Usaha dan Energi SMP

USAHA & ENERGI

Drs. Agus Purnomoaguspurnomosite.blogspot.com

Mengapa mobil jeep ini mampu menarik sebuah beban yang sangat berat ???

karena adanya usaha.

Apa yang dimaksud dengan usaha ?

DEFINISIUsaha adalah hasil kali antara gaya konstan F denganperpindahan s.

Keterangan :

F = gaya (N)

s = perpindahan yang dilakukan (m)

Satuan SI dari kerja: newton.meter = joule (J)

SFW .

SATUAN DARI USAHA

USAHA POSITIF

Jika arah gaya searah dengan arah perpindahan

maka dikatakan bahwa usahanya positif.

USAHA NEGATIFJika arah gaya terhadap arah perpindahan membentuk sudut 180 atau berlawanan arah.

Contoh arah gaya gesek berlawanan arah dengan arah perpindahan.

TEOREMA USAHA -ENERGIDAN ENERGI KINETIK

Kebanyakan orang mengharapkanhasil ketika ia melakukan kerja.

Tetapi dalam Fisika, hasil diperolehketika resultan gaya melakukankerja pada suatu benda.

Hasil tersebut merupakanperubahan energi kinetik dari bendatersebut.

ENERGI KINETIK

DefinisiEnergi kinetik dari suatu benda dengan massa mdan laju v, diberikan oleh:

Satuan SI dari Energi Kinetik adalah:

joule (J)

2

2

1mvEK

TEOREMA USAHA-ENERGI

Ketika resultan gaya melakukan kerja W pada suatu benda, energi kinetik daribenda tersebut berubah dari keadaanawal EK0 ke keadaan akhir KEf, Perbedaan antara kedua nilai ini samadengan kerja yang dilakukan:

2

0

2

02

1

2

1mvmvEKEKW ff

USAHA OLEH ENERGI KINETIK

USAHA = PERUBAHAN

ENERGIUsaha yang dilakukan oleh gaya konstan F

sama dengan perubahan energi kinetik(∆EK)

yang dialami benda itu.

W = F ∆x = ∆EK = EK2 – EK1

)(2

1 2

1

2

2 vvmxFW

USAHA OLEH ENERGI KINETIK

ENERGI POTENSIAL GRAVITASI

DefinisiEnergi Potensial Gravitasi (EP) adalah energiyang dipunyai oleh benda dengan massa m yang bergantung pada posisi relatif terhadappermukaan bumi. Posisi benda tersebut diukurpada ketinggian h yang relatif terhadap suatutitik acuan:

mghEP

ENERGI MEKANIK TOTAL

Konsep dari kerja dan teorema kerja-energitelah memberikan kesimpulan bahwa suatubenda dapat mempunyai dua jenis energi: energi kinetik dan energi potensial gravitasi.

Jumlahan dari kedua jenis energi ini dikenaldengan energi mekanik total E, sehingga:

E = EK + EP Teorema kerja-energi dapat dituliskan dalam

bentuk energi mekanik total:

Wnc = Ef – E0

ENERGI MEKANIK TOTAL

Jika tidak ada kerja yang dilakukan olehgaya non-konservatif, atau Wnc = 0, maka

Ef = E0

(½mvf2 + mghf) = (½mv0

2 + mgh0)

Atau energi mekanik total bernilai konstansepanjang lintasan antara titik awal danakhir, atau tidak ada perubahan dari nilaiawalnya E0.

KEKEKALAN ENERGI MEKANIK

DAYA

DefinisiDaya rata-rata adalah rata-rata perubahan dari kerja W yang dilakukan dan diperoleh dengan membagi W dengan waktu yang diperlukan untuk melakukan kerja tersebut.

Satuan SI untuk Daya adalah joule/detik =

watt (W)

P

t

WP

Daya adalah kemampuan untuk melakukan

usaha tiap satu satuan waktu.

VF .t

W P

P = daya (watt)

W = usaha (joule)

T = waktu (s)

Satuan usaha :

1 watt = 1 joule/s

1 kW = 1000 watt

1 kWh = 3,6 x 106 joule

1 HP = 746 watt

DAYA

TABEL SATUAN DARI DAYA

BENTUK LAIN DARI DAYA Daya dapat pula didefinisikan sebagai perubahan dari

energi dibagi dengan waktu.

Karena kerja, energi dan waktu merupakan besaran skalar, maka daya juga merupakan besaran skalar.

