Pengertian Gaya
Doronglah daun pintu sehingga terbuka. Tariklah sebuah pita karet. Tekanlah segumpal tanah liat. Angkatlah bukumu. Pada setiap kegiatan itu kamu mengerahkan sebuah gaya. Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yang dikerahkan sebuah benda terhadap benda lain. Kadang kadang, akibat suatu gaya tampak demikian jelas, seperti saat sebuah mobil sedang melaju dan menabrak sebatang pohon. Akan tetapi, akibat gaya-gaya lain tidak sejelas pohon yang ditabrak itu. Dapatkah kamu merasakan gaya dari lantai yang bekerja pada kakimu? Catatlah semua gaya yang mungkin kamu lakukan atau alami pada suatu hari tertentu. Bayangkan tindakantindakan seperti mendorong, menarik, merenggangkan, meremas, membengkokkan, dan menjatuhkan benda.
Pada saat itu kamu mengerahkan gaya kepada benda tersebut. Bagaimana kamu dapat mengukur besar gaya? Besar gaya diukur dengan neraca pegas. Gaya diukur dalam satuan newton (N).
Gaya Sentuh dan Gaya Tak Sentuh
Pada saat kamu mendorong meja, kamu harus menyentuh meja itu untuk mengerahkan gaya kepada meja itu. Demikian pula jika kamu hendak melontarkan batu dengan menggunakan ketapel. Gaya otot pada saat kamu mendorong meja dan gaya pegas pada saat kamu melontarkan batu dengan ketapel termasuk gaya sentuh. Disebut gaya sentuh karena sebuah benda yang memberikan gaya harus menyentuh benda lain yang dikenai gaya tersebut. Contoh lain gaya sentuh adalah gaya gesekan, yang akan kita bahas nanti. Jika kamu melepaskan kapur dari ketinggian tertentu, maka kapur itu akan jatuh ke bawah, ditarik oleh gaya gravitasi Bumi. Gaya gravitasi termasuk gaya tak sentuh, karena tanpa harus melalui sentuhan kapur dan Bumi. Gaya listrik dan gaya magnet adalah contoh lain gaya tak sentuh.
Akibat Gaya terhadap Benda
Apa yang terjadi pada sebuah benda saat gaya dikenakan pada benda tersebut? Apabila sebuah benda sedang bergerak, apakah gaya tersebut mengubah kecepatan benda itu? Coba bayangkan anak yang sedang menendang bola. Kecepatan bola tersebut tentunya berubah begitu benturan terjadi. Jadi gaya dapat mengubah kecepatan benda. Bayangkan pula plastisin yang ditekan. Pada saat menekan plastisin, tangan itu memberikan gaya kepada plastisin itu. Bagaimana bentuk plastisin setelah ditekan? Ternyata gaya juga dapat menyebabkan bentuk benda berubah.
Resultan Gaya
Gaya-Gaya Setimbang
Gaya-gaya tidak selalu mengubah kecepatan. Bayangkan dua tim yang sedang tarik tambang. Kedua tim tersebut sama-sama mengerahkan gaya dengan arah berlawanan. Bila kedua tim tersebut tidak bergerak, maka gaya yang dilakukan kedua tim pada tali tersebut sama besar. Gaya yang menarik tali ke kiri diimbangi dengan gaya yang menarik tali ke kanan. Gaya-gaya yang besarnya sama dan arahnya berlawanan yang bekerja pada sebuah benda disebut gaya-gaya setimbang.
Gaya-gaya Tak Setimbang
Pernahkah kamu menarik sebuah gerobak yang bermuatan? Untuk membuat gerobak bergerak, kamu harus menarik gerobak tersebut. Jika gaya yang kamu kerahkan tidak cukup besar, kamu mungkin meminta bantuan temanmu. Temanmu mungkin akan menarik gerobak itu bersamamu atau mendorongnya dari belakang. Dua gaya tersebut, yaitu gaya dari kamu dan temanmu akan bekerja pada arah yang sama. Jika dua gaya bekerja pada arah yang sama, maka kedua gaya itu dijumlahkan, seperti ditunjukkan pada gambar.
Gaya total atau gaya resultan pada gerobak tersebut sama dengan jumlah kedua gaya itu. Jikagaya total pada suatu benda menuju ke arah tertentu, gaya tersebut disebut gaya-gaya tak setimbang. Gaya-gaya tak setimbang selalu mengubah kecepatan sebuah benda. Apabila temanmu mendorong gerobak dengan arah yang berlawanan dengan arah gaya dorongmu, gaya-gaya itu digabung dengan cara yang berbeda. Jika dua gaya berlawanan arah, maka gaya total kedua gaya tersebut merupakan selisih kedua gaya. Jika satu gaya lebih besar daripada gaya yang lain, gerobak itu akan bergerak ke arah gaya yang lebih besar. Dalam hal ini temanmu jelas tidak membantu kamu. Menurut pendapatmu apa yang terjadi jika gaya dorongmu dan gaya dorong temanmu sama dan berlawanan arah.
