Energi dan usaha dan energi

Usaha dan energi

1) Pengerian usaha

Dalam kehidupan sehari-hari usaha di artikan dengan aktivitas dalam bentuk pengarahan tenaga maupun pikiran untuk memperoleh hal yang diinginkan. Dalam fisika usaha(w) dapat didefinisikan sebagai hasil perkalian titik (sklalar) antara komponen gaya yang bekerja (F) dengan perpindahan yang terjadi searah dengan komponen gaya tersebut ( ∆ x ) dan dirumuskan:

w=⃗F . ∆⃗x

Jadi dapat di simpulkan usaha yang dilakukan gaya yang terkait dengan perpindahan benda. Ini berarti walaupun seseorang mendorong benda dengan sangat kuat, tetapi benda tidak bergeser atau berpindah , maka usaha oleh gaya adalah nol. Berikut adalah menentukan usaha yang dilakukan gaya konstan:

 Usaha dan gaya konstan

Misalakan benda ditarik dengan gaya F konstan membentuk sudut a

terhadap arah perpindahan , bila perpindahan sejauh ∆ x _{, maka usaha yang}

di lakukan oleh gaya searah dengan perpindahan dapat di tulis

w=Fcosa ∆ x

Dlam notasi vektor

w=⃗F . ∆ x

Dari perkalin dapat ditentukan behwa usaha adalah besaran skalar.dalm SI satuan usaha adalah newton-meter atau diberi nama dengan joule atau J karena 1Nm=1joule ;1N=105_{dyne ;1m}

=102_cm,

Maka 1joule=105dyne ;1m=102cm=107dyne cm107erg

Satuan lain yang digunakan usaha adalah foot-pound. Hubungan dengan jouleadalah; 1joule=0,7376 foot pound, sedangkan 1foot pound=1,356 joule, atau 1,356. 107 _erg

 Usaha oleh gaya-gaya berubah

Jika gaya F yang bekerja pada benda berubah-ubah besarnya, maka usaha dW yang dilakukan oleh gaya F yang menyebabkan benda berpindah sejauh dx adalah

dW=Fcosα dx

Usaha W yang dilakukan gaya bila benda berpindah dari x₁ke x_{2 dapt}

W=

∫

Menurut hukum Hooke, bila sebuah pegas diperpendek atau diperpanjang sejauh ∆ x _{, diperlukan gaya yang besarnya}

F=k ∆ x ,

Di mana k adalah konstanta pegas, atau perbandingan antar gaya dengan perpanjangan yang di timbulkan oleh gaya tersebut, yang dinyatakan dengan satuan N/m. Jika ingin menghitung besa usah yang di lakukan untuk

memperpendek atau memperpanjang pegas sebesar ∆ x dari x₁ke x₂

Maka, w=

∫

Energi atau tenaga dapat dinyatakan dengan hasil usaha, atau kemampuan untuk melakukan usaha seperi energi kinetik atau energi potensial.

3) Hukum kekekalan energi mekanik

Sebuah benda di lemparkan ke atas dari titik A ke titik B, dengan ketinggian h₁dan h_{2 permukaan tanah. Di titik A, kecepatan benda adalah}

v_{1 , dan titik B kecepatan benda berkurang menjadi} v_{2 , karena di}

perlambat oleh gravitasi.menurut kinematika:

v12−v22=2g h

Bila kedua ruas sama dikalidengan 1₂m,

Diperoleh: 1₂m v₁2

mekanik,yang berlaku apabila tidak ada gaya luar yang bekrja pada benda, melainkan hanya gaya grafitasi bumi.berkurangnya energi kinetik benda di titik B, diimbangi oleh bertambahnya energi potensial di titik tersebut.

4) Hubungan usaha dan energi

a. Usaha dan energi kinetik

Misalkan F konstan bekerja pada benda bermassa m, dan terletak di bidang licin ,sehingga menimbulkan percepatan sebesar a konstan.

a=∆ v ∆ t=

v1−v0

t−t0

=vt−v0 t

dan x−x₀=

(

vt+v0

2

)

t

5) Daya

Usaha tidak memuat informasi tentang beberapa cepat proses itu

berlangsung. Sering kali yang dibutuhkan bukanlah banyak usah total yang di dapat dilakukan melainkan berapa besar laju usaha tersebut. Misalakan untuk memompa 100 liter air sumur pada kedalaman 10m sampai kepermukaan dibutuhkan usaha 10kj. Walaupun pompa itu mamapu menghasilkan usaha 10 kj, bila usaha itu memeakan waktu 1 hari, tidak banyak manfat yang kita

dapatkan dari pompa itu.

Laju usaha yang dilakukan tiap detik disebut dya. Jika jumlah usah ∆ w

bekerja selama waktu ∆ t _{, daya rat-rata adalah}

P_av=∆ W ∆ t

Daya sesaat dapat didefinisikan

p=lim

∆ t →0

∆W ∆ t =

dW dt

Sehingga dapat diperoleh p=dW dt =

⃗_{F . d^x} dt =⃗F .

dx^

dt =⃗F .⃗V=FV

Satuan daya dalam SI adalah Nm/s=J/s= watt(w). Satuan lain yang digunakan untuk daya adalah daya kuda (horse power) disingkat hp atau dk. Kesetaraan dengan watt adalah

1dk=1hp=746watt

Latihan

1.

2.

3.

4.

w=∆ E_p=mg ∆ h w=mgssin 3 70

w=(10) (10)(10)

(

3

5

)

=600joule

5.

w=1

2(12+9).6

w=1

2(21)(6)

w=63joule

6.

Fs= mg

∆ h (103)s=10(10) (0,5) s=50/100=5/50=5cm

N=40:5=8 kali

7.



Gya normal(N)gaya berat(w)dan komponenya yaituw

sin53

0

_{dan w cos53}

0,

_{gaya gesek F}

ges



ges=¿μ . N_F=18joule ¿



w_total=240joule−18joule=222joule



Usaha oleh gaya F

W=F . S=25(5)=125joule



Usaha oleh gaya gesek

w=−f . s=−3(5)=−15joule



Usaha oleh gaya berat

w=−mgsin 53.s=2.10 .0,8 .5=−80joule



Usaha total

w_{total=125−15−80=30joule}

9.

W=mg

∆ h

W=2.10.(100-20)

W=1600 joule

10.

W=mg

∆ h

W=2.10.(100-20)

W=1600 joule

11.

w=1

2m ∆(v

2₎

w=1

2.1000.5

2

w=12500

12.

W=selisih energi potensial benda

W=mg

∆ h