Karena W = Fs maka daya rata-rata juga dapat dituliskan sebagai berikut:

waktu

energi perubahan P

vFP

PESAWAT SEDERHANA

PESAWAT SEDERHANA

Pesawat Sederhana adalah alat yang digunakan

untuk memudahkan melakukan usaha, tetapi

tidak ikut memperbesar nilai usaha.

Mis : gunting, pacul, catut, katrol, bidang miring,

dsb.

Ada 3 macam pesawat sederhana yang kita

pelajari :

1. Tuas atau Pengungkit

2. Katrol

3. Bidang Miring

TUAS/PENGUNGKIT

PESAWAT SEDERHANA

Karena tuas bekerja berdasarkan prinsip

kesetimbangan, maka berlaku :

WB . LB = F . LK

mb . LB = mK . LK

PESAWAT SEDERHANA

Keterangan :

WB = berat beban (N)

F = gaya kuasa (N)

mb = massa beban (kg)

mK = massa kuasa (kg)

L = panjang tuas (m)

O = titik tumpuh

LB = lengan beban (m)

LK = lengan kuasa (m)

E = keuntungan mekanik

KATROL

KATROL

Macam penggunaan katrol :1. Katrol Tunggal Tetap

Tidak mempunyai keuntungan mekanik, hanya mempunyai

keuntungan arah sasa.

2. Katrol Tunggal Bergerak

Mempunyai keuntungan mekanik 2, sehingga gaya yang

diperlukan hanya setengahnya saja.

3. Katrom Majemuk

Terdiri dari dua atau lebih katrol, dengan keuntungan mekanik

sebagai berikut :

e = n -1n = jumlah tali sejajar yang dapat ditarik dari sistem katrol

majemuk

BIDANG MIRING

BIDANG MIRING

BIDANG MIRING

Keterangan :

h = tinggi bidang miring (m)

S = panjang bidang miring (m)

W = berat beban (N)

F = gaya kuasa yang diperlukan (N)

m = massa beban (kg)

e = keuntungan mekanik

g = percepatan gravitasi bumi ( g= 10 m/s2 )

LATIHAN SOAL

1. Seorang anak mendorong meja dengan gaya 50

Newton, sehingga meja bergeser sejauh 4 meter. Berapa

besar usaha yang telah dilakukan oleh anak tersebut?

2. Untuk memindahkan sebuah benda sejauh 15

cm, ternyata memerlukan usaha 750 Erg. Tentukan besar

gaya yang diperlukan untuk keperluan tersebut!

3. Dua orang anak mendorong meja. Anak pertama

mendorong ke arah timur dengan gaya 100 N, sedangkan

anak kedua mendorong ke arah barat dengan gaya 60 N.

Bila meja berpindah sejauh 8 meter, berapakah besar

usaha yang dialami oleh meja itu?

LATIHAN SOAL

4. Sebuah benda dipengaruhi oleh dua gaya, F1 = 20

N ke kanan dan F2 = 5 N ke kiri. Ternyata benda

berpindah sejauh 4 meter ke kanan. Tentukan :

Usaha oleh masing-masing gaya

Usaha total yang dialami oleh benda

5. Sebuah pesawat mampu melakukan usaha 18 kJ

dalam waktu 5 menit. Tentukan daya pesawat

tersebut!

6. Berapa energi yang dihasilkan oleh suatu mesin

yang berdaya 250 Watt selama 2 jam?

LATIHAN SOAL

7.

Gaya

(N)

Perpindaha

n

(m)

Usaha

(J)

Waktu

(s)

Daya

(Watt)

3 1 2

40 2 100

6 720 50

10 400 500

LATIHAN SOAL

8. Spiderman memiliki massa 66 kg mampu memanjat dinding

yang tingginya 40 meter dalam waktu 3 sekon. (g = 10 m/s2).

Berapakah daya spiderman tersebut?

9. Berapa energi yang diserap oleh sebuah mesin AC yang berdaya

2 PK selama 5 jam?

10. Sebuah mesin perahu motor memiliki daya 4 kW dan gaya

dorong 450 N bergerak dengan kelajuan tetap. Berapakah jarak

yang ditempuh perahu motor tersebut selama 16 sekon?

11. Mesin sepeda sebuah motor memilki gaya dorong 400 N dan

bergerak dengan kelajuan 72 km/jam. Berapakah daya mesin

sepeda motor itu?

LATIHAN SOAL

12. Sebuah benda yang massanya 4 kg bergerak dengan

kecepatan 10 m/s. Berapakah besar energi kinetik benda

tersebut?

