MATERI USAHA

Untuk SMP

Kelas VIII

BAHAN AJAR

USAHA &

DAYA

ENERGI

^TRANSFER

LAJU USAHA YANG

USAHA

^DILAKUKAN

DAYA

DIPENGARUHI OLEH

PERPINDAHAN GAYA

MELIPUTI

ENERGI KINETIK

ENERGI POTENSIAL

PETA KONSEP

ii

1 TUJUAN PEMBELAJARAN

TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Melalui kegiatan studi literatur, peserta didik mampu menjabarkan konsep usaha difisika 2. Melalui kegiatan studi literatur, peserta didik mampu menjelaskan konsep daya

3. Melalui kegiatan diskusi kelompok, peserta didik mampu menentukan usaha yang bernilai nol, positif dan negatif

4. Melalui kegiatan praktikum, peserta didik mampu menganalisis pengaruh gaya dan perpindahan terhadap usaha

5. Melalui kegiatan praktikum, peserta didik mampu menyimpulkan hubungan antara usaha dan daya.

6. Melalui kegiatan literasi, peserta didik mampu menganalisis penerapan usaha di fisika dalam kehidupan sehari-hari

USAHA

Pernakah kamu berusaha mendorong tembok ? Apakah tembok tersebut bergerak ? Meskipun kamu merasa lelah dan berkeringat namun saat kamu mendorong tembok tersebut , dikatakan bahwa kamu tidak melakukan usaha sama sekali atau usahanya bernilai nol. Mengapa demikian ?

Gambar 1. Seseorang mendorong tembok

Menurut fisika , saat terjadi usaha berarti ada gaya yang bekerja. Gaya menimbulkan perubahan kedudukan benda . Doronglah dinding kelasmu kuat – kuat .Apa yang terjadi ? Dinding kelasmu tetap diam. Menurut fisika, jika dinding tidak berpindah tempat , maka kamu dikatakan tidak melakukan usaha , meskipun telah banyak mengeluarkan tenaga.

Sekarang doronglah mejamu. Apa yang terjadi ? Ternyata meja berpindah tempat. Menurut fisika, jika meja berpindah tempat , maka kamu dikatakan melakukan usaha. Hal ini dikarenakan gaya yang kamu keluarkan menyebabkan meja mengalami perpindahan , meskipun tenaga yang kamu keluarkan lebih kecil bila dibandingkan saat kamu mendorong dinding. Setelah memahami contoh di atas , dapatkah kamu memberikan pengertian usaha dalam fisika ?

Link dan tautan buku pelajaran

Jadi, usaha terjadi apabila gaya yang bekerja pada sebuah benda mengakibatkan benda berpindah tempat. Apabila benda dikenai gaya tidak berpindah , maka dikatakan tidak terjadi usaha atau besarnya usaha sama dengan nol. Usaha bernilai negatif jika arah gaya yang bekerja pada benda berlawanan dengan arah geraknya sedangkan usaha bernilai positif jika arah gaya yang bekerja pada benda searah dengan arah geraknya.

Hubungan antara gaya dan usaha adalah berbanding lurus. Selain itu , hubungan antara usaha dan perpindahan benda juga menunjukkan hubungan yang berbanding lurus.

Semakin besar gaya yang digunakan untuk memindahkan benda , semakin besar pula usaha yang dilakukan. Berdasarkan pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa besarnya usaha ( W) ditentukan oleh besar gaya yang diberikan pada benda ( F) dan besar perpindahannya (∆�). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

� = 𝐹. ∆�

dengan :

W = Usaha ( J ) Joule F = Gaya ( N ) Newton

∆� = perpindahan (m) meter

4 Contoh Soal

Gaya dan perpindahan adalah besaran vektor. Sesuai dengan aturan yang berlaku, apabila perkalian dot antar vektor maka akan dihasilkan besaran skalar. Maka dari itu, usaha adalah besaran skalar.

Lani mendorong rak dengan gaya sebesar 100 N sehingga rak tersebut berpindah sejauh 10 m, sedangkan Siti mendorong rak lainnya yang sama massa dan ukurannya dengan gaya sebesar 400 N sehingga rak tersebut berpindah sejauh 40 m. Berapakah besar usaha yang dilakukan oleh Lani dan Siti ?

Diketahui :

𝐹𝐿𝑎𝑛� = 100 N ∆�𝐿𝑎𝑛� = 10 m 𝐹��𝑡� = 400 N ∆���𝑡� = 40 m

Ditanya : �𝐿𝑎𝑛� dan ���𝑡� = ….?