Jadi, gaya dapat digambarkan sebagai anak panah. Panjang anak panah menunjukkan besar gaya, dan arah anak panah menunjukkan arah gaya. Dengan menggunakan anak panah ini kamu dapat menyatakan berapa besar hasil gabungan gaya-gaya itu dan ke mana arahnya. Latihan Yuk!!
1. Apa yang dimaksud dengan gaya?
2. Dapatkah gaya mengakibatkan perubahan pada suatu benda? Perubahan apa saja yang terjadi?
3. Apakah satuan SI untuk gaya? Diturunkan dari satuan besaran apa sajakah satuan gaya?
4. Tiga buah gaya segaris dan searah masing-masing besarnya 2 N, 5 N, dan 10 N. Tentukan resultan gaya-gaya tersebut!
LKS Siklus 1 Gaya
Tujuan
Mengukur besar gaya dengan menggunakan neraca pegas Alat dan bahan
Beban 3 buah berbeda massa Neraca pegas 1 buah
Statif dan klem 1 set Langkah kerja
1. Gantungkan neraca pegas pada statif!
2. Kaitkan beban I pada neraca pegas! Catat besar gaya yang ditunjukkan oleh neraca pegas!
3. Ganti beban I dengan beban II, kemudian ganti dengan beban III! Catat ketiga hasil pengukuranmu ke dalam tabel berikut!
Pertanyaan
LKS Gaya Gesek Tujuan
Mengetahui besar gaya gesek pada benda yang memiliki kekasaran yang berbeda
Alat dan bahan
Kubus kayu 1 buah
Kubus kayu yang dilapisi karpet 1 buah Kubus kayu yang dilapisi ampelas 1 buah Neraca pegas 1 buah
Langkah kerja
1. Letakkan kubus kayu di atas meja dan kaitkan dengan neraca pegas!
2. Tariklah neraca pegas sedikit demi sedikit sampai kayu tepat akan bergerak! Catat besar gaya yang ditunjukkan oleh neraca pegas!
3. Ulangi langkah 1–2 dengan menggunakan kubus lainnya! Catat hasilnya ke dalam tabel berikut!
Pertanyaan
Tujuan
Menyelidiki sifat kelembaman suatu benda Alat dan bahan
Meja 1 buah Kertas 1 buah Gelas plastik 1 buah
Langkah kerja 1. Letakkan kertas di atas meja!
2. Letakkan gelas di atas kertas tersebut!
3. Tariklah kertas dengan cepat! Amati apa yang terjadi!
4. Lakukan langkah 1–2 kemudian tarik kertas secara perlahan-lahan! Amati apa yang terjadi!
Pertanyaan
Tujuan
Mengetahui besarnya gaya aksi dan reaksi dengan menggunakan neraca pegas Alat dan bahan
Neraca pegas 2 buah Statif dan klem 1 set Langkah kerja
1. Pasang statif dan klem pada meja kemudian gantungkan kedua pegas secara seri seperti tampak pada gambar!
2. Tarik neraca pegas kedua dan perhatikan besar skala yang ditunjukkan oleh kedua neraca!
3. Ulangi langkah 1–2 sebanyak 4 kali dengan besar gaya yang berbeda-beda! Catat besar gaya yang terbaca pada neraca pegas ke dalam tabel berikut!
Pertanyaan
LKS Masa Dan Berat. Tujuan
Mengetahui perbedaan antara massa dengan berat suatu benda
Alat dan bahan
Timbangan 1 buah Neraca pegas 1 buah Bandul 3 buah
Langkah kerja
1. Ukurlah massa bandul I dengan menggunakan timbangan! Catat hasilnya!
2. Ukurlah berat bandul I dengan menggunakan neraca pegas! Catat hasilnya!
3. Lakukan langkah 1–2 untuk bandul II dan bandul III!
4. Bawalah semua alat dan bahan ke tempat yang lebih tinggi dari tempat semula, misalnya di lantai II gedung sekolahmu!
5. Lakukan langkah 1–3 di tempat tersebut! 6. Catat hasil pengukuranmu pada tabel berikut!
Pertanyaan
1. Bandingkan hasil pengukuran di kedua tempat! 2. Apa yang dapat kamu simpulkan dari percobaan ini?
Usaha dan Energi di Sekitar Kita
Ayo kita belajar tentang Usaha dan Energi semoga kita banyak mendapatkan ilmu denganbelajar Usaha dan energi ini dan dapat kita gunakan dalam kehiduapn sehari-hari kita.
