Dokumen tersebut membahas konsep usaha dan energi dalam fisika, termasuk definisi usaha dan energi kinetik serta potensial gravitasi, serta hubungan antara usaha dan perubahan energi berdasarkan hukum konservasi energi mekanik."

1. Fisika Kelas X1000guru.net 1Fisika Kelas X1000guru.net 1
Usaha dan Energi
• Konsep Usaha/Kerja dan Daya
dalam Fisika
• Hubungan Usaha dan Energi
• Hukum Konservasi Energi

2. Fisika Kelas X1000guru.net 2Fisika Kelas X1000guru.net 2
Usaha dan Energi dalam Fisika
Usaha/kerja di dalam fisika bukanlah usaha yang terkait
dengan “mencari nafkah”
Usaha dalam fisika terkait
dengan perubahan energi

3. Fisika Kelas X1000guru.net 3Fisika Kelas X1000guru.net 3
Definisi Usaha (oleh gaya konstan)
𝐹
𝑑
Usaha adalah perkalian dari gaya konstan yang sejajar
dengan arah perpindahan benda.
𝑊 = 𝐹. 𝑑W : work
d : distance
𝐹
𝛼
𝐹cos𝛼 𝑊 = 𝐹cos𝛼 . 𝑑

4. Fisika Kelas X1000guru.net 4Fisika Kelas X1000guru.net 4
Definisi Usaha
• Satuan Usaha:
Sistem Internasional (SI) atau MKS: Joule
Sistem CGS: erg
1 joule = 107
erg
• Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah
benda, maka total usaha yang dilakukan pada benda
tersebut adalah jumlah dari usaha yang dilakukan
setiap gaya.
𝐹1
𝐹2
𝐹3
𝑑
𝑊 = 𝐹1cos 𝛼 . 𝑑 + 𝐹2 cos 𝛽 . 𝑑 + 𝐹3 cos 𝛾 . 𝑑

5. Fisika Kelas X1000guru.net 5Fisika Kelas X1000guru.net 5
Contoh Soal #1:
Sebuah balok berada bidang datar. Karena pengaruh gaya
140 N, balok tersebut mengalami perpindahan mendatar
sejauh 5 m, berapa usaha yang dilakukan pada balok ini
apabila:
(a) Gaya mendatar
(b) Gaya membentuk sudut 60o terhadap bidang datar
Jawab:
(a) 𝑊 = 𝐹 . 𝑑 = 140 N × 5 m = 700 joule
(b) 𝑊 = 𝐹 cos 𝛼 . 𝑑 = 140 cos 60∘
× 5 = 140.
1
2
× 5 = 350 joule

6. Fisika Kelas X1000guru.net 6Fisika Kelas X1000guru.net 6
Contoh Soal #2:
Gaya sebesar 40 N bekerja pada sebuah benda dan
menyebabkan benda berpindah tempat sejauh 80 cm pada
bidang datar. Jika usaha yang dilakukannya adalah 25,6
joule, berapakah sudut yang dibentuk gaya terhadap
bidang?
Jawab:
𝑊 = 𝐹 cos 𝛼 . 𝑑
cos 𝛼 =
𝑊
𝐹. 𝑑
=
25,6 joule
40 N × 0,8 m
Gunakan satuan SI
=
25,6
32
= 0,8
𝛼 = 37∘
5
4
3
37o
cos 37∘ =
4
5
= 0,8

7. Fisika Kelas X1000guru.net 7Fisika Kelas X1000guru.net 7
Usaha dan Daya
Daya adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.
𝑃 =
𝑊
𝑡
P : power
t : time
Satuan:
Daya  watt
Usaha  joule
Waktu  sekon
Selain watt, ada beberapa satuan non-SI yang sering
digunakan untuk menyatakan daya
1 hp = 1 DK = 1 PK = 746 watt
(hp = horse power, DK = daya kuda, PK = paarden kracht)
Ada juga satuan usaha non-SI selain erg, yaitu kwh.
1 kwh = 1 kilowatt hour = 1000 watt . 3600 sekon
= 3,6 x 106 joule

8. Fisika Kelas X1000guru.net 8Fisika Kelas X1000guru.net 8
Contoh Soal #3:
Sebuah mesin pengangkat barang dapat mengangkat balok
yang massanya 3 ton setinggi 10 meter dalam waktu 20
detik. Berapa daya mesin tersebut jika percepatan
gravitasi 10 m/s2?
Jawab: Usaha yang dilakukan di sini terkait perpindahan ke arah
vertikal untuk melawan gaya berat. Untuk menghitung daya,
kita hitung dulu usaha ini.
𝑑F = m . g
𝑊 = 𝐹. 𝑑 = 𝑚𝑔𝑑
= 3000 kg . 10 m/s2. 10 m
= 300.000 joule
Daya:

