USAHA dan ENERGI

KAJIAN MATERI USAHA
Definisi
Usaha (W) yang dilakukan oleh
sebuah gaya (F) didefinisikan
sebagai hasil kali komponen
gaya pada arah pergeseran
dengan panjang pergeseran
benda.
Usaha
Usaha (W) yang dikerahkan orang digunakan untuk mengubah energi
kinetik
4
Energi Potensial
Usaha (W) yang dikerahkan orang
digunakan untuk mengubah energi
potensial
h=0
5
USAHA OLEH GAYA KONSTAN
F
F
q
F cos q
s
Usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya didefinisikan
sebagai hasil kali komponen gaya pada arah pergeseran
dengan panjang pergeseran benda.
W  ( F cosq ) s
(5.1)
W  F s
(5.2)
yang dilakukan pada benda oleh gaya tertentu
Untuk gaya – gaya lain yang bekerja pada benda
tersebut harus di hitung sendiri – sendiri secara
terpisah
contoh : gaya gesek, gaya berat, gaya normal
N
F
q
f
mg
Usaha oleh gaya F : W  Fs cosq
Usaha oleh gaya gesek f : W f   fs
Usaha oleh gaya normal N : WN  0
Usaha oleh gaya berat mg :
Usaha total :
Wmg  0
W  Fs cosq  fs
cos(1800 )  1
Mengapa ?
(5.3)
Jika Kita perhatikan persamaan 5.1 terlihat bahwa besarnya usaha (W)
bergantung pada Cos ϴ, sehubungan dengan hal tersebut, dari beberapa
referensi yang dibaca, ada tiga keadaan istimewa mengenai usaha, diantaranya
Jika gaya (F) sejajar Perpindahan benda (S), maka sudut ϴ = 0, dalam keadaan
seperti ini nilai cos 0 adalah 1 maka
W = F Cos ϴ . S
W = F.S
Jika gaya (F) tegak lurus dengan Perpindahan benda(S), maka sudut ϴ = 90,
dalam keadaan seperti ini nilai cos 90 adalah 0 maka
W = F Cos ϴ . S
W=0
Jika gaya (F) bekerja berlawanan arah dengan Perpindahan benda (S), maka
sudut ϴ = 180, dalam keadaan seperti ini nilai cos 180 adalah -1 maka
W = F Cos ϴ . S
W = - F.S
CONTOH USAHA BERNILAI NOL (TIDAK MELAKUKAN USAHA)
Tidak semua gaya yang sudah bekerja dikatakan melalukan usaha atau semua
benda yang berpindah telah dikenai usaha. Untuk lebih jelasnya mari kita bahas,
berikut ini peristiwa yang usahanya bernilai nol
Gaya penyebab ada tetapi tidak ada perpindahan. F tidak sama dengan nol dan
s sama dengan nol, contohnya adalah ketika kita mendorong tembok. Walaupun
kita sudah mengeluarkan gaya tetapi tembok tidak berpindah maka kita
dikatakan tidak melakukan usaha.
Gaya penyebab tidak ada tetapi terjadi perpindahan. Contohnya adalah ketika
kita bermain sky dan kita sedang ber GLB maka resultan gayanya sama dengan
nol tetapi kita mengalami perpindahan. Kejadian ini juga tergolong usaha
bernilai nol atau kita dikatakan tidak melakukan usaha.
Gaya dan perpindahan membentuk sudut 90 derajat. Contohnya ketika kita
menenteng tas dan berjalan maju, sudut yang dibentuk gaya penyebab dengan
perpindahan yang dihasilkan adalah 90 derajat. Jika kita masukkan kedalam
persamaan gaya yang membentuk sudut maka akan kita peroleh hasil Usaha
sama dengan nol atau kita dikatakan tidak melakukan usaha.
Usaha dan Energi Kinetik
W  Fx s
 v f  vi  1
 2 (vi  v f )t
 m
t


Untuk massa tetap :
Fx = max
Untuk percepatan tetap :
s  12 (vi  v f )t
v f  vi
ax 
t
(5.5) W  12 mv 2f  12 mvi2
(5.6) K  12 mv 2
Energi kinetik adalah energi yang
terkait dengan gerak benda.
Teorema Usaha-Energi
(5.7) W  K f  Ki  K
Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya untuk menggeser benda
adalah sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut.
