POJOK IPA

USAHA

 

a.   Pengertian Usaha

Dalam ilmu Fisika, usaha adalah perpindahan benda akibat adanya gaya yang mengenai benda itu.

Apabila benda yang dikenai gaya tidak berpindah, maka dikatakan tidak terjadi usaha atau besarnya usaha sama dengan nol.

Joule atau Newton meter adalah satuan usaha dalam sistem SI (MKS).

Dalam sistem CGS, satuan gaya adalah erg atau dyne centimeter. Kesetaraan kedua satuan tersebut 1 Joule = 10⁷ erg (1 N = 105 dyne).

Contoh usaha:

Seorang mendorong tori belanja, berarti ia melakukan usaha terhadap troli.

Seseorang mendorong mobil mogok, berarti ia melakukan usaha terhadap mobil.

Kuda menarik gerobak, berarti kuda melakukan usaha terhadap gerobak.

Seseorang berlari mengelilingi lapangan, berarti ia melakukan usaha menggerakkan otot-ototnya, dan lain sebagainya.

 

b.   Besar Usaha

Seseorang mendorong mobil yang mogok hingga mobil berpindah tempat.

Dalam hal ini, pada mobil bekerja suatu gaya yang mengakibatkan terjadinya perpindahan.

Selama gaya bekerja dan terjadi perpindahan, orang tersebut dikatakan melakukan usaha

W = F . s 

Keterangan :

W =   Usaha (Joule atau Nm)

F   =   Gaya (N)

s   =   jarak perpindahan (m)

Untuk suatu gaya yang membentuk sudut (α) antara arah gaya dengan arah perpindahan besar gaya dapat dirumuskan sebagai berikut:

W = F . s . cos α

Nilai suatu usaha

Usaha bernilai positif

Usaha bernilai positif apabila gaya yang bekerja pada benda searah dengan arah perpindahan benda.

Contoh soal: 

Anton dan Banu bersama-sama mendorong meja ke kanan. Anton mengeluarkan gaya 15 Newton dan Banu mengeluarkan gaya 20 Newton. Jika meja bergeser 5 meter ke kanan, berapa besar usaha kedua anak tersebut ?

Diketahui   :    Gaya Anton (F_A)   = 15 N

                        Gaya Banu (F_B)   = 20 N

                        Perpindahan (s)   = 5 meter

Ditanya      :    Besar usaha (W)  = . . . . ?

Jawab         :    W_A = F_A x s = 15 N x 5 m = 75 joule

                        W_B = F_B x s = 20 N x 5 m = 100 joule

                        Wtotal = W_A = W_B =  75 + 100 = 175 joule       

Usaha bernilai negatif

Usaha bernilai negatif apabila gaya yang bekerja pada benda berlawanan arah dengan perpindahan benda; atau ada usaha bersama yang dilakukan oleh dua buah gaya yang arahnya berlawanan dengan selisih usaha yang dilakukan tiap-tiap gaya itu.

Contoh soal:

Caca dan Dedi bermain tarik tambang, Caca menarik ke kiri dengan gaya 40 Newton sedangkan Dedi menarik tambang ke kanan dengan gaya 50 Newton. Tambang bergerak ke kanan sejauh 4 meter.

Berapakah usaha yang dilakukan Cacadan Dedi?

Berapakah usaha yang dilakukan terhadap tambang?

Diketahui   :    Gaya Caca (F_C) = 40 N ke kiri

                        Gaya Caca (F_D) = 50 N ke kanan

                        Perpindahan (s) = 4 m ke kanan

Ditanya      :    Usaha Caca (W_C) dan Usaha Dedi (W_D)

                        Usaha terhadap tambang (W_T)

Jawab         :

Dalam soal tersebut ada dua gaya yang berlawanan (ke kiri dan ke kanan). Oleh karena perpindahan ke kanan, gaya yang dilakukan Caca diberi tanda negatif (-), gaya tersebut dikeluarkan untuk melawan perpindahan. Sebaliknya, gaya yang dike-luarkan Dedi diberi tanda positif (+) karena searah perpindahan.

