Fisika perkuliahan usaha dan energy oleh dose n um metro. PPT ini praktis dapat digunakan belajar dimanapun Dan kapanpun.

1. USAHA DAN ENERGI
Dosen : Jatmiko Purwo Supatmo

2. USAHA
• Dalam fisika, sebuah gaya dikatakan
melakukan kerja/usaha jika gaya tersebut
bekerja (beraksi) pada sebuah objek sehingga
terjadi perpindahan titik tangkap gaya pada
objek dan terdapat komponen gaya
disepanjang garis gerakan/lintasan.
• Kata “usaha” ini berbeda ketika kita
menyatakan usaha sebagai belajar keras untuk
menghadapi sebuah ujian.

3. USAHA / KERJA (WORK)
• Dalam fisika, kata usaha memiliki pengertian yang
berbeda dengan pengertian dalam kehidupan
sehari-hari.
• Dalam kehidupan sehari-hari, usaha diartikan
sebagai segala sesuatu yang dikerjakan manusia.
• Sedangkan dalam fisika, usaha didefinisikan
sebagai gaya yang bekerja pada suatu benda yang
menyebabkan benda tersebut berpindah.

4. • Pada Gambar 4.1, terlihat seseorang sedang
menarik kotak dengan gaya konstan F yang
menyebabkan kotak berpindah sejauh s.

5. USAHA oleh gaya tetap
(gerak satu dimensi)
• Usaha yang dilakukan pada sebuah sistem oleh
agen yang mengerjakan sebuah gaya konstan
merupakan produk (hasil kali) dari besar gaya F ,
besar perubahan Δr sebuah titik yang dikenai
gaya, dan cos θ, dimana θ adalah sudut antara
vektor gaya dan vektor perpindahan.
]
J
[
Joule
]
Nm
[
meter
Newton
Fdx
W
2
1
12 

 

6. • Jika sebuah objek mengalami sebuah
perpindahan Δr karena gaya konstan F , Usaha
(kerja) yang dilakukan oleh gaya tersebut
adalah F Δr cos θ.

8. • Tanda (+_-) dari usaha dipengaruhi oleh arah F
relatif terhadap Δr.
• Usaha yang dilakukan bernilai/bertanda positif
ketika proyeksi F terhadap Δr memiliki arah yang
sama (searah) dengan perpindahan, dan
sebaliknya.
• Ketika gaya F searah dengan perpindahan Δr,
sudut θ = 0; cos 0 = 1; sehingga persamaan usaha
menjadi:
• Usaha merupakan besaran skalar.
• Satuan SI newton.meter (N.m) atau Joule (J)

9. USAHA DAN ENERGI (TENAGA)
• Konsep energi sangat berkaitan erat dengan
usaha/kerja, dimana usaha merupakan sebuah
transfer energi.
• Ketika kerja dilakukan oleh sebuah sistem
terhadap yang lain, terjadi transfer energi pada
kedua sistem.
• Ketika usaha (W) dilakukan pada sebuah sistem,
W bertanda positif, energi ditransfer pada sistem;
ketika W negatif, energi tertransfer dari sistem.

10. USAHA DAN ENERGI
• Jika sebuah sistem berinteraksi terhadap
lingkungan, proses interaksi tersebut dapat
dideskripsikan sebagai transfer energi.
• Ketika kita mendorong sebuah ayunan, energi
kimia dari tubuh kita ditrensfer kepada ayunan
dan berubah menjadi energi kinetik gerakan
atau energi potensial gravitasi bumi pada
ayunan.

11. USAHA OLEH GAYA YANG BERUBAH
• Jika objek (partikel) mengalami perpindahan
disepanjang sumbu x oleh gaya yang berubah
relatif terhadap posisinya. Perpindahan partikel
membesar dari x = xi hingga x = xf. Pada situasi ini
kita tidak dapat mengaplikasikan persamaan W =
F Δr cos θ
• Jika sebuah partikel kita anggap berpindah
dengan perpindahan (Δx) yang sangat kecil,
komponen Fx mendekati konstan dalam interval
waktu yang singkat;

12. • Untuk Δx singkat (kecil), usaha total
yang dilakukan selama x = xi hingga x =
xf;
• Jika ada lebih dari satu gaya yang bekerja pada sistem dan sistem
dapat dianggap sebagai model partikel, usaha total yang
dilakukan pada sistem merupakan usaha oleh gaya netto.

13. ENERGI
• Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk
melakukan usaha. Suatu benda dikatakan
memiliki energi jika benda tersebut dapat
melakukan usaha.
• Keberadaan energi bersifat kekal, sesuai dengan
pernyataan Hukum Kekekalan Energi yang
berbunyi :
• “Energi tidak dapat diciptakan dan tidak
dapat dimusnahkan”
• Energi hanya mengalami perubahan bentuk dari
bentuk satu menjadi bentuk lain.

