Usaha Dan Energi - Konsep dan Kumpulan Rumus Lengkap

Usaha Dan Energi - Apa itu Usaha dan Apa itu Energi ? pada kesempatan kali ini saya akan menulis artikel mengenai usaha dan energi. Pada artikel kali ini kalian akan mempelajari mengenai usaha yang dilakukan oleh gaya konstan, usaha oleh gaya tak konstan, usaha oleh gaya pegas, teorema usaha energi, hubungan usaha dan energi kinetik serta hubungan antara usaha dan energi pouensial. Di sisni juga akan kalian pelajari kosnep dan kumpulan rumus lengkap mengenai usaha dan energi. Baik untuk tidak memperpanjang kata langsung saja kita mulai.

Usaha Dan Energi - Konsep dan Kumpulan Rumus Lengkap

Usaha Dan Energi - Konsep, Rumus, Serta Model Sistem

Kita akan membahas konsep energi. Energi merupakan salah satu konsep yang paling penting di Fisika dan juga di bidang lain. Konsep energi juga dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan yang mungkin sulit diselesaikan menggunakan persamaan Newton. Kita tahu bahwa energi, ada di seluruh alam semesta ini. Setiap proses di alam melibatkan energi dan transfer atau transformasi energi. Energi mempunyai berbagai bentuk, ada yang namanya energi Kinetik, Panas, Kimia, Nuklir, Elektromagnetik, Gelombang dan Gravitasi.

Untuk pemahaman konsep energi dan penerapannya, kita perlu mengenal Model Sistem.

Berikut adalah Contoh model sistem dan Lingkungan

Contoh 1: Model Sistem

Pada gambar diatas yang merupakan sistem adalah objek (kotak atau box) dan lingkungan mempengaruhi sistem adalah gaya yang diberikan ke box. Jadi, sistem adalah kotak dan lingkungan adalah gaya.

Contoh 2. Model Sistem Katrol

Sistem terdiri dari: Bola, Kotak, Tali dan Katrol. Sedangkan, lingkungan yang mempengaruhi sistem adalah gaya gravitasi (gaya berat), gaya gesek dan gaya normal.

Di sini, kita akan mempelajari, bagaimana mekanisme lingkungan mempengaruhi sistem. Namun, kita akan bahas terlebih dahulu tentang Kerja/Usaha.

A. KERJA ATAU USAHA YANG DISEBABKAN OLEH GAYA KOSNTAN

Misalkan adalah sebuah gaya yang diberikan pada sebuah benda untuk memindahkan benda sejauh x. Seberapa efektif gaya tersebut memindahkan benda? Tidak hanya bergantung pada besarnya gaya, tetapi juga bergantung pada arah gaya.

Hampir semua istilah fisika yang telah digunakan selama ini, seperti kecepatan, percepatan, kekuatan, dan sebagainya menyampaikan makna yang sama dalam kehidupan sehari-hari. Namun, sekarang, kita menemukan sebuah istilah yang maknanya dalam fisika sangat berbeda dari makna dalam kehidupan sehari-hari. Istilah ini adalah KERJA/USAHA.

Perhatikan Gambar di atas. Kerja/Usaha yang dilakukan pada suatu sistem oleh gaya konstan F adalah besarnya gaya F yang diberikan pada sebuah benda sehingga mengakibatkan benda tersebut bergerak atau berpindah. Sehingga, Kerja/Usaha adalah hasil kali besarnya gaya F dan besarnya perpindahan ∆r dari titik awal serta cos⁡θ. Di mana θ adalah sudut antara vektor gaya dan perpindahan.

Definisi Kerja/Usaha

Kerja/Usaha yang dilakukan pada sistem, untuk gaya yang konstan adalah:

Perlu diingat

Konsep Kerja/Usaha ini berbeda dengan apa yang biasa kita lakukan, contohnya pada saat kita memikul sebuah benda selama beberapa menit.

Dari definisi Kerja/Usaha dalam ilmu fisika. Maka, kita tidak melakukan Kerja/Usaha pada saat kita memikul sebuah benda selama beberapa menit. Hal ini karena gaya yang kita berikan pada beban tidak mengakibatkan beban berpindah atau diam (∆r)=0, sehingga Kerja/Usaha (W = 0).

Definisi Kerja/Usaha Secara Umum dalam Fisika adalah

Dengan F dan ∆r adalah vektor, maka Kerja/Usaha adalah perkalian dot product antar vektor gaya dan vektor perpindahan. Kerja/Usaha merupakan besaran skalar. Satuannya adalah satuan gaya dikali dengan satuan panjang. Jadi, satuan Kerja/Usaha adalah Nm atau joule (J).

Perlu Diingat:

Sebagai pertimbangan dalam menggunakan model sistem : Kerja/Usaha (W) adalah sebuah transfer energi. Dimana, W adalah Kerja/Usaha pada sistem, W bernilai positif artinya adalah energi di transfer ke sistem. Sedangkan, Jika W bernilai negatif berarti energi ditransfer dari sistem.

Contoh Jika kita memiliki sistem tabungan uang. Jika kita menabung uang maka uang kita bertambah artinya uang ditransfer ke sistem tabungan, sehingga uang bertambah (bernilai positif). Sedangkan jika kita mengambil uang artinya uang di keluarkan dari sistem, sehingga uang berkurang (bernilai negatif). Begitu juga hanya dengan Kerja/Usaha.

Contoh Soal Kerja/Usaha

Seorang pria yang membersihkan lantai menarik penyedot debu dengan gaya sebesar F = 50,0 N pada sudut 30,0° terhadap sumbu horizontal (Perhatikan Gambar Di atas). Hitunglah berapa besar Kerja/Usaha yang dilakukan oleh gaya pada penyedot debu saat penyedot debu dipindahkan sejauh 3,00 m ke kanan.

