Usaha dan Energi - Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal - Ilmu Dunia

Pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari tentang Usaha dan Energi. Pelajari dan pahami dengan cermat penjelasan berikut.

Usaha

Usaha merupakan besaran skalar yang mempunyai satuan newton per meter (N-m) yang dapat disebut juga dengan joule. Suatu gaya yang bekerja pada suatu benda dapat dikatakan melakukan usaha W, jika gaya F yang bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut berpindah sejauh s. Berdasarkan definisi tersebut, usaha dapat dirumuskan sebagai:
W = F.s
atau
W = F cos α.s
Keterangan:
• W = usaha yang dilakukan (J)
• F = gaya yang bekerja (N)
• s = perpindahan (m)
• α = sudut yang terbentuk

Contoh Soal dan Pembahasan
Sebuah benda bermassa 10 kg dipindahkan dengan cara ditarik oleh Dimas. Dimas menarik benda tersebut dengan gaya sebesar 50 N sehingga berpindah sejauh 8 meter. Jika α = 60° dan gesekan antara balok dengan lantai diabaikan, berapa usaha yang dilakukan Dimas ?

Pembahasan

Sebuah benda bermassa 10 kg dipindahkan dengan cara ditarik oleh Dimas. Dimas menarik benda tersebut dengan gaya sebesar 50 N sehingga berpindah sejauh 8 meter. Jika α = 60° dan gesekan antara balok dengan lantai diabaikan, berapa usaha yang dilakukan Dimas ?

Diketahui
F = 50 N
m = 10 Kg
s = 8 m

Jawaban
W = F cos α.s
W = (50N) (cos 60°) (8m)
W = (50) (1/2) (8)
W = 200 J

Energi

Dalam fisika, energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Di sini kita akan membahas tiga macam energi, yaitu energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik.

1. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena pengaruh tempat benda tersebut. Energi potensial juga disebut energi diam. Besarnya energi potensial sebuah benda bergantung pada massa benda (m), ketinggian benda (h), dan percepatan gravitasi (g) yang memengaruhi benda. Energi potensial dapat dirumuskan sebagai:
Ep = m.g.h
Keterangan:
Ep = energi potensial (J)
m = massa benda (Kg)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s²)
h = tinggi benda (m)

Contoh Soal dan Pembahasan
Buah kelapa dengan massa 2,5 Kg jatuh dari pohonnya dengan ketinggian 4.5 m. jika percepatan gravitasi sebesar 10 m/s² .berapa energy potensialnya ?

Pembahasan

Buah kelapa dengan massa 2,5 Kg jatuh dari pohonnya dengan ketinggian 4.5 m. jika percepatan gravitasi sebesar 10 m/s². Berapa energy potensialnya ?

Diketahui
m = 2,5 Kg
h = 4,5 m
g = 10 m/s²

Jawaban
Ep = m.g.h
Ep = (2,5) (10) (4,5)
Ep = 112,5 J

2. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang dalam kondisi sedang bergerak. Energi kinetik dapat ditulis sebagai:
Ek = ½.m.v²
Keterangan:
Ek = energi kinetik (J)
m = massa benda (Kg)
v = kecepatan benda (m/s)

Contoh Soal dan Pembahasan
Sebuah batu dengan massa 30 g dipasangkan pada ketapel dan dilesat kan dengan kecepatan 15 m/s. tentukan energy kinetik pada batu tersebut ?

Pembahasan

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

Diketahui
m = 30 g = 0,03 Kg
v = 15 m/s

Jawaban
Ek = ½.m.v²
Ek = ½ (0,03) (15²)
Ek = 3,375 J

3. Energi Mekanik
Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda. Dapat dirumuskan
Em = Ep + Ek
Perhatikan gambar berikut untuk memperjelas pembahasan energi mekanik
Ketika benda jatuh benda akan mengalami perubahan energi kinetik dan energi potensial gravitasi.

Saat bola berada pada ketinggian h₁, energi potensial gravitasinya adalah EP₁ dan energi kinetiknya EK₁,saat benda mencapai ketinggian h₂, maka energi potensialnya EP₂ dan energi kinetiknya EK₂.

Dengan demikian, persamaan hukum kekekalan energi 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
Nah, demikian materi dan penjelasan yang saya berikan tentang materi Usaha dan Energi. Semoga bermanfaat bagi semuanya, semangat belajar, dan raihlah mimpimu ....