FISIKA DASAR

Oleh :

Kuntoro Herdwiyanto

Akademi Tehnik Mesin Industri Surakarta

KERJA, ENERGI DAN DAYA

FISIKA DASAR

FISIKA DASAR

Chapter

Kerja/Usaha

1

• Kegiatan dari gaya yang mengakibatkan pergeseran sebuah benda.

• Spesifik:

Hasil kali pergeseran dengan komponen gaya yang berada dalam arah pergeseran.

…..• Lebih spesifik lagi:

Hasil dari perkalian skalar antara vektor gaya dan vektor pergeseran.

Pengertian

FISIKA DASAR

Konsep

• Lintasan pergeseran sejajar dengan sumbu x, yaitu s.

• Gaya F memiliki bekerja serong, sehingga ada dua komponen gaya yang bekerja,yaitu Fx=Fcos θ dan Fy=Fsin θ.

Kerja yang ada hanya diakibatkan oleh gaya yang sejajar sumbu x (sejajar dengan pergeseran), yaitu Fx = F cos θ.

s

θ

F

F cos θ

FISIKA DASAR

Rumus

• Secara umum, kerja (W) dirumuskan:

• Untuk lebih amannya, gunakan perkalian skalar:

Satuan kerja (W) adalah Joule• 1 Joule = 1 Nm

sFW

cossFW

sFWs

θ

F

F cos θ

FISIKA DASAR

Rumus

• Gaya gesekan seringkali menghambat gerak benda dan berlawanan arah dengan perpindahan /pergeseran.

• Gaya Gesekan melakukan usaha negatif (-)

• W = Kerja/Usaha [N.m]• F = Gaya yang ada [N]• Fk = Gaya Gesek yang terjadi [N]• S = Pergeseran [m]

s)fkF(

s.fksFW

FISIKA DASAR

Strategi Pemecahan Masalah

• Gambarkan kondisi sistem dan tunjukkan gaya-gaya yang bekerja.

• Gambar gaya-gaya yang bekerja pada sistem termasuk besar dan arah vektor.

• Pastikan besaran sudut θ

• Hitung kerja pada tiap gaya dengan W = Fs cos θ

• Hitung Kerja yang dilakukan. Periksa arah kerja dengan arah perpindahan energi. Jika energi sistem bertambah, gaya yang bekerja adalah positif. Jika energi sistem berkurang, gaya yang bekerja adalah negatif.

FISIKA DASAR

Latihan Soal 1

1. Sebuah gaya horizontal 30 N mendorong sebuah balok diatas lantai licin. Beberapa joule usaha yang terjadi jika balok berpindah sejauh 75 cm?

2. Masa benda m=60 kg diatas lantai diangkat sampai ketinggian 5 m. Berapa usaha yang dilakukan pada benda tersebut?

3. Sebuah gaya konstan 20 N dikerjakan pada benda sehingga berpindah sejauh 13 m. Hitung usaha yang dikerjakan oleh gaya tersebut bila sudut antara gaya dan pepindahan (a) 0˚, (b) 60˚, (c) 90˚, (d) 135˚, (e) 150˚, (f) 180˚

FISIKA DASAR

Latihan Soal

4. Sebuah benda ditarik dengan gaya

F = 50N, θ = 36,9 ˚, pergeseran yang terjadi s = 20m, dan gaya gesek Fk = 15 N. Tentukan Usaha/kerja yang dilakukan pada benda tersebut

s

θ

F

F cos θFk

FISIKA DASAR

Pengertian

• Kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja.

• Energi memiliki sifat yang khas yaitu tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Hanya dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu kebentuk yang lain.

• Energi bermanfaat saat terjadi perubahan bentuk, karena pada saat itu terjadi usaha yang bisa dimanfaatkan.

• Ex. Energi kimia dirubah menjadi energi listrik didalam senter kemudian dimanfaatkan untuk menyalakan lampu

Chapter 2

Energi

FISIKA DASAR

Pengertian – konversi energi

FISIKA DASAR

Pengertian• ENERGI POTENSIAL• Energi yang dimiliki benda karena keadaan atau

kedudukannya

• Energi yang masih tersimpan maupun atau tersembunyi di dalam benda, tetapi jika diberi kesempatan energi ini bisa dimanfaatkan menjadi usaha.

• Ex. Energi potensial gravitasi, energi potensial pegas, energi potensial listrik, energi potensial nuklir dan sebagainya.

mghEP EP = Energi Potensial gravitasi [J]

m = Massa benda [kg]

g = percepatan gravitasi [ms-2]

h = ketinggian terhadap acuan [m]

FISIKA DASAR

Pengertian• ENERGI KINETIK

Energi yang dimiliki benda karena gerakannya ataupun kecepatannya

2mv2

1EK

EK = Energi Kinetik [J]

m = Massa benda [kg]

v = kecepatan benda [ms-1]

W = ∆EK

Kerja = perubahan energi kinetik

FISIKA DASAR

Pengertian• ENERGI PEGAS (Potensial Elastis)

Energi yang dimiliki karena adanya tarikan atau penekanan pegas.

