Pengertian Rumus, Contoh Soal Tentang Usaha dan Energi

Berikut Ini Pengertian Rumus, Contoh Soal Tentang Usaha dan Energi yang Lengkap

Pengertian Rumus, Contoh Soal Tentang Usaha dan Energi 

Usaha dan Energi merupakan salah satu materi dalam pembahasan materi fisika. Usaha adalah energi yang yang disalurkan agar dapat menggerakkan atau menggeser benda dengan gaya tertentu. Sedangkan Energi adalah kesanggupan untuk melakukan sebuah usaha. Untuk lebih lanjut, berikut ini kita akan membahas tentang Usaha dan Energi meliputi pengertian usaha dan energi, Rumus dan Contoh Soal Usaha dan Energi.

Pengertian Usaha dan Energi

Usaha

Pengertian usaha adalah usaha yang diarahkan agar berhasil menggerakkan suatu benda menggunakan gaya tertentu. Sedangkan secara matematis, usaha dapat dinyatakan sebagai hasil dari perkalian skalar antara gaya dan perpindahan. Berikut ini rumus persamaan usaha, yaitu:

W = F.s

W= F cos α . s

Keterangan:

W = usaha (Joule)

F = gaya (N)

s = perpindahan (m)

α = sudut yang terbentuk antara gaya dan perpindahan benda (derajat)

Usaha terbagi menjadi dua, yaitu usaha positif dan usaha negatif. Usaha positif adalah usaha yang searah dengan perpindahan benda, sedangkan usaha negatif adalah usaha yang berlawanan arag dengan perpindahan benda.

Perlu diketahui, bahwa tidak selamanya usaha dilakukan pada bidang datar, tapi juga dilakukan pada bidang miring. Lebih jelasnya berikut penjelasannya:

Usaha pada Bidang Datar

Pada gambar dibawah ini menunjukkan bahwa terdapat suatu gaya yang dibutuhkan untuk menarik suatu benda hingga pindah sejauh s.

Jika gaya tersebut membentu sudut θ terhadap perpindahan, maka rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

W = (F cos θ)s

= Fs cos θ

Usaha pada Bidang Miring

Pada gambar dibawah ini, usaha yang dilakukan benda berada diatas bidang miring. Berikut uraian komponen-komponen gaya pada gambar dibawah ini:

Berikut rumus yang digunakanpada usaha bidang miring:

W = (mg sin θ)s

= mg sin θ

Energi

Pengertian energi adalah kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha. Energi berisfat kekal dan tidak dapat musnah, hanya saja bisa berubah bentuk dari energi satu ke energi lainnya. Berikut ini macam-macam energi, antara lain:

Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda bergerak dan benda bergerak uang memiliki energi disebabkan karena adanya kecepatan. Secara matematis, energi kinetik dirumuskan sebagai berikut:

Ek = ½ mv²

Keterangan:

Ek = energi kinetik (Joule)

m = massa (kg)

v = kecepatan (m/s)

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki pada karena ketinggian. Secara matematis, energi potensial dirumuskan sebagai berikut:

Ep = mgh

Keterangan:

Ep = energi potensial (Joule)

m = massa (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = ketinggian benda (m)

Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas adalag energi potensial pada saat pegas diregangkan atau dimampatkan. Secara matematis, energi potensial pegas dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

Ep = energi potensial pegas (Joule)

k = konstanta pegas (N/m)

∆x = perubahan panjang pegas (m)

Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi hasil dari penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik. Besar energi benda selalu tetap selama tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis, energi mekanik dirumuskan sebagai berikut:

Em = Ep + Ek

Keterangan:

Em = energi mekanik (Joule)

Ep = energi potensial (Joule)

Ek = energi kinetik (Joule)

Hubungan Antara Energi dan Usaha

Usaha merupakan suatu perubahan energi pada suatu benda, baik energi kinetik atau energi potensial. Secara matematis, rumus hubungan antara energi dan usaha yaitu:

Hubungan Antara Energi dan Usaha dengan Daya

Daya juga berhubungan dengan usaha dan energi, karena daya adalah kecepatan untuk melakukan usaha. Usaha dilakukan setiap detik. Berikut rumus daya yang berhubungan antara usaha dan energi:

Keterangan:

P = daya (Watt)

t = waktu (s)

F = gaya (N)

s = perpindahan (m)

v = kecepatan (m/s)

Contoh Soal Usaha dan Energi

Contoh Soal Usaha

Sebuah balok memiliki massa 10kg ditarik dengan menggunakan daya sebesar 50N sehingga berpindah sejauh 9 meter. Jika α = 60° dan gesekan antar balok dengan lantai diabaikan, hitunglah berapa usaha yang perlu dilakukan?

Penyeleaian:

F = 100 N

m = 5 Kg

s = 5 m

α = 60°

jawaban :

W = cos α.s

W = (100 N) (cos 60° )(5 m)

W = (100 N) (½ )(5 m)

W = 250 joule

Contoh Soal Energi

Sebuah benda bermassa 5kg terjatuh dari ketinggian 10m dengan percepatan gravitasi sebesar 15ms², hitunglah berapa energi potensial yang dibutuhkan?

Penyelesaian:

m = 5kg

h = 10m

g = 15ms²

Jawab:

EP = m.g.h

EP = 5 . 15 . 10

EP = 750 J