Usaha dan Energi: Pembahasan Serta Contoh Soal

Dapatkah kamu menjelaskan mengapa kamu bisa melakukan aktivitas apapun dalam kegiatan sehari-harimu? Ya, berbagai kegiatan seperti ketika kamu menendang bola, mendorong mobil atau motor ketika mogok, memindahkan benda dengan cara didorong dan masih banyak lagi.

Maka tahukah kamu jika semuanya itu merupakan bentuk usaha yang tanpa kamu sadari membutuhkan energi bahkan dapat dikatakan jika ada energi yang bekerja disana? Nah, berikut ini kamu akan memahaminya dengan penjelasan pada materi usaha dan energi.

Energi Kinetik dan Energi Potensial (Gravitasi dan Pegas)

mendorong mobil
Sumber gridoto.com

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Ketika kamu dalam setiap melakukan kegiatan, misalnya ketika kamu berlari, mendorong meja, mengangkat barang dan yang lainnya maka kamu akan dan selalu membutuhkan energi.

Baca juga: Hukum Newton Tentang Gravitasi

Ada beberapa jenis energi yang ada, namun kita akan membahas tiga energi berikut ini:

  1. Energi kinetik
  2. Energi potensial
  3. Energi mekanik yang merupakan gabungan dari energi kinetik dan energi potensial.

Energi kinetik adalah energi yang karena gerakannya:

Teorema usaha energi menyatakan:

Perubahan energi kinetik pada benda akan bernilai sama dengan usaha total yang dilakukan.

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda yang disebabkan karena posisinya. Energi potensial ini dipengaruhi gaya gravitasi. Energi potensial yang dimiliki sebuah benda akan bernilai besar jika massanya semakin besar dan ketinggiannya semakin tinggi.

Persamaannya:                               Ep = m g h

Tenaga potensial untuk sistem pegas-massa adalah:

Dengan Ep bernilai nol di x =0

Energi potensial untuk sistem benda-gravitasi di permukaan bumi Ep= mgh dengan Ep bernilai 0 di permukaan Bumi. Energi potensial untuk sistem matahari-planet

dengan Ep bernilai 0 di tak terhingga.

Konsep Usaha

Usaha atau kerja menurut rumusnya sebagai berikut ini: W = F . s

Besar usaha adalah                   

Sebenarnya usaha yang bekerja itu terjadi jika ada pergeseran jarak, dimana ada gaya, sudut antara gaya dan juga ada pergeseran yang tidak tegak lurus.

Hubungan Usaha dan Energi Kinetik

hubungan usaha dan energi kinetik
Sumber fisikazone.com

Hubungan antara usaha dan energi kinetik adalah besarnya usaha yang dilakukan oleh suatu benda yang bergerak, yang mana besarnya akan sama dengan perubahan energi kinetik yang terjadi pada benda tersebut.

W = ΔEk

W = Ek’ – Ek

W = ½ m . Vt² – ½ m . Vo²

W = ½ m . (Vt² – Vo²)

Jika diketahui terdapat sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal Vo, lalu kemudian kecepatannya berubah menjadi Vt. Jadi, besarnya usaha untuk mengubah kecepatan akan bernilai sama dengan perubahan energi kinetik benda.

Hubungan Usaha dengan Energi Potensial

Besar usaha yang bekerja yaitu sama dengan besar perubahan energi potensial benda, yaitu ketika mengangkat sebuah benda dari satu ketinggian ke ketinggian lainnya atau dapat dikatakan ketika mengangkat benda dengan merubah ketinggian tempat asal benda tersebut.

hubungan usaha dan energi potensial
Sumber fisikazone.com

Hubungan usaha dengan energi potensi yaitu:

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

hukum kekekalan energi mekanik
Sumber fisikazone.com

Energi mekanik merupakan hasil dari besarnya jumlah antara energi kinetik dan juga energi potensial. Dimana hukum kekekalan energi mekanik dalam sistemnya yaitu energi mekanik sistem yang bernilai konstan. Maka dapat disimpulkan jika hukum kekekalan energi mekanik ialah energi mekanik yang memiliki nilai yang selalu konstan atau tetap pada sebuah benda disetiap titik lintasan benda. Dapat dirumuskan sebagai berikut:

Em = Ek + Ep = konstan

Contoh Soal Usaha dan Energi:

  1. Diketahui jika sebuah benda bermassa 10 kg bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Lalu kecepatannya meningkat hingga 30 m/s. Tentukan usaha yang bekerja pada benda tersebut!

Pembahasan:

m = 10 kg

Vo = 20 m/s

Vt = 30 m/s

Maka, usaha yang bekerja yaitu:

W = ΔEk

W = Ek’ – Ek

W = ½ m . Vt² – ½ m . Vo²

W = ½ m (Vt² – Vo²)

W = ½ (10)(30² – 20²)

W = 5 (900 – 400)

W = 5 (500)

W = 2500 J

2. Sebuah mobil memiliki massa 600 kg melaju dengan kecepatan 20 m/s. Hitung energi kinetik mobil pada kelajuan tersebut! Jika mobil direm secara mendadak, maka hal apa yang akan terjadi pada mobil tersebut?

Pembahasan:

Massa mobil (m) = 600 kg

Kecepatan mobil (v) = 20 m/s

Energi kinetik dan kejadian jika mobil direm mendadak, yaitu:

Ek = 1/2 . m v2

Ek = 1/2 . (600) . (20)2

Ek = ½ . (600) . (400)

Ek = 120.000 Joule

Jadi, energi kinetik mobil adalah sebesar 120.000 J. Yang akan terjadi jika mobil direm secara mendadak yaitu mobil akan berhenti. Energi kinetik pada mobil akan berubah menjadi energi panas. Dan juga ada energi bunyi yang ditimbulkan karena adanya gesekan antara rem dengan as roda dan juga antara ban mobil dengan jalan.

Baca juga: Materi Gerak Lurus

Dari contoh soal usaha dan energi di atas, maka sekarang kamu akan lebih memahami mengenai konsep tentang usaha dan energi, hubungan usaha dan energi dan juga rumus usaha dan energi. Jadi, semua usaha yang kamu lakukan selama ini membutuhkan energi dan dibalik aktivitas itu memiliki nilai dari setiap energi yang bekerja.


Sumber:

Kamajaya, Ketut dan Purnama, Wawan. 2019. Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika untuk Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Kelas Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam. Bandung: Grafindo Media Pratama

Artikel Terbaru

Rasthy

Rasthy

Saya lulusan FKIP Fisika di Universitas Bengkulu. Sejak lulus tahun 2012 saya mengajar dan pada tahun 2019 saya bekerja sebagai penulis buku pendidikan di Yogyakarta.

Tulis Komentar Anda

Your email address will not be published. Required fields are marked *