Rangkuman Materi Usaha dan Energi Fisika Kelas 11 Semester 1

Usaha dan Energi

Rangkuman Materi Usaha dan Energi - Materi yang akan dijelaskan pada artikel kali ini yaitu membahas mengenai Bab Usaha dan Energi yang sobat synaoo temui di kelas 11 semester 1.

MATERI USAHA DAN ENERGI PDF

Adapun peta materi yang akan dipelajari yaitu :

A. Usaha
1. Pengertian Usaha
2. Rumus Usaha

B. Energi
1. Energi Kinetik
2. Energi Potensial
3. Energi Mekanik

C. Usaha dan Energi Kinetik

D. Usaha dan Energi Potensial

E. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Sekarang kita langsung menuju ke materi pembelajarannya.

A. Usaha

1. Pengertiam Usaha

Gambar menarik dan mendorong meja

Gambar mendorong lemari

Perhatikanlah gambar orang yang sedang menarik balok sejaruh d meter! Orang tersebut dikatakan telah melakukan kerja atau usaha. Namun perhatikan pula orang yang mendorong dinding tembok dengan sekuat tenaga. Orang yang mendorong dinding tembok dikatakan tidak melakukan usaha atau kerja. Meskipun orang tersebut mengeluarkan gaya tekan yang sangat besar, namun karena tidak terdapat perpindahan kedudukan dari tembok, maka orang tersebut dikatakan tidak melakukan kerja.

Dari ilustrasi diatas maka, bisa disimpulkan bahwa usaha dalam fisika berkaitan dengan gaya dan perpindahan. Usaha didefinisikan sebagai hasil kali scalar (dot product) antara gaya dan perpindahan.

2. Rumus Usaha

Jika gaya diberikan kepada benda searah, usaha dapat dirumuskan :

$w = F.\Delta x$

Keterangan :

w = Usaha
F = Gaya
$\Delta x=$ Perubahan posisi

Jika usaha yang diberikan membentuk sudut maka usaha dirumuskan

$W = F.\Delta x.cos$ a

Keterangan :

W = Usaha
F = Gaya
$\Delta x=$ Perubahn posisi
a = Sudut yang dibentuk

Satuan usaha dalam SI adalah Newton meter. Satuan ini juga disebut dengan Joule.

Dalam kehidupan sehari-hari usaha yang dilakukan bisa bernilai positif, negatif ataupun nol. Contoh usah yang bernilai adalah ketika seorang atlet mengerahkan gaya ototnya untuk mengangkat barbell dari lantai keatas kepalanya, dikarenakan barbell berpindah dari lantai keatas kepalanya. Contoh usaha yang bernilai nol adalah ketika kamu memegang buku yang berat dan mempertahankan posisi buku tersebut agar tetap didepan dada, meskipun kamu berjalan hilir mudik tetapi kamu tidak melakukan usaha pada buku karena buku tersebut tidak berpindah.

Baca juga : Dualisme Gelombang Fisika

B. Energi

Energi dapat diartikan sebagai suatu kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja.

Beberapa energi yang akan dibahas dalam bab ini adalah sebagai berikut :

1. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena pergerakannya.
Contoh energi kinetik adalah anak panah yang lepas dari busurnya sehingga menancap pada target.

Perhatikan sebuah benda bermassa m yang diam pada permukaan licin, ketika gaya
F diberikan selama benda menempuh jarak s benda akan bergerak denga percepatan
tetap a sampai kecepatan akhir v. usaha yang dilakukan benda seluruhnya diubah
menjadi energi kinetik pada keadaan akhir. Jadi Ek = W.

Gunakan Persamaan kecepatan dari GLBB

$v = v_{o}+at, v= 0 + at, at= v$

Gunakan persamaan perpindahan dari GLBB

$\Delta x=v_{o}t+\frac{1}{2}at^{2},\Delta x=0+\frac{1}{2}(at)t, \Delta x=\frac{1}{2}vt$

Gunakan persamaan kecepatan dari GLBB

$v = v_{o}+at, v= 0 +at, at = v$

Gunakan persamaan perpindahan dari GLBB

$\Delta x= v_{o}t + \frac{1}{2}at^{2},\Delta x= 0+\frac{1}{2}(at)t,\Delta \frac{1}{2}vt$

Rumus Energi Kinetik

$Ek = F.\Delta x= (ma)(\frac{1}{2}vt)=\frac{1}{2}mv(at)=\frac{1}{2}mv^{2}$

Keterangan :
$\Delta x=$ Perubahan jarak
Vo = Kecepatan Awal
V = Kecepatan Akhir
t = Waktu tempuh
Ek = energi kinetik
F = Gaya
M = massa

Baca Juga : Gelombang Fisika

2. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang berkaitan dengan kedudukan suatu benda terhadap suatu titik acuan. Dengan demikian, titik acuan akan menjadi tolok ukur penentuan ketinggian suatu benda.