V1
V2
F
F
s
W=Fs
W = (m a) s
Ingat: v22 = v12 + 2as → as = ½ v22 – ½ v12
W = m ( ½ v22 – ½ v12 )
W = ½ m v22 – ½ m v12
W = Ek2 – Ek1
Usaha yang diterima benda = perubahan energi kinetiknya.
W = ∆ Ek
Satuan :
SI
newton  meter (N  m)
joule (J)
1 J = 107 erg
cgs
dyne  centimeter (dyne  cm)
Dimensi :
erg
ML T 
2
Dari N.m =
2
kg.m /s 
2
2
Usaha mrupakan besaran skalar dimana hasil perkalian skalar vektor gaya (F)
dengan vektor perpindahan (S)
Contoh Soal:
Seorang menarik sebuah peti yang memiliki massa 50 kg sejauh 40 meter pada
lantai datar dengan gaya konstan F = 100 N, yang mana membentuk sudut 370.
lantai dengan peti terjadi gaya gesekan f = 50 N. Tentukan
a. Usaha pada masing2 gaya yang bekerja pada peti?
b. Usaha total peti?
Jawab
: lihat gambar di bawah ini
terlihat gaya – gaya yang bekerja pada peti
 Penyelesaian
a. Usaha yang bekerja dari Gaya Gravitasi dan gaya
normal adalah Nol (0), karena Gaya (F) tegak lurus
dengan arah perpindahan
Usaha dari gaya F sebesar
Usaha dari gaya gesek(f) sebesar
b. Besar Usaha Total
Cara 1:
Cara 2:
MISKONSEPSI SISWA PADA
MATERI USAHA
1. Usaha adalah gaya(F) dikali perpindahan, tanpa
mempertimbangkan pengaruh/kondisi lain seperti sudut ϴ
melihat
2. usaha dalam kehidupan sehari-hari sama dengan usaha dalam fisika
Contoh
Jika suatu gaya (F) bekerja pada suatu objek dan objek itu tidak bergerak
dalam suatu jarak tertentu (S), maka tidak ada kerja (W).
Di sini beberapa siswa berpikir bahwa di situ ada kerja (W). Mereka sulit
mengerti mengapa jika seseorang mendorong suatu kereta dengan banyak
energi, ia tidak membuat kerja.
Mereka berpikir bahwa jika seseorang membuat aktivitas dengan suatu
energi ia membuat suatu kerja,
KENDALA DALAM PEMBELAJARAN
Kurangnya alat bantu pembelajaran yang dapat
menarik minat anak
2. Persepsi anak terhadap mata pelajaran fisika yang
kurang bagus
1.
SOLUSI
 Pembelajaran di bantu dengan virtual /Animasi
 Ditampilkan contoh dalam bentuk Visualisasi
 Mengambil contoh yang real dalam kehidupan
sehari- hari
 Anak dilibatkan aktif dalam pembelajaran seperti
praktek dengan benda2 yang terdapat di
lingkungan pembelajaran
Apakah nenek melakukan usaha ?
Apakah gaya angkat yang dikerahkan
nenek melakukan usaha?
21
Apakah ibu2 melakukan usaha ?
Apakah gaya angkat yang dikerahkan
ibu2 melakukan usaha?
22
Apakah kuda melakukan usaha ?
Apakah gaya tarik yang dikerahkan kuda
melakukan usaha?
23
Apakah anak laki2 ini melakukan usaha ?
Apakah gaya angkat yang dikerahkan
anak ini melakukan usaha?
24
Apakah lifter ini melakukan usaha ?
Apakah gaya angkat yang dikerahkan
lifter ini melakukan usaha?
25
Apakah orang ini melakukan usaha ?
Apakah gaya dorong yang dikerahkan
orang ini melakukan usaha?
26
Apakah ibu ini melakukan usaha ?
Apakah gaya angkat yang dikerahkan ibu
ini melakukan usaha?
27
Apakah Obama melakukan usaha ?
Apakah gaya tarik yang dikerahkan
Obama melakukan usaha?
28
Daftar Pustaka
 Halliday, (1978), Fisika Jilid 1, edisi
ketiga.Erlanggga.Jakarta
 Zmensky, Mekanika
 Suratman, (2006),Fisika SMK kelas X,
Armico.Bandung