13. Seekor siput bermassa 20 gram merambat dengan

kelajuan tetap 5 cm/s. Berapa energi kinetik siput itu?

(nyatakan dalam Erg dan mJ)

14. Sebuah benda yang bergerak dengan kelajuan tetap 36

km/jam mempunyai energi kinetik sebesar 2,5 kJ.

Tentukan besar massa benda tersebut!

LATIHAN SOAL

15. Berapakah besar kecepatan yang harus dimiliki oleh

suatu benda bermassa 20 gram, agar energi kinetiknya

16.000 Erg?

16. Sebuah mobil yang massanya 1,8 ton melaju di jalan

raya dengan kecepatan rata-rata 108 km/jam. Berapakah

energi kinetik mobil tersebut?

17. Sebuah sepeda melaju di jalan raya dengan energi

kinetik 750 Joule. Jika massa sepeda berikut

pengendaranya 60 kg, tentukan kelajuan sepeda tersebut!

LATIHAN SOAL

18. Suatu benga yang massanya 2,5 kg berada pada

ketinggian 20 meter. Tentukan besar energi potensialnya!

19. Energi potensial gravitasi sebuah benda yang terletak

pada ketinggian 15 meter di atas tanah sebesar 1.050

Joule. Berapakah massa benda tersebut?

20. Ubay bermassa 30 kg memanjat pohon yang

tingginya 10 meter, sedangkan Udin yang bermassa 15 kg

berada digedung yang tingginya 8 meter. Berapakah

perbandingan energi potensial Ubay dengan Udin?

LATIHAN SOAL

21. Energi potensial gravitasi benda yang

bermassa 25 gram sebesar 25.000 Erg. Tentukan

ketinggian benda tersebut dari permukaan tanah!

22. Sebuah kelereng yang massanya 50 gram

dilempar vertikal ke atas dengan energi mekanik

sebesar 2 Joule. Berapakah ketinggian maksimum

yang dapat dicapai oleh kelereng tersebut?

LATIHAN SOAL

23. Sebuah tuas digunakan untuk mengangkat benda yang beratnya

100 N. Bila benda ditempatkan 0,5 m dari titik tumpuh dan gaya

kuasanya berjarak 2,5 m dari titik tumpuh. Tentukan besar gaya

minimal yang diperlukannya dan keuntungan mekaniknya!

24. Sebuah pengingkit digunakan untuk memindahkan sebongkah

batu yang beratnya 1.500 N. Bila batu ditempatkan 10 cm dari titik

tumpuh dan gaya kuasanya berjarak 1,0 m dari titik tumpuh.

Tentukan besar gaya minimal yang diperlukannya dan keuntungan

mekaniknya!

25. Benda yang beratnya 500 N hendak diangkat dengan

menggunakan tuas yang panjangnya 5 meter. Bila kuasa yang dapat

diberikan hanya sebesar 125 N, tentukan letak titik tumpuhnya!

LATIHAN SOAL

26. Sebuah benda yang massanya 200 kg hendak

dinaikkan ke bak truk setinggi 1,5 meter menggunakan

papan yang panjangnya 5 meter. Tentukan gaya kuasa

yang diperlukan serta keuntungan mekanisnya!

27. Untuk menaikkan benda setinggi 3 m menggunakan

bidang miring yang panjangnya 12 m. Bila gaya kuasa

yang diperlukan 250 N, berapakah berat benda tersebut?

28. Benda yang massanya 40 kg dinaikkan setinggi 2

meter menggunakan bidang miring. Ternyata gaya kuasa

yang diperlukan sebesar 200 N. berapakah panjang

bidang miring yang digunakan?

LATIHAN SOAL

29. Sebuah drum oli yang massanya 600 kg

hendak dinaikkan ke bak truk setinggi 1,0 meter

menggunakan papan yang panjangnya 3 meter.

Tentukan gaya kuasa yang diperlukan serta

keuntungan mekanisnya!

30. Jika perbandingan antara panjang lintasan

dengan ketinggian pada suatu bidang miring

sebesar 8 : 3, tentukan perbandingan antara gaya

yang diperlukan untuk menaikkan benda dengan

berat benda tersebut?

KOMPETENSI

BERANDA

MATERI

LATIHAN

EVALUASI

PENYUSUN

REFERENSI

OK KAWAN....

SELAMAT BELAJAR

YA ....

aguspurnomosite.blogspot.com