Misalkan sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.

Energi potensial dinyatakan dalam persamaan :

Ep = m.g.h

Keterangan :
Ep = Energi potensial (Juole)
m = Massa (Joule)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
h = Ketinggian terhadap titik acuan (m)

Persamaan energi seperti di atas lebih tepat dikatakan sebagai energi potensial gravitasi. Di samping energi potensial gravitasi, juga terdapat energi potensial pegas
yang mempunyai persamaan :

$Ep = \frac{1}{2}k\Delta x^{2}\left ( atau \right )Ep = \frac{1}{2}F\Delta x$

Keterangan :

Ep = Energi potensial pegas (joule)
k = Konstanta pegas (N/m)
Δx = Pertambahan panjang (m)
F = Gaya yang bekerja pada pegas (N)

Di samping energi potensial pegas, juga dikenal energi potensial gravitasi Newton, yang berlaku untuk semua benda angkasa di jagad raya, yang dirumuskan:

$Ep=-G\frac{Mm}{r^{2}}$

Keterangan :

Ep = energi potensial gravitasi Newton (joule) selalu bernilai negatif. Hal ini menunjukkan bahwa untuk memindahkan suatu benda dari suatu posisi tertentu ke posisi lain yang jaraknya lebih jauh dari pusat planet diperlukan sejumlah energi (joule)
M = massa planet (kg)
m = massa benda (kg)
r = jarak benda ke pusat planet (m)
G = tetapan gravitasi universal = 6,672 x 10-11 N.m2/kg2

Baca Juga : Fisika atom

3. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi total yang dimiliki benda, sehingga energi mekanik dapat dinyatakan dalam sebuah persamaan:

Em = Ep +Ek

Keterangan :

Em = energi mekanik
Ep = energi potensial
Ek = energi kinetik

Baca Juga : Radiasi Elektromagnetik

C. Usaha dan Energi Kinetik

Teorema usaha energy :

$F\Delta x=ma(\Delta x)$

$\alpha \Delta x=\left ( \frac{v_{2}^{2} -v_{1}^{2}}{2}\right )$

$F \Delta x=m\left ( \frac{v_{2}^{2} -v_{1}^{2}}{2}\right )$

$F \Delta x=\frac{1}{2}mv_{2}^{2}-\frac{1}{2}mv_{1}^{2}$

$F \Delta x=Ek_{2}-Ek_{1}$

Keterangan :

F = gaya

m = massa

a = percepatan

v1 = kecepatan awal

v2 = kecepatan akhir

Ek1 = energi kinetik awal

Ek2 = energi kinetik akhir

Usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda tersebut yaitu energi kinetik akhir dikurang energi kinetik awal.

Baca Juga : Listrik Dinamis

D. Usaha dan Energi Potensial

Disekitar suatu benda bermassa terdapat medan gravitasi. Benda yang bermassa m yang berada didekat permukaan bumi akan mengalami gaya gravitasi konstan.

Usaha yang dilakukan oleh gaya berat w ketika berpindah dari posisi 1 dengan ketinggian h1 keposisi 2 dengan ketinggian h2 adalah

W = mg (h2-h1)

Keterangan :

W = usaha
m = massa
g = grafitasi
h1 = ketinggian awal
h2 = ketinggian akhir

Baca Juga : Usaha dan Energi

E. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Bunyi hukum kekekalan energi mekanik

Jika pada suatu system bekerjagaya-gaya dalam yang bersifat konservatif maka energi mekanik sistem pada posisi apa saja selalu tetap

Menurunkan hukum kekekalan energi mekanik
Kita tinjau energi potensial gravitasi, andai pada sebuah benda hanya bekerja gaya beratnya sendiri dan F lain sama dengan nol. Benda tersebut kemuadian jatuh bebas tanpa gesekan udara maka:

