Usaha dan Energi: Pengertian, Rumus, Contoh Soal

Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas tentang Usaha dan Energi. Berikut penjelasannya.

Usaha

Kalian tentu sudah tidak asing dengan kata usaha. Kata usaha sering digunakan dalam berkomunikasi sehari-hari.

Misalkan, rani berusaha mempercepat laju sepedanya agar tidak terlambat sampai di sekolah, rama memperkuat tarikannya agar talinya putus. Saat mendorong meja pun juga dikatakan usaha.

Nah, di pembahasan kali ini kita juga akan mengupas komponen-komponen dari usaha yang dilakukan. Berikut penjelasannya.

Pengertian dan Rumus Usaha

Sebenarnya apa itu usaha?

Dalam fisika, usaha memiliki makna yang berbeda. Jika seseorang memberikan gaya konstan  (F ) pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sejauh s,maka usaha (W) yang dilakukan gaya tersebut dinyatakan dengan :

Nah dalam materi usaha terdapat 2 syarat khusus mengenai definisi usaha dalam fisika.

Pertama, gaya yang diberikan pada benda haruslah mengakibatkan benda itu berpindah sejauh jarak tertentu.

Itu artinya, ketika seseorang mendorong dinding dengan tenaga maksimal,namun dinding tidak berpindah kemana-mana, maka di kasus ini orang tersebut dikatakan tidak melakukan usaha karena perpindahnannya nol.

Syarat yang kedua, yaitu gaya tersebut harus memiliki komponen arah yang paralel terhadap arah perpindahan.

Baik teman-teman, selanjutnya akan dibahas penerapan usaha dalam kegiatan sehari-hari.

Contoh Soal Usaha dalam Kehidupan Sehari-hari

Sebuah balok es bermassa 10 kg dipindahkan dengan cara ditari oleh pak danu. Pak Danu menarik balok es tersebuut dengan gaya sebesar 50 N sehingga berpindah sejauh 8 meter. Jika α = 60^o dan gesekan antara balok dengan lantai diabaikan, berapa usaha yang dilakukan pak Danu ?

Pembahasan

diketahui :

F = 50 N ; m = 10  Kg ; s = 8 m

jawaban :

W = cos α.s

W = (50 N) (cos 60^o )(8 m)

W = (50 N) (1/2 )(8 m)  

W = 200 joule   

Nah temen-temen, di pembahasan selanjutnya ada materi energy, simak dengan seksama yaa.

Baca juga Momen Inersia.

Energi

Kata energi juga tidak asing bagi kita. Dalam kehidupan sehari-hari tubuh kita membutuhkan energi agar kita tidak lemas dan terlihat fresh.

Sumber energi untuk tubuh kita yaitu dari bahan makanan yang mengandung karbohidrat seperti nasi, kentang, singkong dll.

Seperti halnya dalam fisika, walaupun pembahasan energi tidak sama persis dengan energi dalam tubuh manusia namun energi dalam fisika pun juga membutuhkan beberapa komponen agar menghasilkan energi tersebut.

Berikut penjelasannya.

Pengertian Energi

Pada hakikatnya, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, akan tetapi energi dapat diubah dari suatu bentuk energi ke bentuk energi yang lain.

Definisi dari energi sendiri yaitu suatu ukuran kemampuan suatu benda untuk melakukan suatu usaha. Satuan untuk mengukur energi adalah joule (J).

Dalam materi energi terdapat sebutan-sebutan yang pasti tidak asing bagi temen-temen. Yuk,kita bahas satu-satu yaa.

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat kedudukan atau posisi benda tersebut.

Energi potensial terbagi menjadi 2, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis.

Energi potensial disebut juga energi diam karena benda yang berada dalam keadaan diam dapat memiliki energi potensial.

Persamaan energi potensial yaitu

Rumus Energi Potensial

Ep = m.g.h

Keterangan:

• ip = energy potensial (J)
• m = massa benda (Kg)
• g = percepatan gravitasi (m/s²)
• h = ketinggian benda jatuh (m)

Oke, next yang akan kita bahas mengenai energy kinetic. Silahkan disimak.

Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena benda tersebut bergerak. Jadi, setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik.