9. Fisika Kelas X1000guru.net 9Fisika Kelas X1000guru.net 9
Definisi Energi
• Suatu sistem dikatakan mempunyai energi jika sistem
tersebut mempunyai kemampuan untuk melakukan
usaha.
• Besarnya energi suatu sistem sama dengan besarnya
usaha yang mampu ditimbulkan oleh sistem tersebut.
 Satuan energi sama dengan satuan usaha (joule)
• Prinsip usaha-energi
Usaha adalah transfer energi yang dilakukan oleh
gaya-gaya yang bekerja pada benda).
• Beberapa macam energi: energi mekanik (kinetik +
potensial), energi panas, energi listrik, nuklir, dll…

10. Fisika Kelas X1000guru.net 10Fisika Kelas X1000guru.net 10
Energi kinetik
Energi kinetik: energi yang dimiliki oleh setiap benda yang
bergerak dengan kecepatan tertentu.
𝑎 =
𝑣2 − 𝑣1
𝑡
𝑑 = 𝑣. 𝑡 =
𝑣1 + 𝑣2
2
. 𝑡
𝑣1
Dari pelajaran kinematika, kita bisa hitung percepatan dan perpindahan:
Lalu, bagaimana merumuskan energi kinetiknya?
posisi mula-mula
𝑑
𝑣2posisi akhir

11. Fisika Kelas X1000guru.net 11Fisika Kelas X1000guru.net 11
Energi kinetik
𝑎 =
𝑣2 − 𝑣1
𝑡
𝑑 = 𝑣. 𝑡 =
𝑣1 + 𝑣2
2
. 𝑡
𝑣1
𝑑
𝑣2
Modifikasi rumus 𝑑:
𝑑 =
𝑣1 + 𝑣2
2
.
𝑣2 − 𝑣1
𝑎
Modifikasi rumus 𝑎 untuk
dapatkan 𝑡:
𝑡 =
𝑣2 − 𝑣1
𝑎
posisi mula-mula posisi akhir

12. Fisika Kelas X1000guru.net 12Fisika Kelas X1000guru.net 12
Energi kinetik
𝑣1
𝑑
𝑣2
𝑑 =
𝑣1 + 𝑣2
2
.
𝑣2 − 𝑣1
𝑎
=
(𝑣2)2
− (𝑣1)2
2𝑎
2𝑎. 𝑑 = 𝑣2
2
− 𝑣1
2
𝐹. 𝑑 =
𝑚
2
(𝑣2
2
− 𝑣1
2
)
→ 2
𝐹
𝑚
. 𝑑 = 𝑣2
2
− 𝑣1
2
𝑊 =
1
2
𝑚𝑣2
2
−
1
2
𝑚𝑣1
2
posisi mula-mula posisi akhir

13. Fisika Kelas X1000guru.net 13Fisika Kelas X1000guru.net 13
Energi kinetik
𝑣1 𝑣2
𝑊 =
1
2
𝑚𝑣2
2 −
1
2
𝑚𝑣1
2
𝐸𝐾 =
1
2
𝑚𝑣2
= 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1
Energi kinetik: energi yang dimiliki
oleh setiap benda bermassa yang
bergerak dengan kecepatan tertentu.
posisi mula-mula posisi akhir
𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1 Transfer usaha  energi kinetik

14. Fisika Kelas X1000guru.net 14Fisika Kelas X1000guru.net 14
Contoh Soal #4:
Berapa besar energi kinetik suatu benda yang bergerak
dengan kecepatan 20 m/s jika massa benda 1000 kg?
Berapa usaha konstan yang perlu diberikan pada benda
tersebut agar dapat berhenti?
Jawab: 𝐸𝐾 =
1
2
𝑚𝑣2
=
1
2
(1000)(202
)
= 500 × 400 = 𝟐𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎 𝐣𝐨𝐮𝐥𝐞
𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1
Usaha:
(akhir) (mula-mula)
Keadaan akhir:
berhenti  𝑣2 = 0  𝐸𝐾2 = 0 joule
Keadaan mula-mula:
bergerak  𝑣1 = 20 m/s  𝐸𝐾1 = 200.000 joule
= 0 − 200.000 = −𝟐𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎 𝐣𝐨𝐮𝐥𝐞
(usaha oleh gesekan bernilai negatif)

