besaran skalar karena tidak memiliki arah dan hanya memiliki besar.
Perpindahan suatu benda bergantung pada besar gaya yang mengenainya. Makin besar gaya yang
mengenai suatu benda, maka makin jauh pula perpindahannya sehingga usaha yang dilakukan pun
semakin besar.
Dalam fisika, agar usaha dapat berlangsung, maka harus ada gaya yang dikerahkan hingga menempuh
jarak tertentu. Jadi usaha dalam ilmu fisika didefinisikan sebagai besarnya gaya F yang digunakan untuk
memindahkan benda sejauh S.
1. Perhitungan Usaha
Bagaimana menghitung besarnya usaha? Coba perhatikan pernyataan berikut ini: Eka memindahkan TV ke ruang tamu, sedangkan Rafi memindahkan vas bunga ke ruang tamu dan menaruhnya di samping TV. Dari pernyataan tersebut siapa yang melakukan usaha paling besar?
Besar usaha yang dilakukan bergantung pada besar dan arah gaya yang dikerahkan dan perpindahan benda selama gaya dikenakan. Dari pernyataan tersebut Eka yang paling banyak melakukan usaha, karena untuk memindahkan TV ke ruang tamu perlu gaya yang besar untuk mengangkatnya daripada membawa vas bunga ke ruang tamu.
Ketika sebuah gaya bekerja pada arah yang sama dengan arah gerak benda, usaha dapat dihitung dengan cara berikut.
Jawab:
W = F × S
= 200 N × 2,5 m
= 500 J
Jadi, usaha yang dilakukan untuk memindahkan meja sebesar 500 J.
2. Hubungan Energi dan Usaha
Untuk melaksanakan kegiatan sehari-hari, kalian membutuhkan energi yang dapat kalian peroleh dari makanan. Makanan mengandung energi kimia yang siap untuk diproses di dalam tubuh. Energi yang dihasilkan oleh tubuh dapat digunakan untuk melakukan usaha. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha.
a. Hubungan usaha dengan energi kinetik
Hubungan usaha dan energi pada sebuah energi kinetik ini saling bersinggungan. Dimana energi adalah sebuah kemampuan yang dibutuhkan untuk melakukan sebuah usaha. Dalam sebuah rumus kekekalan energi menyatakan energi tidak dapat dihilangkan akan tetapi bisa diubah.
Energi kinetik sendiri adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang bergerak. Dengan demikian jika benda bergerak semakin cepat maka semakin tinggi pula energi kinetik yang dimiliki. Energi ini bisa dilihat dari berbagai benda seperti roda, benda jatuh, dan makhluk yang bergerak.
Jika sebuah benda memiliki masa dan bergerak dengan kecepatan konstan dan diberikan gaya akan berakibat benda bergerak menjauh. Dengan demikian, dapat dihitung usaha dari sebuah gaya konstan berupa hasil kali gaya dengan jarak perpindahan benda. Hubungan usaha dan energi akan saling mendorong dengan hasil usaha yang berbeda tergantung energi yang diberikan.
Dengan demikian jika energi yang diberikan lebih besar maka usaha yang dihasilkan juga lebih besar. Begitupun sebaliknya jika energi kecil maka usaha juga lebih kecil. Hal ini berbanding lurus dengan jarak benda yang bisa ditempuh dengan usaha yang besar maka jarak tempuh juga akan menjadi lebih jauh.
Secara matematis, hubungan usaha dengan energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut.
Contoh Soal:
Sebuah benda yang sedang bergerak mempunyai energi kinetik 500 Joule. Benda tersebut
dipercepat hingga energi kinetiknya 600 Joule. Hitunglah usaha yang dilakukan benda tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
Ek1 = 500 J
Ek2 = 600 J
Ditanyakan: W = …?
Jawab:
W= Ek2 – Ek1
= 600 – 500
= 100 J
Jadi, usaha yang dilakukan untuk benda tersebut adalah 100 J.
b. Hubungan usaha dengan energi potensial
Hubungan usaha dan energi pada sebuah energi potensial adalah sebagai hasil perkalian dari besaran gaya yang diberikan dan berakibat pada berpindahnya benda. Perpindahan benda yang terkena usaha adalah seorang dengan gaya yang diberikan. Energi potensial sendiri adalah sebuah energi yang masih berada di dalam benda atau bisa dibilang tersembunyi. Karena itulah pada sebuah energi potensial membutuhkan sebuah usaha untuk menggerakkan benda. Dengan demikian hubungan antara usaha serta energi pada hal ini adalah sebuah dorongan untuk mendapatkan sebuah hal.
Energi potensial sendiri ada beberapa macam. Pertama adalah energi pegas atau potensial pegas. Energi ini adalah sebuah energi dari suatu benda uang dimiliki karena kedudukan atau keadaan benda itu sendiri. Kemampuan dari sebuah pegas untuk kembali menuju posisi semula ini yang disebut dengan energi potensial pegas. Besarnya gaya yang dihasilkan bergantung pada pertambahan panjang yang diberikan karena sebuah usaha.
Secara matematis, hubungan antara usaha dengan energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
W = usaha atau kerja (J)
delta Ep = perubahan energi potensial (J)
Ep2 = energi potensial akhir (J)
Ep1 = energi potensial awal (J)
Contoh Soal:
Sebuah batu bermassa 6 kg jatuh dari ketinggian 15 m ke suatu tempat yang tingginya 5 m. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya berat batu itu?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 6 kg
h1 = 15 m
h2 = 5 m
Ditanyakan: W = …?
Jawab:
W = Ep
= m × g × (h2 – h1)
= 6 × 9,8 × (15 – 5)
= 58,8 × 10
= 588 J
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya berat batu tersebut adalah 588 Joule.
Tidak ada komentar: