View
165
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
67
A. Gaya DapatMelakukan Usaha
B. Energi dan Usaha
C. Gaya Konservatif danHukum KekekalanEnergi Mekanik
D. Daya
Usaha, Energi, dan Daya
Pada saat atlet angkat besi mengangkat beban, sebetulnya ia sedangmelakukan kerja pada beban yang disimpan sebagai energi potensial.
Sumber: Fundamentals of Physics, 2001
• menganalisis hubungan antara usaha, perubahan energi dan hukumkekekalan energi mekanik;
• menerapkan hukum kekekalan energi mekanik untuk menganalisis gerakdalam kehidupan sehari-hari.
Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:
menganalisis gejala alam dan keteraturan dalam cakupan mekanika benda titik.
Hasil yang harus Anda capai:
Bab
3
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI68
A. Gaya Dapat Melakukan Usaha
1. Pengertian Usaha
Gambar 3.1Togar melakukan usaha(W) dengan
mentransfer energi melalui gayadorong F sehingga mobil berpindah
sejauh s.
F
s
Tes Kompetensi Awal
Gambar 3.2(a) Usaha oleh gaya F yang
membentuk sudut terhadapperpindahan benda s.
(b) Penguraian vektor F menjadikomponen-komponennya.
F sin
F cos
F
arah perpindahan
F
s
Usaha, Energi, dan Daya 69
F
Gambar 3.3Fadli sedang menggendong tas.
w
Gambar 3.4Seorang anak sedang bersandarpada dinding.
F
Contoh 3.1
F
F cos
s
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI70
--
James Prescott Joule(1824–1907)
James Prescott Joule lahir di Salford,Inggris. Ia adalah fisikawan kenamaanInggris yang berperan dalamperumusan Hukum Kekekalan Energi.Pada 1840, Joule mendeklarasikansebuah hukum, yang dikenal sebagaiHukum Joule, yaitu tentang panasyang diproduksi dalam konduktorlistrik. Untuk menghormati jasa-jasanya, nama Joule digunakansebagai satuan energi dan usaha.
Tokoh
Sumber: Jendela Iptek, 1997
Contoh 3.2
Contoh 3.3
F
N
fk
s
w
12
12
Usaha, Energi, dan Daya 71
Gambar 3.6Grafik gaya (F) terhadapperpindahan (s) dengan gaya (F)tidak konstan atau berubah-ubah.
F (N)B C
D E GA 2 4 5 7 s
F–40
40
Gambar 3.7Usaha merupakan luas daeraharsir di antara s1 dan s2 padakurva antara gaya F danperpindahan s.
2. Menentukan Usaha dari Grafik Gaya TerhadapPerpindahan
Contoh 3.4
s
s1 s2 s
F
Kata Kunci• usaha negatif• usaha nol• usaha positif
Gambar 3.5Pada besar F konstan, W = luasdaerah di bawah kurva F(t).
ss1 s2
F
s
F = s F(t)
s1 s2 s
F2
1
s
sF d s
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI72
B. Energi dan Usaha
1. Energi Kinetik dan Teori Usaha-Energi
Tes Kompetensi Subbab A
2 4
6 8
F (N)4
– 4
x (cm)
7
Usaha, Energi, dan Daya 73
Tugas Anda 3.1Amatilah perubahan energi yangterjadi di sekitar Anda. Diskusikanlahhal tersebut bersama teman Anda,apakah perubahan energi yang terjadiakan memengaruhi usaha yangdilakukan?
Gambar 3.8Besar usaha yang dilakukan olehpengemudi becak sama denganbesar gaya yang bekerja pada becakdikalikan dengan besarperpindahannya.
Vt
V0
F
sA B
Contoh 3.5
2 22 1m
Contoh 3.6
s
F
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI74
2. Energi Potensial
a. Energi Potensial Gravitasi
--
Gambar 3.9Menegangkan tali panah dan
katapel memunculkan energipotensial.
Gambar 3.10Usaha yang dibutuhkan Pak
Simbolon untuk mengangkatikan setinggi h adalah W = mgh.
F
h
mg
Gambar 3.11Sebuah benda yang diangkat oleh
gaya dorong Ftangan = mg dari posisiy1 ke y2.
h
y1
y2
s Ftangan= mg
Fgravitasi=mg
Usaha, Energi, dan Daya 75
Contoh 3.7
Gambar 3.12(a) Farid memindahkan balok ke
ketinggian h menggunakanbidang miring, sedangkan
(b) Samuel menggunakan katroldengan lintasan vertikal.
Samakah usaha yang dilakukankeduanya?
h
mg
N
s
mg
F =mg sin
h
A
B
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI76
Gambar 3.13(a) Keadaan awal benda dalam
posisi seimbang.(b) Pegas ditarik sejauh
simpangan y2.(c) Posisi benda kembali ke titik
setimbang karena gayapegas F = –ky2.
b. Energi Potensial Elastis Pegas
y2'
y2
y1=0
Contoh 3.8
pE
Sumber: Fisika untuk Sains dan Teknik, 1998
Tantanganuntuk Anda
Perhatikan gambar di atas. Jikaseorang ahli gizi menyatakanbahwa pada pizza isi daging dankeju tersebut mengandung energi16 megajoule, bagaimanapendapat Anda jika dikaitkandengan konsep Fisika? Bagaimanacara mendapatkan angka tersebut?
Usaha, Energi, dan Daya 77
Tes Kompetensi Subbab B
Kata Kunci• energi kinetik• energi potensial
F
F
Contoh 3.9
C. Gaya Konservatif dan Hukum KekekalanEnergi Mekanik
Gambar 3.14Gaya pada pegas merupakan gayakonservatif.
m
m
m
x
v
v
k
licin
x1
x2
x = x2 – x
1
licin
licin
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI78
Tugas Anda 3.2Sebutkan contoh-contoh gayakonservatif yang ada di sekitar Anda.
Gambar 3.15Seseorang sedang melakukan
usaha memindahkan peti.
Usaha, Energi, dan Daya 79
1. Perumusan Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Gambar 3.16Balok dijatuhkan dari ketinggiantertentu.
1v1
v2 2
mgh2
h1
Contoh 3.10
h
m
v2 = 0
h2 = h
h1 = 0
v1 = v
0
Ek2
; Ep2
Ek1
; Ep1
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI80
2Am
20m
h
v0
k
ha
hb
hc
A
B
C
b
s
30°
Contoh 3.11
Contoh 3.12
Tugas Anda 3.3Apakah Anda tahu olahraga bungeejumping? Selidikilah Hukum KekekalanEnergi yang bekerja saat orangmelakukan bungee jumping.
Usaha, Energi, dan Daya 81
Pembahasan Soal
Dua buah benda A dan B yangbermassa masing-masing m, jatuhbebas dari ketinggian h meter dan 2hmeter. Jika A menyentuh tanahdengan kecepatan v m/s, benda B akanmenyentuh tanah dengan energikinetik sebesar ....
a. 32 mv2 d. 1
2 mv2
b. mv2 e. 14 mv2
c. 34 mv2
Soal UMPTN Tahun 1989
Pembahasan:h
B = 2h
A
Berarti, EpB
= 2 EpA
Sesuai dengan Hukum KekekalanEnergi Mekanik makaE
pB – E
pA = E
kA – E
kB
EkB
= 2 EkA
= 2 12
2mv
= mv2
Jawaban: b
3 k
k 3 k
k
N/m 3
A
C
B
80 cm50 cm
Contoh 3.13
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI82
B
A
lintasan loop
Gambar 3.17Lintasan roller coaster.
2. Analisis Gerak pada Roller Coaster
minC
Gambar 3.18Lintasan roller coaster dengan
loop berbentuk lingkaran.
B
CA
Sumber: Dokumentasi Penerbit
Nc mg
Usaha, Energi, dan Daya 83
Contoh 3.14
Kata Kunci• energi mekanik• gaya konservatif• gaya sentripetal• kelajuan minimal• konstanta pegas
Tes Kompetensi Subbab C
Av
B
NB
mg
R
hA
C
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI84
D. Daya
Tugas Anda 3.4Sebutkan contoh alat-alat yangmencantumkan besaran daya yang adadi sekitar Anda.
Usaha, Energi, dan Daya 85
Contoh 3.15
Contoh 3.16
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI86
Tes Kompetensi Subbab D
m = 2 kgF
30°
Rangkuman
Wtotal
= W1+W
2
W1
F
s
W2
Usaha, Energi, dan Daya 87
Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda dapatmemahami konsep usaha, energi, dan daya. Anda jugatentu dapat mengetahui hubungan antara usaha, energi,dan daya. Nah, dari materi-materi bab ini, bagianmanakah yang Anda anggap sulit? Coba diskusikandengan teman atau guru Fisika Anda.
Refleksi
Dengan mempelajari konsep usaha, Anda dapatmenentukan usaha dengan menentukan lintasan yanglebih efisien untuk dilakukan. Hal tersebut adalah salahsatu manfaat mempelajari bab ini. Coba Anda sebutkanmanfaat lain setelah mempelajari bab ini.
Peta Konsep
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI88
Tes Kompetensi Bab 3
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dan kerjakanlah pada buku latihan.
Usaha, Energi, dan Daya 89
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI90
A
B
C
hA
hB
hC
lintasanroller coaster
v0
vx
vy
v
0
gedung120 m
B
A
vx
vy
vlantai gedung
Recommended