Dari teorema usaha energi

W = Δ.Ek

Sehingga :

Δ.Ek = -Δ.Ep

Ek2 - Ek1 = Ep1 - Ep2

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

Em1 = Em2

Keterangan :

ΔEk = Perubahan energi kinetik
ΔEp = Perubahan energi potensial
Ek1 = Energi kinetik awal
Ek2 = Energi kinetik akhir
Ep1 = Energi potensial awal
Ep2 = Energi potensial akhir

Aplikasi hukum kekekalan energi mekanik

a. Buah jatuh bebas dari pohonnya

Pada peristiwa ini saat buah jatuh energi potensialnya makin berkurang sedang energi kinetiknya bertambah tetapi energi mekaniknya pada posisi apa saja adalah konstan.

b. Lompat galah

Saat pelompat berlari energi kimia dirubah menjadi energi kinetik, saat pelompat menancapkan galahnya energi kinetik disimpan sementara dan menjadi energi potensial. Ketika galah melurus sebagian energi potensial dirubah menjadi energi kinetik. Saat pelompat melepaskan pegangannya , ia akan menempuh lintasan parabola yang melengkung naik menyebabkan energi kinetiknya berkurang menjadi energi potensial gravitasi, sampai pada titik tertinggi ia akan menempuh lintasan melengkung turun sehingga energi potensial garvitasi berubah menjadi energi kinetik sesaat sebelum menyentuh tanah energi potensial telah dirubah seluruhnya menjadi energi kinetik.

LATIHAN SOAL

1. Sebuah balok bermassa 1 kg di atas lantai licin. Jika gaya mendatar 2 N digunakan untuk menarik balok, maka tentukan usaha yang dilakukan agar balok berpindah sejauh 3 m!

Penyelesaian :

W = F . s

W = 2 . 3

W = 6 joule

2. Sebuah balok bermassa 5 kg di atas lantai licin ditarik gaya 4 N membentuk sudut 60° terhadap bidang horisontal. Jika balok berpindah sejauh 2 m, maka tentukan usaha yang dilakukan!

Penyelesaian :

W = F . s . cos 0

W = 4 . 2 . cos 60°

W = 4 joule

3. Sebuah sepeda dan penumpangnya bermassa 100 kg. Jika kecepatan sepeda dan penumpannya 72 km/jam, tentukan energio kinetik yang dilakukan pemiliki sepeda!

Penyelesaian :

Ek = ½ . m . v^2 ( v = 72 km/jam = 72 x 1000 m / 3600s)

Ek = ½ . 100 . 20^2

Ek = 20.000 joule

4. Sebuah batu dengan massa 5 kg mula-mula diam dipermukaan bumi kemudian dilempar vertical keatas pada ketinggian 1 meter dengan kelajuan 10 m/s. berapa usaha yang dilakukan batu untuk mencapai titik tertinggi?

Diketahui
m = 5 kg
h1 = 1 meter
v0 = 10 m/s

Ditanya W pada h2?

Jawab :

Waktu untuk mencapai tinggi maksimum Saat dititik tertinggi Vt = 0
vt= v0 – gt
0 = 10 – 10t
t = 1 s

Ketinggian maksimum
h = v0·t – ½ gt^2
h = 10 (1)- ½ 10 (1)2
H=10-5 m
h= 5 m

Usaha pada titik tertinggi
W =∆Ep = mg (h1-h2)
W = 5 kg· 10 m/s·(1-5 m)
W = 50·4 W = 200 J

5. Sebuah benda jatuh dari ketinggian 4 m, kemudian melewati bidang lengkung seperempat lingkaran licin dengan jari-jari 2 m. Tentukan kecepatan saat lepas dari bidang lengkung tersebut!

Penyelesaian :

Bila bidang licin, maka sama saja dengan gerak jatuh bebas buah kelapa, lintasan dari gerak benda tidak perlu diperhatikan, sehingga diperoleh :

Penyelesaian :

Jika masih kurang latihan soalnya kunjungi juga Latihan Soal Usaha dan Energi Fisika

Demikian materi singkat Bab Usaha dan Energi dari Synoo.com

Semoga sedikit ilmu yang kami bagikan dapat bermanfaat bagi sobat synaoo.

Selamat Belajar.

Labels: Fisika