Contohnya, energi kinetik dimiliki oleh sepeda yang dikayuh, pesawat yang sedang terbang, dan singa yang  sedang berlari.

Persamaan untuk energi kinetik adalah sebagai berikut.

Rumus Energi Kinetik

Ek = ½.m.v²

Keterangan:

• EK = energy kinetic (J)
• m = massa benda (Kg)
• v = kecepatan benda (m/s)

Bukan tidak mungkin sebuah benda memiliki energi kinetik dan energi potensial. Nah, untuk lebih jelasnya kita akan membahas tentang energi mekanik (gabungan dari energi potensial dan energi kinetik)

Energi Mekanik

Energy mekanik merupakan jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda, atau bisa disebut  dengan energi total.

Besarnya energi mekanik suatu benda selalu tetap. Sedangkan energi kinetik dan energi potensialnya bisa berubah-ubah.

Penulisannya secara matematis adalah sebagai berikut

Rumus Energi Mekanik

 EM = EP+EK

Perhatikan gambar diatas, ketika benda jatuh benda akan mengalami perubahan energy kinetic dan energy potensial gravitasi.

Saat bola berada pada ketinggian h₁, energy potensial gravitasinya adalah EP₁ dan energy kinetiknya EK_1,saat benda mencapai ketinggian h₂, maka energy potensialnya EP₂ dan energy kinetiknya EK₂.

Dengan demikian, persamaan dapat dituliskan sebagai berikut

W = ∆EK = ∆EP

EK₂ – EK₁ = EP₁ – EP₂

EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂ 

m.g.h₁+ ½.m.v₁² = m.g.h₂ + ½.m.v₂²

Ini disebut Hukum Kekekalan Energi

Masih berkaitan dengan energi, selanjutnya kita akan membahas tentang Daya. Simak lebih lanjut temen-temen.

Daya

Daya adalah laju usaha yang dilakukan terhadap waktu. Secara matematis daya dirumuskan dengan :

Oke, setelah pembahasan diatas, selanjutnya kita akan membahas tentang contoh penerapan energy dalam kehidupan sehari-hari.

Baca juga Hukum Newton.

Contoh Soal Energi dalam kehidupan sehari-hari

1. Buah kelapa dengan massa 2,5 Kg jatuh dari pohonnya dengan ketinggian 4.5 m. jika percepatan gravitasi sebesar 9.8 m/s² .berapa energy potensialnya ?

Pembahasan

diketahui:

m = 2,5 Kg

h = 4,5 m

g = 9.8  

Penyelesaian:

EP = m.g.h

EP = 2,5 . 9,8 . 4,5

EP = 110,25 J

2. Sebuah batu dengan massa 30 g dipasangkan pada ketapel dan dilesat kan dengan kecepatan 15 m/s. tentukan energy kinetic pada batu tersebut ?

Pembahasan

diketahui

m = 3 g =3 x 10^-2 Kg

v = 15 m/s

Penyelesaian

EK = ½.m.v²

EK = ½. 3×10^-2 .15²      

EK = 3,375 J

3. Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian tertentu dengan kecepatan 10 m/s. tentukan massa bola tersebut, bila percepatan gravitasinya sebesar 10 m/?

Pembahasan

diketahui

v = 10 m/s

g = 10 m/s²

Penyelesaian

EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂

EP₁ + 0 = 0 + EK₂

m.g.h₁+ 0  = 0 + ½.m.v₂²

m.10.h₁+ 0 = 0 + ½.m.₁₀²

m.10.h₁ = 50.m

h₁ = 50/10 

h₁ = 5 meter 

Kesimpulan

Ada dua syarat untuk bisa mengatakan suatu gaya itu usaha atau bukan yaitu:

1. gaya yang diberikan pada benda haruslah menyebabkan benda tersebut berpindah sejauh jarak tertentu.
2. gaya tersebut harus memiliki komponen arah yang paralel terhadap arah perpindahan.

Energi yaitu suatu ukuran kesanggupan benda tersebut untuk melakukan suatu usaha. Satuan untuk mengukur energy adalah joule (J).

Baik, demikian pembahasan materi usaha dan energi kali ini, semoga bermanfaat bagi semua pembacanya. Aamiin. Baca juga Kesetimbangan Benda Tegar.