USAHA DAN ENERGI

Assalamu'alaikum wr.wb.

Di hari yang berbahagia ini, mari kita kaji konsep fisika yang sangat menarik, yaitu USAHA DAN ENERGI.

A. USAHA

Usaha adalah besarnya energi yang diberikan oleh suatu gaya untuk merubah posisi suatu benda sehingga benda tersebut dikatakan bergerak.

Dalam fisika, usaha pada dilambangkan dengan huruf W, merupakan singkatan dari kata work yang artinya kerja. Secara sederhana, usaha merupakan hasil kali gaya dengan perpindahan, atau perubahan energi mekanik benda.

• Untuk benda yang mengalami perubahan gaya, jika Gaya dan perpindahan benda digambarkan grafik, maka Usaha adalah besar Luas di bawah grafik.

• Usaha oleh gaya konservatif (gaya berat, gaya gravitasi, dan gaya pegas) sama dengan negatif perubahan energi potensial.

• Usaha oleh gaya non konservatif (gaya gesekan, gaya mesin, gaya otot) sama dengan perubahan energi mekaniknya.

• Akibat dari gaya konservatif pada lintasan horizontal, Usaha sama dengan perubahan energi kinetiknya.

B. HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK

Jika pada suatu benda yang bekerja hanya gaya-gaya yang konservatif, maka berlaku hukum kekekalan energi mekanik

berikut ini beberapa contoh soal Usaha dan Energi.

EVALUASI PEMAHAMAN :

Untuk lebih memahami lagi konsep Usaha dan Energi, silakan dijawab beberapa pertanyaan berikut !
Jawaban diketik dengan Ms.Word font Arial ukuran 11, persamaan matematika menggunakan equation, lalu diemailkan ke : ruddy.albayan@gmail.com


SESI I

1.       Sebuah mobil bermassa 800 kg dari keadaan diam dipercepat 4 ms^-2 selama 5 sekon, maka usaha yang dilakukan adalah ....

2.       Sebuah benda bermassa 4 kg bergerak dengan kecepatan 8 m/s. Akibat gaya gesekan antara benda dan lantai mengalami perlambatan 2 m/s². Besar usaha untuk mengatasi gaya gesekan selama 3 sekon adalah ....

3.       Sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal 4 m/s dikenai gaya konstan sebesar 60  N searah dengan arah gerak benda selama 10 detik. Jika massa benda adalah 5 kg, usaha yang dilakukan pada benda adalah ....

4.       Sebuah batu yang massanya 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 100 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², maka usaha yang dilakukan oleh gaya berat batu sampai ketinggian 20 m adalah ....

5.       Sebuah benda bermassa 1 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s, g = 10 m/s², maka energi kinetik benda saat mencapai setengah ketinggian maksimumnya adalah ....

SESI II

1.       Sebuah meja massanya 10 kg mula-mula diam di atas lantai llicin, didorong selama 3 sekon bergerak lurus dengan percepatan 2 m/s². Besar usaha yang terjadi adalah ....

2.       Sepotong balok bermassa 20 kg berada dalam keadaan diam pada bidang horizontal yang licin. Kemudian balok dipukul hingga bergerak dengan percepatan 0,8 m/s². Usaha yang dilakukan balok pada 10 sekon pertama gerakannya adalah ....

3.       Seorang pekerja menarik ember berisi air yang bermassa 5 kg yang diikat dengan tali, dari ketinggian 5 meter sampai pada ketinggian 20 meter. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², usaha yang harus dilakukan adalah ....

4.       Sebuah bola bermassa 0,1 kg dilempar mendatar dengan kecepatan 6 ms^-1 dari atap gedung setinggi 5 m. Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 ms^-2, energi kinetik bola di ketinggian 2 m adalah ....

5.       Benda dengan massa 3 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika g = 10 m/s², maka energi potensial benda saat mencapai titik tertinggi adalah ....

SESI III

1.       Sebuah mobil bermassa 2000 kg dari keadaan diam dipercepat 5 ms^-2 selama 8 sekon, maka usaha yang dilakukan adalah ....

2.       Sebuah benda bermassa m bergerak dengan kecepatan 8 m/s. Akibat gaya gesekan antara benda dan lantai mengalami perlambatan 2 m/s². Besar usaha untuk mengatasi gaya gesekan selama 3 sekon adalah 200.000 Joule. Tentukan nilai m !

3.       Sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s dikenai gaya konstan sebesar 100  N searah dengan arah gerak benda selama 5 detik. Jika massa benda adalah 2 kg, usaha yang dilakukan pada benda adalah ....

4.       Sebuah batu yang massanya 20 kg jatuh bebas dari ketinggian 8 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², maka usaha yang dilakukan oleh gaya berat batu sampai ketinggian 2 m adalah ....

5.       Sebuah benda bermassa 1 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s, g = 10 m/s², maka energi kinetik benda saat mencapai seperempat ketinggian maksimumnya adalah ....

SESI IV

1.       Sebuah meja massanya 5 kg mula-mula diam di atas lantai llicin, didorong selama t sekon bergerak lurus dengan percepatan 2 m/s². Besar usaha yang terjadi adalah 40 joule. Besar t adalah ...

2.       Sepotong balok bermassa 5 kg berada dalam keadaan diam pada bidang horizontal yang licin. Kemudian balok dipukul hingga bergerak dengan percepatan 2 m/s². Usaha yang dilakukan balok pada 10 sekon pertama gerakannya adalah ....

3.       Seorang pekerja menarik ember berisi air yang bermassa 25 kg yang diikat dengan tali, dari ketinggian 2 meter sampai pada ketinggian 5 meter. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², usaha yang harus dilakukan adalah ....

4.       Sebuah bola bermassa 800 gram dilempar mendatar dengan kecepatan 10 ms^-1 dari atap gedung setinggi 10 m. Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 ms^-2, energi kinetik bola di ketinggian 5 m adalah ....

5.       Benda dengan massa 30 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Jika g = 10 m/s², maka energi potensial benda saat mencapai titik tertinggi adalah ....

GRAVITASI

Assalamu'alaikum wr wb

Alhamdulillah,, setelah liburan satu tahun, kita berjumpa lagi untuk mempelajari teori gravitasi. Berikut ini beberapa bahasan dalam teori gravitasi yang dipelajari di SMA Kelas  X.

1. Gaya Gravitasi (dijelaskan singkat pada gambar di atas)


2 Medan Gravitasi (dijelaskan singkat pada gambar di atas)

3. Energi Potensial gravitasi (Ep) dan Potensial Gravitasi

Energi potensial gravitasi di bumi adalah besarnya energi yang dibutuhkan untuk melempar suatu benda bermassa m menuju tempat yang jauh tak terhingga sehingga benda tersebut tidak tertarik lagi ke bumi.

4. Potensial gravitasi

Potensial Gravitasi adalah energi potensial gravitasi tiap satuan massa.

5. Kelajuan Lepas (v_L)

Adalah kelajuan suatu benda yang dilempar dari permukaan bumi namun tidak kembali lagi ke bumi .

Untuk menentukan kelajuan lepas kita gunakan hukum kekekalan energi mekanik.

G = 6,67 X 10^-11 Nm²kg^-2

M = massa bumi (6 x 10²⁴ kg)

r_BM = jari-jari bumi ( 6,4 x 10⁶ m)

dengan memasukkan nilai di atas, diperoleh kelajuan lepas di permukaan bumi adalah :

V_l = 11.183 m/s.

6. Kelajuan Planet dan satelit

Suatu planet mengitari matahari karena pengaruh gaya gravitasi. Karena planet dianggap bergerak melingkar, maka gaya gravitasi yang bekerja pada planet sama dengan gaya sentripetalnya

7. Penentuan Massa Matahari

Penentuan massa matahari didasarkan pada gerak bumi mengelilingi matahari, bahwa gaya gravitasi bumi sama dengan gaya sentripetalnya.

Silakan masukkan angkanya

r = jarak  bumi terhadap matahari = 150 x 10⁹ m

T = periode bumi berevolusi mengelilingi matahari =   

       (365 hari x 24 jam x 3600 ) detik   =……

didapat Massa matahari adalah 2 x 10³⁰ kg.

8. Hukum Keppler

Hukum Keppler membahas gerak planet-planet mengelilingi matahari. Ada 3 macam hukum Keppler.

a.     Hukum I Keppler

“Planet-planet bergerak mengelilingi matahari dalam lintasan berbentuk ellipse, di mana matahari terletak di salah satu titik fokusnya”

b.       Hukum II Keppler

‘Dalam rentang waktu yang sama, suatu planet menyapu bidang yang sama terhadap matahari.”

c.        Hukum III Keppler

Untuk semua planet, kuadrat periodenya (T²) sebanding dengan pangkat tiga jaraknya (R³)  terhadap matahari”.