2.2

1xkEp

Ep = Energi Potensial Pegas [J]

k = Konstanta pegas [kg/m]

x = jarak tarikan [m]

FISIKA DASAR

Pengertian• ENERGI MEKANIK

Energi didapatkan dari jumlah energi potensial dan kinetik.

• ContohBenda bermassa m yang berada pada kedudukan 1 dilakukan usaha W sehingga benda tersebut berpindah pada kedudukan 2, maka usaha yang dilakukan sama dngan perubahan energi mekanik (ΔEM) yang dialami benda itu

h2

h1

Kedudukan 1

Kedudukan 2

v1

v2

FISIKA DASAR

Rumus

)mv2

1mv

2

1()mghmgh(

)mv2

1mgh()mv

2

1mgh(

EKEP)EKEP(

EMEMEMs.FW

21

2212

211

222

1122

12

EM = EP + EK = Konstan (J)

Konservasi/Kekekalan Energi

EKi + EPi = EKf + EPf

I = initial, f = after

FISIKA DASAR

Strategi Pemecahan Masalah

• Identifikasikan sistem dengan cermat. Pastikan sistem adalah ‘closed system’, tidak ada obyek yang masuk atau keluar.

• Identifikasikan bentuk-bentuk energi dalam sistem.

• Identifikasikan keadaan awal dan keadaan akhir sistem.

• Apakah sistem terisolasi ? • Jika terdapat energi mekanik di dalam

sistem, putuskan referensi untuk energi potensial. Gambar grafik seperti di samping jika diperlukan.

FISIKA DASAR

Pengertian

• DAYA : Laju usaha yang dilakukan terhadap satuan waktu

Chapter 2

Daya t

WP

P = Daya [W]

W = Usaha/Kerja [J]

t = Waktu [t]

1 Watt = 1 J.s-1 = 1 kg.m2.s-3 = 1 Nms-1

1 KW = 1000 watt

1 hp = 746 W

FISIKA DASAR

Latihan Soal 2

5. Sebuah batu dengan masa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 100m. Jika percepatan gravitasi 10 ms-2, Tentukan usaha yang dilakukan oleh gaya berat batu sampai ketinggian 20 m !

6. Seorang dengan massa 60 kg menaiki tangga yang tingginya 15 m dalam waktu 2 menit. Jika g=9,8 ms-2, Maka Berapa daya yang dikeluarkan orang itu?

7. Seorang anak menahan bola seberat 4 kg di lengannya selama 10 detik. Lengan dia terletak 1,5m di atas tanah. Jika g=10ms-1, berapa kerja yang dilakukan oleh anak tersebut ?

FISIKA DASAR

Latihan Soal

8. Karena angin, sebuah batang pohon dengan m = 22kg tumbang. Ketinggian awal 13,3m diatas tanah, dan menimpa atap rumah dengan ketinggian 6m.

Berapa - Energi kinetik batang pohon

ketika menimpa atap rumah ?

- Kecepatan batang pohon ketika

menyentuh atap rumah

FISIKA DASAR

Latihan Soal

9. Seseorang melakukan ski mulai pada ketinggian 45m pada sebuah puncak bukit es yang miring membentuk sudut 30o ke bawah dan naik lagi ke ketinggian 40m ke bukit es lainnya. Seandainya gesekan diabaikan, berapa kecepatan orang tersebut ketika sampai di bawah dan berapa kecepatannya ketika melewati puncak selanjutnya ?

Apakah sudut dari bukit mempengaruhi kecepatan ?

FISIKA DASAR

Latihan Soal (lanjutan)

10. Seorang pengendara dan sepedanya naik menuju sebuah puncak bukit dengan kecepatan 8,5 m/s Massa pengendara termasuk sepeda adalah 85 kg.

Berapa Energi Kinetik awal dari sistem ?

Dengan asumsi tanpa gesekan dan tanpa tambahan gaya, berapa ketinggian sisa yang dapat dicapai oleh pengendara ?

FISIKA DASAR

Latihan Soal (lanjutan)11. Sebuah kereta luncur dan

pengendaranya, dengan total massa 95 kg, berada tepat di puncak bukit dengan ketinggian 25 m. Tinggi bukit kedua adalah 12 m. Pengendara melakukan kerja awal (dorongan ) sebesar 3.674 J. Seandainya gesekan diabaikan, berapa kecepatan kereta ketika melewati puncak bukit yang kedua ?