Motivasi
Pernahkah kalian bermain tarik tambang di atas, tentunya pernah, apakah kalian sudah melakukan usaha ketika kalian tetap tidak bergerak padahal kalian sudah melakukan usaha untuk m enarik tarik tambang? Apakah kalian mengeluarkan energi untuk menarik tarik tambang tersebut? nah untuk mengetahui jawaban di atas mari kita pelajari bersama tentang usaha dan energi.
A. Usaha
Sebuah benda dikatakan melakukan usaha jika ada gaya yang dilakukan pada benda tersebut atau benda tersebut memberikan gaya yang menyebabkan benda tersebut berubah posisinya.Berikut ini gambar untuk menjelaskan usaha yang dilakukan terhadap benda yang arahnya horisontal.
Usaha (W) dapat dituliskan dalam bentuk matematis, yaitu hasil kali antara gaya (F) dan perpindahan (s).
W = F x s W = Usaha, satuannya joule ( J ) F = Gaya, satuannya newton ( N )
s = jarak / perpindahan, satuannya meter
namun jika benda tidak berpindah dari posisinya maka dapat di katakan usahanya nol karena tidak mengalami pertpindahan seperti animasi di abawah ini.
Usaha nol karena tidak mengalami perindahan Contoh
Seseorang mendorong meja dengan gaya 100 N. Meja tersebut bergeser sejauh 2 m. Hitunglah usaha yang dilakukan orang tersebut!
Jawab: F = 100 N s = 2 m W = .... ? W = F × s = 100 N × 2 m = 200 Nm = 200 Joule
Sekarang, bagaimanakah besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah vertikal?
Memindahkan benda secara vertikal memerlukan gaya minimal untuk mengatasi gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan berat suatu benda. Secara matematis gaya tersebut dapat
ditulis sebagai berikut : F = m . g
Karena perpindahan benda ke arah vertikal sama dengan ketinggian benda (h), diperoleh usaha yang dilakukan terhadap benda tersebut sebagai berikut. W = F s
W = m g h
dengan: W = usaha (J) m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (N/kg) h = perpindahan atau ketinggian (m)
Contoh Soal :
Sebuah benda yang massanya 5 kg diangkat vertikal sampai ketinggian 2 m. Apabila percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s2, hitunglah besarnya usaha
untuk memindahkan benda tersebut. Penyelesaian:
Diketahui: m = 5 kg
h = 2 m g = 10 m/s2 Ditanyakan : W= ... ? Jawab: W = m.g.h W = (5 kg)(10 m/s2)(2 m) W = 100 J
Jadi, besarnya usaha untuk memindahkan benda ke atas setinggi 2 m adalah 100 joule.
B. Energi
Energi adalah kemampuan benda untuk melakukan kerja (usaha).
Satuan energi dalam Sistem Internasional (SI) adalah joule (J). Satuan energi dalam sistem yang lain adalah kalori, erg, dan kWh (kilo watt hours). Kesetaraan joule dengan kalor adalah sebagai berikut.
1 kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori 1 joule = 1 watt sekon 1. Bentuk-bentuk energi
Kalian sudah belajar jenis-jenis energi di sekolah dasarnah beberapa bentuk energi antara lain:
Energi nuklir berasal dari reaksi pembelahan atom (reaksi fisi) atau penggabungan atom (reaksi fusi)
1. Energi kimia adalah energi yang terkandung dalam zat, misalnya makanan, bahan bakar atau aki
2. Energi bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, misal gitar yang dipetik atau bellistrik
3. Energi listrik, berasal dari arus listrik
4. Energi cahaya energi yang bersumber dari cahaya misal yang dipancarkan
dari matahari atau lampu pijar
5. Energi mekanik dimiliki benda karena sifat geraknya, misal air terjun
3.Perubahan Bentuk- energi
Dalam pemanfaatan energi. Energi bisa berubah dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi yang lain.Contoh perubahan bentuk energi antara lain:
1. Pada setrika terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor
Foto orang menyetrika
3. pada dinamoter terjadi perubahan energi gerak menjadi energil istrik
4. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya (kedudukan) terhadap suatu acuan. Sebagai contoh sebuah batu yang kita angkat pada ketinggian tertentu memiliki energipotensial, jika batu kita lepas maka batu akan melakukan kerja yaitu bergerak kebawah atau jatuh. Sehingga energi potensialnya berkurang
Rumusan Energi potensial
Energi potensial bumi tergantung pada massa benda, gravitasi bumi dan ketinggian benda. Sehingga dapat dirumuskan:
Ep= m . g . h Ep= Energi potensial satuuanya joule ( J) m = massa bendasatuannyakilogram ( kg ) h= ketinggian satuannya meter (m)
G = percepatan gravitasis atuanya (m/s 2
Selain energi potensial gravitasi terdapat juga energi potensial elastis. Energi ini yang memiliki sifat elastis, misalnya karet, busur panah dan pegas.