 
EVALUASI PEMAHAMAN :

Untuk lebih memahami lagi konsep Gravitasi, silakan dijawab beberapa pertanyaan berikut !
Jawaban diketik dengan Ms.Word font Arial ukuran 11, persamaan matematika menggunakan equation, lalu diemailkan ke : ruddy.albayan@gmail.com



SESI KESATU

1.   Dua buah benda bermassa m₁ dan m₂ berjarak R satu sama lain, mengalami gaya tarik menarik sebesar F. Jika m₁ diubah menjadi 1/3 kali semula sedangkan m₂ menjadi 2 semula dan kedua benda dijauhkan sehingga berjarak 3  R, maka gaya tarik menariknya menjadi....

2.   Benda A (4 kg) berada pada jarak 2 m dari benda B (9 kg). Sedangkan benda C (3 kg)  berada di antara benda A dan B. Jika gaya gravitasi pada benda C sama dengan nol berarti jarak antara benda A dan C adalah....

3.   Permukaan bumi memiliki medan gravitasi  10 m/s². Tentukan besar medan gravitasi di permukaan planet X yang memliki massa 4 kali massa bumi, dan ukuran jari-jari 1/2 jari-jari bumi!

4.   Sebuah satelit bumi mengorbit setinggi 900 km di atas permukaan bumi. Jika jari-jari bumi 6400 km dan gerak satelit dianggap melingkar beraturan, maka kelajuannya adalah....

5.   Gaya gravitasi yang dialami oleh sebuah roket pada ketinggian h dari permukaan bumi ternyata berharga setengah dari gaya gravitasi yang dialami jika berada tepat di permukaan bumi. Harga h adalah….

6.   Berikan  komentarmu tentang perkembangan ekspedisi ke luar angkasa yang dilakukan sampai saat ini !

SESI KEDUA

1.   Dua buah benda bermassa m₁ dan m₂ berjarak R satu sama lain, mengalami gaya tarik menarik sebesar F. Jika m₁ diubah menjadi 5 kali semula sedangkan m₂ menjadi 3 semula dan kedua benda dijauhkan sehingga berjarak 4 R, Tentukan  perbandingan gaya tarik menarik gravitasi awal dan akhir !

2.   Benda A (81 kg) berada pada jarak 24 m dari benda B (9 kg). Sedangkan benda C (3 kg)  berada di antara benda A dan B. Jika gaya gravitasi pada benda C sama dengan nol berarti jarak antara benda A dan C adalah....

3.   Permukaan bulan memiliki medan gravitasi  2 m/s². Tentukan besar medan gravitasi di permukaan planet KRIPTON yang memliki massa 20 kali massa bulan, dan ukuran jari-jari 4 jari-jari bulan!

4.   Sebuah satelit bumi mengorbit setinggi 1800 km di atas permukaan bumi. Jika jari-jari bumi 6400 km dan gerak satelit dianggap melingkar beraturan, maka kelajuannya adalah....

5.   Gaya gravitasi yang dialami oleh sebuah roket pada ketinggian h dari permukaan bumi ternyata berharga 1/9 dari gaya gravitasi yang dialami jika berada tepat di permukaan bumi. Harga h adalah….

6.   Berikan  komentarmu tentang perkembangan ekspedisi ke luar angkasa yang dilakukan sampai saat ini !


SESI KETIGA

1.   Dua buah benda bermassa m₁ dan m₂ berjarak R satu sama lain, mengalami gaya tarik menarik sebesar F. Jika m₁ diubah menjadi 1/3 kali semula sedangkan m₂ menjadi 2 semula dan kedua benda dijauhkan sehingga berjarak 3  R, maka gaya tarik menariknya menjadi....

2.   Benda A (4 kg) berada pada jarak 2 m dari benda B (9 kg). Sedangkan benda C (3 kg)  berada di antara benda A dan B. Jika gaya gravitasi pada benda C sama dengan nol berarti jarak antara benda A dan C adalah....

3.  Permukaan bumi memiliki medan gravitasi  10 m/s². Tentukan besar medan gravitasi di permukaan planet X yang memliki massa 4 kali massa bumi, dan ukuran jari-jari 1/2 jari-jari bumi!

4.   Sebuah satelit bumi mengorbit setinggi 900 km di atas permukaan bumi. Jika jari-jari bumi 6400 km dan gerak satelit dianggap melingkar beraturan, maka kelajuannya adalah....

5.   Sebuah benda yang diletakkan di permukaan bumi yang berjari-jari R memiliki berat sebesar 360 N. jika diletakkan pada ketinggian 2R dari permukaan bumi, maka berat benda menjadi…

6.   Berikan  komentarmu tentang perkembangan ekspedisi ke luar angkasa yang dilakukan sampai saat ini !