MAKALAH FISIKA
USAHA DAN ENERGI
HUBUNGAN USAHA &
ENERGI KINETIK
GAYA KONSERVATIF DAN NONKONSERVATIF
KELAS XI IPA
 |
DI SUSUN
OLEH :
1. Afifah
2. Agustina Lilik Andriani
3. Ali Mubarok
4. Muh. Irfansyah
5. Nur Hamzah
6. Puri Artiana
7. Siti Alfiyah
LEMBAGA PENDIDIKAN MA’ARIF NU SIDOREJO
KEC. SEKAMPUNG UDIK LAMPUNG TIMUR
TH AJARAN 2014/2015
USAHA DAN ENERGI
U S A H A
Usaha
adalah hasil kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya.
Jika
suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh 
, maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu
, maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu
W = F cos a
.
F |
|
F cos a |
|||
 |
|||
W = usaha ; F =
gaya ; =
perpindahan , a = sudut antara gaya dan
perpindahan
=
perpindahan , a = sudut antara gaya dan
perpindahan
SATUAN
BESARAN
|
SATUAN MKS
|
SATUAN CGS
|
Usaha (W)
|
joule
|
erg
|
Gaya (F)
|
newton
|
dyne
|
Perpindahan (
) |
meter
|
cm
|
1 joule = 107 erg
Catatan
: Usaha (work) disimbolkan dengan huruf besar
W
Berat (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w
Jika
ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang
dilakukan terhadap benda tersebut sebesar :
Jumlah
usaha yang dilakukan tiap gaya, atau
Usaha
yang dilakukan oleh gaya resultan.
D A Y A
Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.
P = 
P = daya ; W = usaha
; t = waktu
Daya termasuk besaran scalar yang dalam satuan MKS mempunyai satuan watt atau J/s
Satuan lain adalah : 1 HP = 1 DK = 1 PK = 746 watt
HP = Horse power
; DK = Daya kuda ; PK = Paarden Kracht
1 Kwh adalah satuan energi besarnya = 3,6 .106
watt.detik = 3,6 . 106 joule
KONSEP ENERGI
Suatu system dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika system
tersebut mempunyai kemampuan untuk
melakukan usaha. Besarnya energi suatu system sama dengan besarnya usaha yang
mampu ditimbulkan oleh system tersebut. Oleh karena itu, satuan energi sama
dengan satuan usaha dan energi juga merupakan besaran scalar.
Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa
macam antara lain :
Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi
panas , energi listrik, energi kimia, energi nuklir, energi cahaya, energi
suara, dan sebagainya.
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan
yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk
lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air
terjun.
ENERGI KINETIK.
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda
yang bergerak. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan
massa benda dan kuadrat kecepatannya.
Ek = ½ m
v2
Ek = Energi kinetik ;
m = massa benda ; v = kecepatan benda
SATUAN
BESARAN
|
SATUAN MKS
|
SATUAN CGS
|
Energi kinetik (Ek)
|
joule
|
erg
|
Massa (m)
|
Kg
|
gr
|
Kecepatan (v)
|
m/det
|
cm/det
|
Usaha = perubahan energi kinetik. W = DEk = Ek2 – Ek1
ENERGI
POTENSIAL GRAFITASI
Energi potensial grafitasi adalah energi yang dimiliki oleh
suatu benda karena pengaruh tempatnya
(kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut energi diam, karena benda
yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial.
Sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.
Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh.
Maka benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w)
yang menempuh jarak h.
Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang
sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak h.
Ep = w . h = m .
g . h
Ep = Energi potensial
, w = berat benda , m = massa benda ; g = percepatan grafitasi ; h = tinggi benda
SATUAN
BESARAN
|
SATUAN MKS
|
SATUAN CGS
|
Energi Potensial (Ep)
|
joule
|
erg
|
Berat benda (w)
|
newton
|
dyne
|
Massa benda (m)
|
Kg
|
gr
|
Percepatan grafitasi (g)
|
m/det2
|
cm/det2
|
Tinggi benda (h)
|
m
|
cm
|
Energi potensial grafitasi tergantung dari :
percepatan grafitasi bumi
kedudukan benda
massa benda
ENERGI
POTENSIAL PEGAS.
Energi potensial yang dimiliki benda karena elastik pegas.
Gaya pegas (F) = k . x
Ep Pegas (Ep) = ½ k. x2
k = konstanta gaya
pegas ; x = regangan
Hubungan usaha dengan Energi Potensial :
W = DEp =
Ep1 – Ep2
ENERGI MEKANIK
Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan
energi potensial suatu benda.
Em =
Ek + Ep
HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK.
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.
Jadi energi itu adalah KEKAL.
Em1 = Em2
Ek1 + Ep1
= Ek2 + Ep2
Hubungan Usaha dengan Energi
Usaha
dengan energi potensial
Apabila dalam sistem hanya
berlaku energi potensial gravitasi saja maka teori usaha-energi dapat
ditentukan dengan persamaan:
W = △ Ep
W = m . g . h2 – m . g . h1 …………………………………………(3-1)
Usaha
dengan energi kinetik
Apabila dalam sistem hanya
berlaku energi kinetik saja maka teori usaha-energi dapat ditentukan sebagai
berikut :
Untuk melihat hubungan antara
usaha oleh sistem gaya-gaya (Resultan gaya total) dengan energi kinetik,
perhatikan contoh di bawah ini.