Solusi :

Dalam kasus ini, perhatikan bahwa gaya normal n dan gravitasi Fg = mg tidak bekerja pada sistem penyedot debu karena gaya-gaya ini tegak lurus terhadap perpindahannya. Ketika gaya dan perpindahan tegak lurus maka sudut antara keduanya adalah 90 drajat dan Cos 90 = 0. Sehingga gaya normal dan gaya gravitasi tidak mempengaruhi Kerja/Usaha.

SCALAR PRODUCT DARI DUA VEKTOR

Karena definisi Kerja/Usaha secara umum adalah hasil perkalian dot product dari vektor gaya dan vektor perpindahan. Maka kita perlu mempelajari cara konsep matematika mengenai “Scalar Product Dari Dua Vektor”. Secara umum, produk skalar dari setiap dua vektor A dan B adalah

Vektor komponen dari vektor A dan B dalam koordinat kartesian adalah

Ingat : i, j, dan k adalah vektor satuan yang besarnya satu dan perkalian skalar antara vektor-vektor satuan adalah

Dengan demikian kita dapat per oleh definisi Kerja/Usaha secara umum adalah

Pesamaan diatas merupakan hasil perkalian dot product dari vektor gaya dan vektor perpindahan.

Contoh Soal : Usaha yang dialakukan Oleh gaya Konstan

B. KERJA ATAU USAHA YANG DISEBABKAN OLEH GAYA TAK-KOSNTAN

Misalkan sebuah partikel yang dipindahkan dari suati titik ketitik lain sepanjang sumbu x oleh gaya yang bervariasi atau gaya yang tidak sama untuk tiap posisi. Dalam kasus seperti ini kita tidak dapat menggunakan persamaan W=F.∆r cos⁡θ untuk menghitung Kerja/Usaha yang dilakukan oleh gaya, karena gaya F pada tiap titik berbeda. Akan tetapi jika kita membayangkan bahwa partikel mengalami perpindahan yang sangat kecil seperti pada gambar di bawah ini

Komponen gaya Fx dari gaya kira-kira konstan pada interval yang sangat kecil ini. Maka, untuk perpindahan yang sangat kecil, Kerja/Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah

Untuk ∆x mendekati nol. Maka diperoleh

Jadi, Usaha total yang dilakukan oleh gaya yang tidak konstan bisa di hitung menggunakan persamaan

Sehingga : Usaha atau Kerja juga dapat di definisikan sebagai luas daerah di bawah kurva Fx vs X

Secara umum usaha yang dilakukan oleh gaya yang tidak konstan adalah

C. USAHA YANG DILAKUKAN OLEH PEGAS

Berdasarkan Hukum Hooke, kita per oleh gaya yang dilakukan oleh sebuah pegas adalah sama dengan mines perkalian antara konstanta pegas dan regangan atau simpangan pegas.

F = -kx

di mana

F adalah gaya (dalam unit newton)

k adalah konstanta pegas (dalam newton per meter)

x adalah jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya (dalam unit meter).

Dengan Fs adalah gaya yang dilakukan pegas dan F_app adalah gaya yang diberikan kepada pegas.

a. Usaha yang dilakukan pegas

Dengan Rumus Usaha yang telah dijelaskan di atas maka kita per oleh usaha yang dilakukan oleh gaya pegas adalah

b. Usaha oleh gaya yang diberikan kepada pegas

Gaya yang diberikan kepada pegas adalah F=kx. Maka kita per oleh usaha yang diberikan oleh gaya kepada pegas adalah

D. TEOREMA USAHA – ENERGI KINETIK

Dengan menggunakan Hukum II Newton kita tahu besarnya gaya menyatakan tentang seberapa cepat sebuah massa mengalami perubahan kecepatan.

Sebelumnya telah kita jelaskan bahwa Hubungan usaha dan gaya adalah

Dengan mensubtitusikan persamaan gaya di atas maka diperoleh

Kita tahu bahwa energi kinetik : K = 1/2 . m.v^2. Sehingga kita per oleh hubungan usaha dan energi kinetik adalah

Usaha total sistem sama dengan perubahan energi kinetik dari sistem.

Catatan :Teorema Kerja–Energi Kinetik mengindikasikan bahwa : Laju benda akan dipercepat jika kerja netnya positif dan Laju benda diperlambat jika kerja netnya negatif.

Perlu diingat:Teorema kerja–energi kinetik menggunakan Laju, bukan kecepatan. Teorema ini menghubungkan kerja dengan perubahan laju sebuah benda. Bukan perubahan kecepatan.

D. Usaha dan Energi Potensial

Hubungan usaha dan energi potensial. Usaha adalah mines perubahan energi potensial

Dimana energi potensial : U = m . g . h. Maka usaha oleh energi potensial adalah

Baik, cukup sampai di sini saja untuk artikel kali ini. Usaha Dan Energi - Konsep, Rumus, Serta Model Sistem. Semoga artikel ini bermanfaat bagi sahabat semua. Untuk kumpulan contoh soal usaha dan energi saya akan bahas di artikel selanjutnya. Jangan lupa like, komen dan follow blog ini agar tidak ketinggalan update artikel-artikel terbaru. Dan saya ucapkan ribuan terimakasih, tetap ramaikan blog ini agar saya semangat membuat artikel-artikel bermanfaat selanjutnya. Saya sangat membutuhkan kritikan dan masukkan dari kalian untuk blog saya agar ke depan blog ini bisa menjadi lebih baik lagi. Terimakasih dan Salam Sahabat GAMMA.