15. Fisika Kelas X1000guru.net 15Fisika Kelas X1000guru.net 15
Sebuah benda dengan massa sebesar M bergerak di atas
lantai kasar dengan kecepatan mula-mula sebesar 10 m/s.
Jika besarnya koefisien gesekan 0,25, hitunglah jarak
yang ditempuh benda hingga ia berhenti dengan asumsikan
percepatan gravitasi g = 10 m/s2.
Contoh Soal #5:
Jawab:
𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1
Usaha:
(akhir) (mula-mula)
Keadaan akhir:
berhenti  𝑣2 = 0  𝐸𝐾2 = 0
Keadaan mula-mula:
bergerak  𝑣1 = 10 m/s  𝐸𝐾1 =
1
2
𝑚𝑣1
2
=
1
2
𝑀 × 102
= 50𝑀
= 0 − 50𝑀 = −𝟓𝟎𝑴
• Hitung dulu usaha W = EK2 – EK1
• Dari rumus W = F.d bisa diperoleh jarak
• F di kasus ini adalah gaya gesek: F = µ . N = µ . M g
𝑊 = 𝐹. 𝑑 = −𝜇. 𝑀𝑔 . 𝑑 = −0,25𝑀. 10 . 𝑑 = −𝟐, 𝟓 𝑴. 𝒅
⇒ −50 𝑀 = −2,5 𝑀𝑑 ⇒ 𝒅 =
𝟓𝟎
𝟐, 𝟓
= 𝟐𝟎 𝐦𝐞𝐭𝐞𝐫

16. Fisika Kelas X1000guru.net 16Fisika Kelas X1000guru.net 16
Energi potensial gravitasi
Energi potensial gravitasi: energi yang dimiliki suatu benda
karena ketinggiannya di atas permukaan bumi .
ℎ1
F = m . g
ℎ2
ketinggian
mula-mula
ketinggian
akhir
𝑑
Usaha yang dilakukan di sini
terkait dengan gaya gravitasi
(gaya berat)
𝑊 = 𝐹. 𝑑
= 𝑚𝑔. 𝑑
= 𝑚𝑔(ℎ1 − ℎ2)
= 𝑚𝑔ℎ1 − 𝑚𝑔ℎ2
𝑊 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2
𝐸𝑃 = 𝑚𝑔ℎ

17. Fisika Kelas X1000guru.net 17Fisika Kelas X1000guru.net 17
Sebuah tangki penampung air terletak pada ketinggian 8 m.
Jika massa tanki beserta isinya 1200 kg, berapakah
besarnya energi potensial tangki tersebut? Selanjutnya,
jika kita ingin menyedot air dari tangki tersebut ke
ketinggian 12 m selama 1 menit, berapa daya listrik yang
diperlukan? (Asumsikan percepatan gravitasi 10 m/s2)
Contoh Soal #6:
Jawab: 𝐸𝑃 = 𝑚𝑔ℎ = 1200 kg × 10 m s2 × 8 m
= 96.000 jouleSelanjutnya,
daya bisa dihitung jika diketahui usaha: 𝑊 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2
𝐸𝑃1 awal = 96.000 joule
𝐸𝑃2 akhir = 𝑚𝑔ℎ2 = 1200 × 10 × 12 = 144.000 joule
𝑊 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2 = 96.000 − 144.000 = −48.000 joule
𝑃 =
𝑊
𝑡
=
48.000 joule
60 sekon
Daya: = 𝟖𝟎𝟎 𝐰𝐚𝐭𝐭

18. Fisika Kelas X1000guru.net 18Fisika Kelas X1000guru.net 18
Konservasi Energi Mekanik
Energi mekanik: kombinasi energi kinetik & energi potensial.
ℎ1
F = m . g
ℎ2
ketinggian
mula-mula
ketinggian
akhir
𝑣1
𝑣2
F = m . g
𝑊 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1
𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2
𝐸𝐾2 + 𝐸𝑃2 = 𝐸𝐾1 + 𝐸𝑃1
𝐸𝑀2 = 𝐸𝑀1 𝐸𝑀 = 𝐸𝐾 + 𝐸𝑃
Energi mekanik akhir
sama seperti
Energi mekanik awal

19. Fisika Kelas X1000guru.net 19Fisika Kelas X1000guru.net 19
Sebuah bandul didorong hingga mencapai ketinggian 1,8 m
kemudian dilepaskan hingga bergerak dengan kecepatan v
seperti pada gambar di bawah. Jika percepatan gravitasi
10 m/s2, maka berapakah besar kecepatan v?
Contoh Soal #7:
𝑣
Jawab:
𝐸𝐾2 + 𝐸𝑃2 = 𝐸𝐾1 + 𝐸𝑃1
Gunakan prinsip konservasi EM
Posisi 2
Posisi 1
ℎ2
ℎ1
1,8 m
1
2
𝑚𝑣2 + 𝑚𝑔ℎ2 = 0 + 𝑚𝑔ℎ1
1
2
𝑣2 + 𝑔ℎ2 = 𝑔ℎ1
1
2
𝑣2
= 𝑔(ℎ1−ℎ2)
𝑣2
= 2𝑔(ℎ1−ℎ2) → 𝑣 = 2𝑔(ℎ1 − ℎ2)
𝑣 = 2 × 10 × 1,8 = 36 = 𝟔 𝐦/𝐬