5. Energi kinetik
(sumber dari buku BSE kelas VIII)
Percakapan diatas menunjukkan bahwa motor melaju lebih cepat dari pada truk. Hal ini disebabkan massa motor lebih kecil dibandingkan massa truk. Akibatnya, untuk dapat melaju lebih cepat truk tersebut membutuhkan energi yang lebih besar. Jadi, semakin besar massa suatu benda maka energikinetiknya akan
semakin besar. Semakin cepat benda itu bergerak, energi kinetiknya juga semakin besar.
Rumusan Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Makin besar kecepatan benda bergerak makin besar energi yang bergerak makin besar pula energi kinetik yang dimilikinya. Jadi Enerji kinetik dipengaruhi oleh kecepatan dan masanya
Secara matematis dapat dirumuskan
Ek = ½ m x v 2 Ep= Energi kinetik satuuanya joule ( J)
m = massa benda satuannya kilogram ( kg ) v= kecepatan satuannya meter (m/s) 6. Energi Mekanik
gambar energi mekanik
Energi mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena sifat geraknya. Energi mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik.
7. Daya
Daya merupakan besaran fisika yang mempunyai satuan J/s atau watt. Secara matematis daya dapat dituliskan sebagai berikut.
P = W/t Keterangan:
P: daya (J/s atau watt) t : waktu (s)
Semakin besar daya yang dimiliki oleh suatu benda, semakin besar pula
kemampuan benda tersebut untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.
A.Usaha dalam Fisika
Dalam kehidupan sehari-hari, pengertian usaha identik dengan kemampuan untuk meraih sesuatu. Misalnya, usaha untuk bisa naik kelas atau usaha untuk
mendapatkan nilai yang besar. Namun, apakah pengertian usaha menurut ilmu Fisika? Untuk mengetahuinya lakukanlah kegiatan berikut.
Tujuan
Mengidentifikasi pengertian usaha Alat dan bahan
Sebuah buku dan meja tulis Cara kerja
1. Ambillah sebuah buku temanmu, lalu letakkan di atas mejamu. 2. Doronglah meja tulismu sampai berpindah tempat.
3. Doronglah dinding kelasmu sekuat tenaga. Pertanyaan
1. Besaran apakah yang memengaruhi besaran usaha?
2. Bagaimanakah besaran-besaran itu memengaruhi usaha menurut perkiraanmu?
B.Kegiatan : Perubahan Bentuk-Bentuk Energi
Tujuan
Memahami perubahan bentuk energi Alat dan bahan
Sebuah lampu 3 volt DC, sakelar, baterai, dan kabel secukupnya Cara kerja
1. Siapkan alat dan bahan.
2. Rangkaikan alat dan bahan menjadi rangkaian, seperti pada Gambar di bawah.
3. Sambungkan sakelar. Apakah yang terjadi pada lampu? 4. Peganglah lampu. Apakah yang kamu rasakan?
Pertanyaan
1. Perubahan energi apa sajakah yang terjadi pada peristiwa tersebut? 2. Berilah kesimpulanmu dari kegiatan ini.
Untuk lebih memahami perubahan bentuk energi, lakukanlah kegiatan sederhana pada berikut. Kemudian, diskusikan dengan teman-teman.
Tugas Perubahan Bentuk-Bentuk Energi
1. Gosok-gosokkan kedua telapak tanganmu beberapa saat. Apakah yang kamu rasakan?
2. Perubahan bentuk energi apakah yang terjadi pada peristiwa tersebut? 3. Jatuhkan sebuah kaleng dari ketinggian tertentu. Apakah yang terjadi? 4. Perubahan energi apa sajakah yang terjadi pada peristiwa tersebut? Uji kompetensi
Soal No. 1
Perhatikan gambar berikut, sebuah kotak ditarik dengan gaya F sebesar 12 Newton. Jika kotak berpindah 4 meter ke kanan, tentukan usaha yang dilakukan gaya pada kotak tersebut!