14.  Energi Kinetik
• Energi yang diperlukan untuk mengubah kecepatan benda dari
kecepatan awal v1 ke kecepatan akhir v2
• Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda karena
gerakannya.
v1 = 0 v2 = v
F
2
K
2
1
2
1
2
2
v
v
v
v
2
2
1
12
2
1
2
1
2
1
2
1
12
mv
2
1
E
v
v
0
v
mv
2
1
mv
2
1
v
2
1
m
dv
v
m
W
dv
dt
dx
m
dx
dt
dv
m
dx
ma
Fdx
W
2
1




















15. TEOREMA USAHA-ENERGI
• Berdasarkan Hukum II Newton, diketahui bahwa
percepatan berbanding lurus dengan gaya dan
berbanding terbalik dengan massa.
Maka usaha yang dilakukan pada benda adalah
Jika gaya F bekerja pada benda, benda tersebut akan
bergerak berubah beraturan (GLBB), sehingga berlaku
atau

16. Sehingga persamaan usaha pada benda menjadi
Dengan demikian, didapat hubungan usaha dan energi
kinetik, yaitu
Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya untuk menggeser benda
adalah sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut.

17. Energi Potensial
• Energi potensial merupakan energi yang
dimiliki suatu benda karena kedudukannya
atau keberadaannya.
• Benda yang memiliki kedudukan di atas
permukaan bumi, dikatakan bahwa benda
tersebut memiliki energi potensial gravitasi.
• Jika suatu benda yang ditegangkan, ditekan
atau ditarik maka benda itu akan memiliki
energi potensial pegas.

18.  Energi Potensial Gravitasi:
• Kerja yang diperlukan untuk membawa
benda dari suatu posisi ke posisi lain
• Diperlukan gaya F sebesar mg untuk
membawa benda dengan kecepatan
konstan (percepatan = 0) :
mgh
E
h
y
0
y
)
y
y
(
mg
y
mg
dy
mg
dy
mg
Fdy
W
P
2
1
1
2
y
y
y
y
2
1
2
1
2
1
12
2
1















y1 = 0
F
mg
y2 = h
h
Hubungan usaha dengan Energi Potensial

19.  Energi Potensial Pegas
2
P
2
1
2
1
2
2
x
x
x
x
2
2
1
2
1
2
1
12
kx
2
1
E
x
x
0
x
kx
2
1
kx
2
1
x
2
1
k
dx
x
k
dx
kx
Fdx
W
2
1















Hukum Hooke:
Fb = - k x  F = k x
k = konstanta pegas
x1 = 0
x2 = x
F
x
• Energi diperlukan untuk menggerakkan pegas sejauh jarak tertentu
(mengubah panjang pegas dari x1 menjadi x2
• Diperlukan gaya F untuk melawan gaya balik Fb
Fb

20. ENERGI MEKANIK TOTAL
• Konsep dari kerja dan teorema kerja-energi
telah memberikan kesimpulan bahwa suatu
benda dapat mempunyai dua jenis energi: energi
kinetik dan energi potensial gravitasi.
• Jumlahan dari kedua jenis energi ini dikenal
dengan energi mekanik total E, sehingga:
E = EK + EP
• Teorema kerja-energi dapat dituliskan dalam
bentuk energi mekanik total:
Wnc = Ef – E0

21. Hukum Kekekalan Energi Mekanik
• S Energiawal = S Energiakhir .
• Berlaku pada sistem yang terisolasi
– Proses pengereman ada energi yang berubah
menjadi panas (hilang)
• Energi tidak dapat diciptakan atau
dimusnahkan
• Hanya bentuk energi yang berubah
– Contoh: Energi potensial  Energi Kinetik (benda
jatuh bebas)

22. DAYA

cos
.
.
dt
dW
v
F
v
F
dt
s
d
F
Daya




Daya adalah laju perubahan usaha yang
dilakukan tiap detik
Satuan SI dari daya
1 W = 1 J/s = 1 N.m/s1
1 horsepower = 1 hp = 746 W

23. Usaha yang dikerjakan oleh sebuah
pegas
• Hukum Hooke;

24. Teorema Usaha-Energi Kinetik

25. Fig. 4.14, p.89
Sebuah batu dilempar ke atas
dari atap sebuah gedung
dengan sudut lempar 300
terhadap horisontal dan
kecepatan awal 20,0 m/s
seperti diperlihatkan pada
gambar di sebelah. Jika
tinggi gedung adalah 45,0
m:
(a) Berapa lama batu akan
mencapai tanah
(b) Berapa laju batu sesaat
sebelum menghantam
tanah?