Penyelesaian :

� = 𝐹. ∆�

�𝐿𝑎𝑛� = 100 x 10

= 1.000 J

Jadi besar usaha yang ddilakukan oleh gaya dorong Lani adalah 1.000 J

� = 𝐹. ∆�

���𝑡� = 400 x 40

= 16.000 J

Jadi besar usaha yang dilakukan oleh gaya dorong Siti adalah 16.000 J

5 Berdasarka arah gaya dalam fisika dan besaran sudut yang dibentuk oleh gaya pada suatu benda beserta perpindahannya, usaha dibedakan menjadi:

a. Usaha yang bernilai nol

Usaha nol adalah usaha yang memiliki nilai sama dengan nol. Usaha ini dilakukan oleh gaya yang arahnya tegak lurus dengan perpindahan benda. Usaha nol bekerja dengan membentuk sudut 90 derajat terhadap perpindahan bendanya. Usaha yang bernilai nol ditandai dengan gaya yang tidak melakukan usaha apapun, meskipun hasilnya benda tetap mengalami perpindahan. Artinya benda yang berpindah disebabkan oleh gaya lainnya yang juga bekerja pada benda tersebut.

b. Usaha Positif

Usaha positif adalah jenis usaha yang nilainya positif. Usaha ini merupakan hasil dari gaya yang bekerja dengan arah sesuai perpindahan benda. Gaya yang bekerja akan membentuk sudut nol derajat atau sejajar dengan arah dar perpindahan benda.

Contoh Usaha Positif

Misalnya usaha positif terjadi pada sebuah gaya yang bekerja pada benda dan menyebabkan perpindahan sejauh beberapa meter. Gaya ini melakukan usaha yang bernilai positif dengan besarnya yaitu sesuai dengan rumus;

W = F . s.

Jenis usaha positif mudah untuk dikenali, yaitu dengan memerhatikan arah gaya searah atau tidak dengan perpindahan benda. Jika arah perpindahan dan arah gaya keduanya sama atau searah, maka usaha yang dilakukan bernilai positif dan disebut dengan usaha positif. Contoh yang sederhana untuk usaha positif terjadi ketika seorang anak mendorong sebuah meja ke arah kanan. Lalu meja tersebut bergeser sejauh beberapa meter (s) ke arah kanan. Maka gaya yang dilakukan anak tersebut menghasilkan usaha positif. Selain itu, usaha positif lainnya terjadi pada kendaraan yang biasa digunakan pada kehidupan sehari-hari. Usaha positif yang dilakukan oleh mesin kendaraan akan menggerakkan kendaraan hingga mengalami perpindahan dari titik satu ke titik lainnya. Baik arah gaya dan arah perpindahan pada peristiwa ini searah, sehingga usahanya adalah positif.

c. Usaha Negatif

Usaha negatif merupakan kebalikan dari usaha yang bernilai positif. Usaha negatif dilakukan oleh gaya yang memiliki arah berlawanan dengan arah perpindahan dari benda. Usaha negatif dapat disebut juga dengan gaya yang bekerja membentuk sudur

6 180 derajat terhadap perpindahan benda. Usaha negatif ditandai dengan gaya yang bekerja pada sebuah benda adalah ke kiri, akan tetapi benda berpindah ke arah sebaliknya yaitu ke kanan. Pada peristiwa ini, usaha yang dilakukan gaya adalah negatif, karena antara arah gaya dengan arah perpindahan tidaklah sama. Persamaan dari usaha negatif yaitu W = -F . s, gaya bernilai negatif.

Contoh Usaha Negatif

Yaitu ketika seorang anak mengangkat benda dengan arah vertikal ke atas, gaya ini bernilai positif tepatnya gaya pada tangan anak tersebut. Sebaliknya, usaha negatif terjadi pada gaya berat atau gravitasi yang bernilai negatif, karena gara berat arahnya ke bawah sedangkan benda berpindah ke atas.

Hal yang serupa berkaitan dengan usaha negatif terjadi pada gaya gesek. Gaya gesek selalu terjadi ketika benda bergerak ke arah yang berlawanan dengan arah pindahnya benda. Sehingga pada gaya gesek akan dihasilkan nilai usaha negatif. Gaya gesek yang menyebabkan usaha negatif terjadi ketika pengendara melakukan pengereman pada kendaraan. Ketika mengerem, maka kendaraan akan perlahan berhenti.

Mesin rem bertugas untuk menghambat laju mobil lebih kencang dengan cara bekerja menggunakan arah berlawanan, yaitu antara gaya gesek dengan perpindahan kendaraan.

Sehingga kendaraan yang direm dapat berhenti dan bernilai usaha negative.

DAYA

Laju energi atau daya (P) adalah besar energi yang dipergunakan dalam setiap detik sehingga dapat ditentukan dengan cara membagi besar usaha (�) dengan selang waktunya (𝑡) atau secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

dengan :

� = Daya (Watt)

� = Usaha (J) Joule 𝑡 = waktu ( s) sekon

�

� = 𝑡

7 Lani memindahkan rak dengan dengan usaha sebesar 1.000 J dalam waktu 10 sekon sedangkan Siti memindahkan rak tersebut dengan waktu sebesar 16.000 J dalam waktu 40 sekon. Berapakah daya yang dikeluarkan Lani dan Siti untuk

Diketahui :

�𝐿𝑎𝑛� = 1.000 J 𝑡𝐿𝑎𝑛� = 10 s

���𝑡�= 16.000 J 𝑡��𝑡� = 40 s Ditanya : �𝐿𝑎𝑛� dan ���𝑡� = ….?