Pembahasan
Usaha = gaya x perpindahan W = F x S
W = 12 x 4 W = 48 joule Soal No. 2
Sebuah balok berada pada lantai licin dan ditarik oleh gaya F = 40 Newton. Jika usaha yang dilakukan oleh gaya kepada balok adalah 680 joule, hitunglah besar perpindahan balok!
Pembahasan
Usaha = gaya x perpindahan W = F x S
680 = 40 x S S = 680 / 40 S = 17 meter Soal No. 3
Usaha yang diperlukan untuk memindahkan sebuah benda dalam lintasan mendatar sejauh 13 meter sebesar 15,6 joule. Tentukan besar gaya yang harus diberikan pada benda!
Pembahasan
Usaha = gaya x perpindahan W = F x S
15,6 = F x 13 F = 15,6 / 13 F = 1,2 Newton Soal No. 4
Dua buah gaya masing-masing F1 = 10 N dan F2 = 5 N bekerja pada sebuah benda
yang terletak pada suatu permukaan lantai. Jika benda berpindah ke kanan sejauh 5 meter, tentukan usaha yang dilakukan pada benda oleh kedua gaya tersebut!
Pembahasan W = (F1 + F2) x S W = (10 + 5) x 5 W = 15 x 5 W = 75 joule Soal No. 5
Dua buah gaya masing-masing F1 = 15 N dan F2 = 7 N bekerja pada sebuah benda
yang terletak pada suatu permukaan lantai. Jika benda berpindah ke kanan sejauh 6 meter, tentukan usaha yang dilakukan pada benda oleh kedua gaya tersebut!
Pembahasan W = (F1 − F2) x S W = (15 − 7) x 6 W = 8 x 6 W = 48 joule Soal No. 6
Usaha total yang dilakukan oleh dua buah gaya F1 dan F2 pada sebuah benda
adalah 120 joule. Perhatikan gambar berikut
Jika perpindahan benda adalah 5 meter, tentukan besarnya gaya F2! Pembahasan W = (F1 − F2) x S 120 = (36 − F2) x 5 120 / 5 = 36 − F2 24 = 36 − F2 F2 = 36 − 24 F2 = 12 Newton
Soal No. 7
Seorang anak memindahkan sebuah buku yang jatuh dilantai ke atas meja. Massa buku adalah 300 gram dan tinggi meja dari lantai adalah 80 cm.
Jika percepatan gavitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan usaha yang diperlukan! Pembahasan
Usaha bisa juga ditemukan dari perubahan energi potensial buku. Energi potensial buku saat dilantai adalah nol, sementara energi potensial saat di meja adalah Ep = m x g x h, dimana h adalah tinggi meja. Ubah satuan ke MKS (meter, kilogram, sekon), dengan demikian
W = Δ Ep W = m x g x h
W = 0,300 x 10 x 0,80 W = 2,4 joule
Soal No. 8
Seorang siswa yang beratnya 450 Newton menaiki tangga yang memiliki
ketinggian 3 m. Siswa tersebut memerlukan waktu 6 detik untuk sampai ke atas. Tentukan daya yang dikeluarkan siswa untuk kegiatan tersebut!
Pembahasan
Hubungan Daya (P) dan Usaha (W) serta waktu (t) : P = W / t
dimana
W = Usaha (joule) , jangan keliru sebagai berat karena lambang berat w juga! W = (gaya berat siswa) x (perpindahan siswa) = 450 x 3 = 1350 joule
Dengan demikian : P = W/t
P = 1350 / 6 P = 225 watt Soal No. 9
Dalam 2 menit sebuah lampu menggunakan energi listrik sebanyak 3000 joule. Tentukan daya lampu tersebut!
Pembahasan
P = W/t
P = 3000 / 120 P = 25 watt Soal No. 10
Perhatikan gambar!
Seorang anak membawa kotak yang beratnya 50 Newton dari titik A menuju B, kemudian kembal lagi ke A. Menurut fisika, berapakah usaha yang dilakukan anak?
Pembahasan
Kotak akhirnya tidak berpindah tempat, sehingga perpindahannya adalah nol W = gaya x perpindahan = 0
Soal No. 11
Sebuah peti didorong dengan kekuatan 400 newton dan berpindah sejauh 4 meter. Berapakah usaha yang dilakukan pada peti tersebut?
A. 100 J B. 396 J C. 404 J D. 1600 J
(Dari Soal Ebtanas 1995)
Pembahasan W = F x s W = 400 x 4 W = 1600 joule Soal No. 12
Perhatikan gambar berikut!
A. 70 joule B. 90 joule C. 190 joule D. 7000 joule (Soal Ebtanas 1999) Pembahasan W = 50 X 1,4 = 70 joule