Usaha Caca   : W_C  = F_C × s = -40 N × 4 m = -160 J

Usaha Dedi      : W_D  = F_D × s = 50 N × 4 m = 200 J

Jadi usaha Caca = -160 J dan usaha Dedi = 200 J

Usaha terhadap tambang adalah perpaduan usaha kedua anak tersebut W_T = W_C + W_D = -160 J + 200 J = 40 J

Jadi, usaha terhadap tambang sebesar 40 J

Usaha bernilai nol

Gaya bekerja pada benda, tetapi benda tidak mengalami perpindahan (s=0).

Contoh soal:

Eko mendorong dinding tembok tebal dengan gaya 50 N dan ternyata dinding diam. Berapa usaha yang dilakukan Eko?

Diketahui   :    Gaya Eko (F_E) = 50 N

                        Perpindahan (s) = 0 m

Ditanya      :    Usaha Eko (W_E) = …. ?

Jawab         :    W_E = F_E × s = 50 N × 0 m = 0 Joule

Jadi, usaha Edi = 0 atau Edi tidak melakukan usaha

 

Dua gaya segaris berlawanan arah yang tidak sama besarnya.

Contoh soal:

Galih dan Heri bermain tarik tambang. Galih menarik ke kiri dengan gaya 40 N sedangkan Heri menarik ke kanan dengan gaya 40 N. Berapa usaha yang dilakukan Galih dan Heri?

Penyelesaian :

 

Diketahui   :    Gaya Galih (FG) = 40 N ke kiri

                        Gaya Heri (FH) = 40 N ke kanan

 

Ditanya      :    Usaha Galih (WG) …. ?

Jawab         :     Karena gaya ke kiri sama dengan gaya ke kanan, maka tambang tidak bergerak.

                        Dengan demikian tidak ada perpindahan atau s = 0.

                        Usaha Galih         : W_G = F_G × s = -40 N × 0 m = 0 Joule

                        Usaha Heri          : W_H = F_H × s = 40 N × 0 m = 0 Joule

                        Jadi, usaha yang dilakukan Galih = 0; dan usaha yang dilakukan Heri = 0

               

Gaya yang bekerja arahnya tegak lurus dengan arah perpindahan.

Contoh Soal:

Sebuah truk mogok didorong dengan gaya 150 N sehingga berpindah sejauh 5 meter.

Berapa usaha yang dilakukan gaya berat truk tersebut?

Penyelesaian:

 

                        Dalam soal tersebut gaya berat arahnya ke bawah. Dengan demikian, arah gaya berat tegak lurus dengan perpindahan. Maka besar = 90°.

                        Besar usaha yang dilakukan gaya berat dapat dihitung menurut rumus:

 

W  = F × s × cos α

      150 × 5 × cos 90°

      150 × 5 × 0 = 0

                        Jadi, usaha oleh berat truk besarnya nol.

 

DAYA

Daya adalah “perubahan energi setiap satu sekon (detik)”.

Satuan daya menurut SI dan MKS menggunakan Watt (W),

satuan yang lain adalah Horse Power (HP) atau tenaga kuda (Pk).

Di mana: 1 HP = 1 Pk = 746 W

Rumus persamaan matematis daya:

 

Contoh soal:

Berapakah energi yang dibutuhkan oleh sepuluh buah lampu dengan daya 16 watt untuk menyala selama 2 menit?

 

Diketahui   :    Usaha (P) = 16 watt

                        Waktu (t) = 2 menit = 120 detik

Ditanya      :    Energi

Jawab         :    P = E/t → E = P x t

                           = 16 watt x 120 detik = 1.920 joule

 

Ayah mengangkat sebuah keranjang buah seberat 750 N, setinggi 4,0 m dalam waktu 8,0 sekon. Berapakah daya yang diperlukan ayah?

Diketahui   :    F = 750 N

                        t = 8 dt

                        s = 4 m

Jawab         :    P = W/t

                        P = (F x s) / t

                        P = (750 N x 4 m) / 8 dt = 375 watt         

.

Share this post