Sebuah benda bermassa m berada
di atas bidang datar tanpa gesekan. Pada benda bekerja gaya F konstan sejajar
bidang dan benda dapat bergerak lurus berubah beraturan
Gambar
benda yang bergerak GLBB
Pada suatu saat, kecepatan
benda v1 dan setelah menempuh jarak s kecepatannya
menjadi v2turunan hubungan antara Usaha yang dilakukan
resultan gaya yang menjadi pada benda dengan perubahan energi kinetiknya adalah
sebagai berikut : Resultan gaya yang bekerja pada benda (benda tidak mengalami
gaya friksi)
total F= F
Usaha W
W = F s cos a
W = F s cos a = m a s (1) = m
(a s)
Ingat
hubungan v2 2 – v2 2= 2 a s
Jika
W oleh resultan gaya = 0 Tidak ada
perubahan energi kinetic (kecepatan
konstan)
W oleh resultan gaya > 0 Usaha
yang dilakukan mengakibatkan penambahan energy
kinetic
W oleh resultan gaya < 0 Usaha yang
dilakukan mengakibatkan pengurangan energy
kinetik
GAYA
KONSERVATIF DAN NON KONSERVATIF
1. Gaya konservatif
Apabila usaha yang dilakukan oleh
sebuah gaya ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga benda kembali
lagi ke posisi awal sama dengan nol maka gaya tersebut disebut sebagai gaya
konservatif.
Berikut ini contoh beberapa gaya
konservatif.
1.1. Gaya berat
Tinjau sebuah benda yang bergerak vertikal ke atas hingga mencapai
ketinggian maksimum lalu bergerak ke bawah menuju posisi semula. Ketika
bergerak vertikal ke atas sejauh h, gaya berat berlawanan arah dengan
perpindahan benda. Karena berlawanan arah dengan perpindahan benda maka gaya
berat melakukan usaha negatif pada benda.
W = w h cos
(180o) = – w h = – m g h
Setelah mencapai
ketinggian maksimum, benda bergerak ke bawah menuju posisi semula sejauh h.
Ketika bergerak ke bawah, gaya berat searah dengan perpindahan benda. Karena
searah dengan perpindahan maka gaya berat melakukan usaha positif.
W = w h cos (0o)
= – w h = – m g h
Massa benda (m),
percepatan gravitasi (g) dan ketinggian (h) sama karenanya usaha yang dilakukan
oleh gaya berat ketika benda mulai bergerak vertikal ke atas hingga kembali ke
posisinya semula sama dengan nol.
W = m g h – m g h
W = 0
1.2. Gaya pegas
Tinjau sebuah pegas yang diletakkan
horisontal. Jika ujung kanan pegas didorong atau ditekan ke kiri maka pegas
juga memberikan gaya dorong ke kanan. Anda dapat membuktikan hal ini dengan
menekan pegas. Misalnya pada ujung kanan pegas ditempatkan sebuah benda lalu
benda tersebut ditekan ke kiri. Setelah pegas menyimpang, singkirkan tangan
anda dari beban dan pegas. Pada saat tangan tidak lagi menyentuh pegas, maka
benda mendorong beban ke kanan. Ketika
benda bergerak ke kiri, arah gerakan benda berlawanan dengan arah gaya pegas.
Karena berlawanan arah maka gaya pegas melakukan usaha negatif.
W = – ½ k x2
Ketika benda bergerak ke kanan, arah gerakan atau
perpindahan beban sama dengan arah gaya pegas. Karena searah maka gaya pegas
melakukan usaha positif.
W = ½ k x2
Pegas yang digunakan sama sehingga konstanta pegas (k) sama.
Simpangan pegas juga sama. Karenanya usaha yang dilakukan oleh gaya berat
ketika benda mulai bergerak ke kiri sejauh x lalu kembali ke kanan sejauh x
sama dengan nol.
W = ½ k x2 - ½ k x2
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat dan gaya pegas selama
benda bergerak dari posisi awal hingga benda kembali lagi ke posisi semula sama
dengan nol. Apabila usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda mulai
bergerak dari posisi awal hingga benda kembali lagi ke posisi awal sama dengan
nol maka gaya tersebut disebut sebagai gaya konservatif.
2. Gaya
NonKonservatif
Apabila usaha
yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda mulai bergerak dari posisi awal
hingga kembali lagi ke posisi semula tidak sama dengan nol maka gaya tersebut
dijuluki gaya tak konservatif.
Berikut ini contoh gaya tak
konservatif :
1.1
Gaya
dorong dan gaya gesek kinetis
Tinjau sebuah benda yang didorong ke
kanan lalu didorong lagi ke kiri. Ketika bergerak atau berpindah ke kanan, arah
perpindahan benda sama dengan arah gaya dorong (F) dan berlawanan arah dengan
gaya gesek kinetis (fk).
Karena searah dengan
perpindahan maka gaya dorong melakukan usaha positif pada benda.
W = F s
Sebaliknya gaya gesek kinetis melakukan usaha negatif pada
benda.
W = – fk s
Ketika benda bergerak atau berpindah ke kiri, arah
perpindahan benda sama dengan arah gaya dorong dan berlawanan arah dengan gaya
gesek kinetis. Karena searah dengan perpindahan maka gaya dorong melakukan
usaha positif pada benda.
W = F s
Sebaliknya gaya gesek kinetis melakukan usaha negatif pada
benda.
W = – fk s
Usaha yang dilakukan oleh gaya dorong dan gaya gesek kinetis
pada benda ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga kembali lagi ke
posisi awal adalah W = 2 F s dan W = -2 fk s
Usaha yang dilakukan oleh gaya dorong dan gaya gesek kinetis
selama benda mulai bergerak dari posisi awal hingga benda kembali ke posisi
semual tidak sama dengan nol.
Apabila usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda
mulai bergerak dari posisi awal hingga kembali lagi ke posisi semula tidak sama
dengan nol maka gaya tersebut dijuluki gaya tak konservatif.