USAHA DAN ENERGI

loading...

USAHA DAN ENERGI

USAHA

Kata “usaha” atau “kerja” memiliki berbagai arti dalam percakapan sehari-hari. Namun dalam fisika, usaha memiliki arti khusus, untuk memaparkan bagaimana dikerahkannya gaya pada benda, hingga benda berpindah

Gambar 1. Seseorang menarik peti di lantai. Usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah W = F s cosθ

Usaha yang dilakukan pada sebuah benda oleh gaya tetap,F, (baik besar maupun arahnya) didefinisikan sebagai hasil kali besar perpindahan,s, dengan komponen gaya yang sejajar dengan perpindahan itu.

Dalam bentuk persamaan, kita dapat menulis

W = F// s

Dengan F// adalah komponen F yang sejajar dengan perpindahan benda, s. Secara umum, kita dapat menulis

W = F s cos θ .......................................................................................................................................(1)

dengan θ adalah sudut antara arah gaya dengan perpindahan. Faktor cos θ pada Pers. (1) dapat Anda peroleh dengan memperhatikan Gambar 1. Usaha adalah besaran skalar. Usaha hanya mempunyai besar; karena tidak mempunyai arah seperti besaran vektor, usaha lebih mudah diterapkan dalam persoalan sehari-hari. Pertama, kita tinjau kasus gerak dan gaya yang berarah sama, sehingga θ= 0 , dan cos θ = 1. Maka usaha adalah W = F s . Sebagai contoh, jika Anda mendorong gerobak ke arah horizontal dengan gaya 60 N, hingga gerobak berpindah sejauh 50 m, Anda melakukan usaha 60 N = 3000 N.m /50 m terhadap gerobak.

Seperti yang telah kita lihat, dalam SI, usaha diukur dalam N.m. Nama khusus untuk satuan ini adalah joule (J). 1 J = 1 N.m. Dalam sistem cgs, usaha diukur dalam satuan erg, dan 1 erg = 1 dyne.cm.

Gaya yang dikerahkan kepada sebuah benda belum tentu menghasilkan usaha. Sebagai contoh, jika Anda mendorong tembok, Anda tidak melakukan usaha terhadap tembok tersebut. Anda mungkin menjadi lelah (karena membebaskan energi melalui otot), namun karena tembok tidak bergerak (s = 0), maka W = 0 . Anda juga tidak melakukan usaha, jika Anda memindahkan benda dengan mendukung atau memondong benda itu (gaya Anda vertikal ke atas) dan Anda berjalan horizontal, seperti Gambar 2. Hal ini terjadi karena θ = 90o, sehingga cos θ = cos 90o = 0, sehingga W = 0 .

Bila Anda membicarakan usaha, perlu Anda perjelas apakah Anda berbicara tentang usaha yang dilakukan oleh suatu benda, ataukah usaha pada suatu benda. Penting pula untuk memperjelas apakah usaha tersebut dilakukan oleh sebuah gaya, ataukah oleh gaya total (beberapa gaya) pada sebuah benda.

Gambar 2. Usaha yang dilakukan orang itu sama dengan nol, karena

F tegak lurus dengan d.

Gambar 3. Untuk contoh: peti 50 kg ditarik sepanjang lantai.

Soal Contoh

Sebuah peti bermassa 50 kg ditarik sepanjang lantai datar dengan gaya 100 N, yang dikerahkan membentuk sudut 37o, seperti Gambar 3. Lantai kasar, dan gaya gesek yang terjadi Fges = 50 N. Hitunglah usaha yang dilakukan masing-masing gaya yang bekerja pada peti, dan usaha yang dilakukan gaya total pada peti itu.

Penyelesaian

Kita pilih sistem koordinat, dengan s menyatakan vektor perpindahan yang besarnya 40 m. Terdapat 4 gaya yang bekerja pada peti, seperti Gambar 3: Gaya yang dikerahkan orang, FO, gaya gesek, Fges, berat kotak, mg, dan gaya normal FN yang dikerahkan lantai. Usaha yang dilakukan gaya normal dan gaya gravitasi adalah nol, kerena gayagaya tersebut tegak lurus dengan perpindahan s.

Usaha yang dilakukan FO:

Usaha yang dilakukan Fges:

Kita dapat melihat ternyata usaha yang dilakukan gaya gesek, Fges, negatif. Jika kita amati, sudut antara Fges dengan perpindahan adalah 180o atau Fges berlawanan dengan perpindahan. Akhirnya, usaha total pada peti tersebut adalah jumlah usaha masing-masing gaya

Usaha total dapat pula dihitung dengan menentukan gaya total ke arah perpindahan:

sehingga usaha total

loading...