USAHA DAN ENERGI

(Bagian 1)

Pada materi sebelumnya, ktai menggunakan hukum Newton untuk menganalisis gerak benda. Informasi gaya dan massa digunakan untuk menentukan percepatan suatu benda. Informasi percepatan kemudian digunakan untuk menentukan informasi tentang kecepatan atau perpindahan suatu benda setelah periode waktu tertentu. Dengan cara ini, hukum Newton berfungsi sebagai model yang berguna untuk menganalisis gerakan dan membuat prediksi tentang keadaan akhir gerakan suatu benda. Dalam unit ini, model yang sepenuhnya berbeda akan digunakan untuk menganalisis gerakan objek. Gerak akan didekati dari perspektif usaha dan energi. Pengaruh usaha terhadap energi suatu benda (atau sistem benda) akan diselidiki; kecepatan dan / atau tinggi benda yang dihasilkan kemudian dapat diprediksi dari informasi energi.

USAHA

Ketika suatu gaya bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan perpindahan benda, dikatakan bahwa benda tersebut melakukan usaha. Ada tiga unsur utama untuk melakukan usaha yaitu gaya, perpindahan, dan sudut (theta). Agar suatu gaya memenuhi syarat melakukan usaha pada suatu benda, harus ada perpindahan dan gaya harus menyebabkan perpindahan. Ada beberapa contoh usaha yang dapat diamati dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya seekor kuda menarik bajak melalui ladang, seorang ayah mendorong gerobak kelontong di lorong toko bahan makanan, seorang mahasiswa baru mengangkat ransel penuh buku di bahunya, seorang atlet angkat besi mengangkat barbel di atas kepalanya, seorang atlet Olimpiade meluncurkan tolak peluru, dll. Dalam setiap kasus yang dijelaskan di sini, ada gaya yang diberikan pada suatu benda untuk menyebabkan benda tersebut dipindahkan.

Secara matematis, usaha dapat diekspresikan dengan persamaan berikut.

W = F • d • cos Θ

dimana :

W = Usaha (Joule)

F = gaya (Newton)

D = perpindahan (Meter)

Θ  = sudut (theta) didefinisikan sebagai sudut antara gaya dan vektor perpindahan.

Mungkin aspek yang paling sulit dari persamaan di atas adalah sudut "theta". Sudutnya bukan sembarang sudut, melainkan sudut yang sangat spesifik. Ukuran sudut didefinisikan sebagai sudut antara gaya dan perpindahan. Untuk mengumpulkan gagasan tentang maknanya, pertimbangkan tiga skenario berikut.

Skenario A: Suatu gaya melakukan usaha ke kanan pada suatu benda saat ia dipindahkan ke kanan. Dalam contoh ini, vektor gaya dan vektor perpindahan berada pada arah yang sama. Jadi, sudut antara F dan d adalah 0 derajat.

Skenario B: Suatu gaya melakukan usaha ke kiri pada suatu benda yang dipindahkan ke kanan. Dalam contoh ini, vektor gaya dan vektor perpindahan berada pada arah yang berlawanan. Jadi, sudut antara F dan d adalah 180 derajat.

Skenario C: Suatu gaya melakukan usaha ke atas pada suatu benda saat ia dipindahkan ke kanan. Dalam contoh ini, vektor gaya dan vektor perpindahan berada pada sudut siku-siku satu sama lain. Jadi, sudut antara F dan d adalah 90 derajat. Disini benda tidak akan bisa melakukan usaha karena cos dari 90 derajat adalah 0.

Berikut sudut-sudut istimewa yang biasa digunakan

 

 

Catatan:

gaya vertikal tidak melakukan usaha pada benda yang bergeser secara horizontal !!

Usaha dijelaskan terjadi ketika gaya melakukan usaha pada suatu benda untuk menyebabkan perpindahan. Ketika suatu gaya melakukan usaha menyebabkan suatu benda bergeser, tiga besaran harus diketahui untuk menghitung usaha. Ketiga besaran tersebut adalah gaya, perpindahan dan sudut antara gaya dan gaya gerak. Usaha selanjutnya dihitung sebagai gaya • perpindahan • cosinus (theta) di mana theta adalah sudut antara gaya dan vektor perpindahan.

Latihan:

1.     1.  Hitunglah usaha yang bekerja pada diagram di bawah ini jika perpindahan yang dilakukan benda 5 meter!

2.      Hitunglah usaha pada gambar di bawah ini!

Materi ini diambil dan diolah dari https://www.physicsclassroom.com/