Penyelesaian :

�

� = 𝑡

�_{𝐿𝑎𝑛�} = 1.000 10

�𝐿𝑎𝑛� = 100 Watt

Jadi besar daya yang dikeluarkan Lani adalah sebesar 100 Watt

�

� = 𝑡

�_{𝐿𝑎𝑛�} = 16.000 40

�𝐿𝑎𝑛� = 400 Watt

Jadi besar daya yang dikeluarkan Siti adalah sebesar 400 Watt

8 Beny mendorong kereta belanja dengan gaya sebesar 250 N sehingga kereta belanjanya maju ke depan sejauh 50 m. Waktu yang diperlukan oleh Beny untuk mendorong kereta belanja tersebut adalah 50 sekon. Tentukan :

a. besar usaha yang dilakukan oleh Beny untuk mendorong kereta belanja b. daya yang dilakukan beny untuk mendorong kereta belanja

Rangkuman

1. Usaha adalah besarnya energi yang digunakan gaya untuk memindahkan suatu benda

2. Besarnya usaha (�) ditentukan oleh gaya yang diberikan pada benda (𝐹) dan besar perpindahannya (∆�)

3. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja). Satuan energi dalam SI adalah Joule (J) . Satuan energi lain yang dapat dipakai adalah kalori (kal) dan electron volt (eV).

4. Energi kinetik (gerak) adalah energi yang ditimbulkan karena gerak suatu benda. Besarnya usaha sama dengan perubahan energi kinetik benda.

5. Energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda karena kedudukannya. Besarnya usaha sama dengan perubahan energi potensial benda.

6. Energi mekanik adalah adalah energi yang dimiliki benda karena gerak dan kedudukannya .

7. Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan , tetapi dapat diubah dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi yang lain. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Kekekalan Energi .

8. Laju energi atau daya (P) adalah besar energi yang dipergunakan dalam setiap detik

Uji Kompetensi Usaha

1. Usaha akan terjadi apabila terdapat….

A. gaya yang bekerja pada benda sehingga mengubah bentuk benda B. gaya yang bekerja pada benda sehingga benda berpindah

C. daya yang bekerja pada benda sehingga bendah berubah D. daya yang bekerja pada benda sehingga benda diam 2. Perhatikan pernyataan berikut ini.

1) Edo mendorong meja dengan gaya sebesar 30 N sehingga meja berpindah sejauh 2 m.

2) Seekor kuda menarik delman dengan gaya sebesar 4.000 N sehingga delman berpindah sejauh 15 m.

3) Sebuah mobil menghantam sebuah pohon dengan gaya 2.000 N sehingga pohon tumbang di tempat.

Pernyataan di atas yang merupakan contoh usaha dalam IPA adalah….

A. (1) dan (2) B. (2) dan (3) C. (3) dan (1) D. (1), (2) dan (3)

3. Dayu menarik sebuah gerobak berisi pasir dengan gaya sebesar 500 N sehingga gerobak tersebut berpindah sejauh 10 m. Berdasarkan pernyataan tersebut , besar usaha yang dilakukan Dayu adalah….J

A. 5 B. 50 C. 500 D. 5.000

4. Perhatikan gambar berikut.

Jika balok A dikenai gaya sebesar 15 N dan jarak yang ditempuh balok sepanjang 100 cm, maka usahanya sebesar….

A. 1,5 J B. 15 J C. 150 J D. 1.500 J

5. Jarak yang ditempuh oleh mobil saat melaju dengan usaha sebesar 15.1 J dan gaya sebesar 500 N adalah….m

A. 3 B. 30 C. 25 D. 250

6. Peristiwa berikut ini yang menunjukkan besarnya usaha sama dengan nol, kecuali….

A. menghentikan ayunan B. memikul beban di pundak C. sepeda bergerak di jalan D. naik kereta api

7. Energi kinetik adalah energi yang terdapat pada….

A. benda yang diam B. benda yang bergerak C. setiap benda cair D. benda yang besar

8. Batu bermassa 1 kg dilemparkan ke atas dengan kecepatan 10 m/s.

Energi kinetik batu tersebut adalah….

A. 5 J B. 10 J C. 50 J D. 100 J

9. Terdapat pernyataan sebagai berikut . 1) Kecepatan melakukan usaha 2) Kecepatan menggunakan energi 3) Usaha per satuan waktu

4) Usaha yang diperlukan setiap waktu

Pernyataan di atas yang benar tentang daya adalah….

A. (1) dan (2) B. (2) dan (3) C. (1) dan (2) D. (3) dan (4)

10. Besar daya yang dilakukan oleh seekor sapi yang menarik gerobak dengan gaya 7.000 N sehingga gerobak tersebut dapat berpindah sejauh 10 m dalam waktu 35 detik adalah….Watt

A. 2.000 B. 5.000 C. 12.500 D. 24.5

1 9