MATERI FISIKA KELAS 10 SEMESTER GENAP BAB 2

1. USAHA DAN ENERGI
FISIKA X IPA
Oleh
SiscaSeptiyani, S.Pd

2. USAHA
A. DEFINISI
Usaha adalah kerja atau besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut mengalami perpindahan.
1. Besar usaha jika gaya yang bekerja searah dengan perpindahan
F dengan,
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s s = perpindahan (m)
W = usaha yang dilalukan (Nm atau J)
W = F.s

3. USAHA DENGAN SUDUT
2. Besar usaha jika arah gaya yang bekerja membentuk sudut dengan arah perpindahan
Dengan,
W = Usaha yang dilakukan (J)
F = Gaya yang diberikan (N)
cos α = sudut antara arah gaya
dan perpindahan
s = perpindahan (m)
W = F COS α S

4. USAHA OLEH GAYA BERAT DAN GAYA NORMAL
Besar usaha oleh gaya berat
v
s
Bernilai 0 karena gaya berat (w)
tegak lurus dengan perpindahan (s) maka sudut nya 90
 Besar usaha oleh gaya Normal
N N
Besar usaha bernilai 0 karenaa gaya normal (N) tegak lurus
dengan perpindahan (s) maka sudutnya 90
w
W = F.cosα.s = F cos 𝟗𝟎°.s
W = 0
W = F.cosα.s = F cos 𝟗𝟎°.s
W = 0

5. BESAR USAHA OLEH GAYA GESEK
 Gaya gesek adalah gaya yang berlawanan dengan arah perpindahan
v
s
F F
W = - Fges.s
W = - ( 𝝁. N) . s
𝝁 = 𝒌𝒐𝒆𝒇𝒊𝒔𝒊𝒆𝒏 𝒈𝒆𝒔𝒆𝒌
N = m . g = Gaya Normal ( N )
Fges = Gaya gesek ( N )

6. USAHA OLEHBIDANG MIRING
1. Usaha tanpa gesekan/Usaha oleh gaya berat
W = Wx .s
W = W sin 𝜽 . S
W = (m.g) sin𝜽 . S
2. Usaha dengan gaya F ( jika ke atas)
W = F – W sin 𝜽.s
W = F – (m.g) sin 𝜽.s
3. Usaha dengan gaya gesek
W = (F-W sin 𝜽 – fg ) . S
W = ( F – m. g sin 𝜽 – 𝝁 . 𝒎. 𝒈 𝐜𝐨𝐬 𝜽) . 𝒔

7. CONTOH SOAL
1. Sebuah peti 30 kg diletakkan di bagian bawah bidang miring kasar. Seorang tukang mendorong peti tersebut ke atas dengan gaya sebesar 400 N sehingga
bergeser sejauh 6 m. Jika kemiringan bidang 37o dan koefisien gesek antara peti dan permukaan bidang adalah 0,3, maka usaha total dalam proses itu
adalah…
Diket : m = 30 kg, F = 400 N, s = 6m, 𝜽 = 37, 𝝁 = 0,3
Dit : W total
Jawab :
W = ( F – W sin𝜽 – fg ) . S
W = ( F – m.g sin𝜽 - 𝝁. 𝑵 ). 𝒔
W = ( F - m.g sin𝜽 - 𝝁. 𝐦. 𝐠 𝐜𝐨𝐬 𝜽). S
W = ( 400 – 30.10.sin 37 – 0,3.30.10.cos 37) . 6
W = ( 400 – 300.3/5 – 0,3.300 4/5).6
W = ( 400 – 180 – 72 ) . 6
W = 148 x 6 = 888 Joule

8. USAHA
…….

9. CONTOH SOAL USAHA
1. Sebuah benda bermassa 2 kg terletak di lantai datar licin. Benda mendapatkan gaya sebesar 40 N membentuk sudut
terhadap arah horizontal. Jika perpindahan yang terjadi 5 m, tentukan usaha gaya tersebut!
Diket : m = 2 kg Jawab :
F = 40 N
s = 5 m
Ditanya : W ? W = 40 . 5
W = 200 Joule
40 N
5 m 2 kg
W = F.s

10. CONTOH SOAL
3. Sebuah benda berada pada bidang horizontal kasar dengan koefisien gesek kinetik 0,4 dan g = 10 m/s2 sehingga
mengalami perpindahan sebesar 5 m. Jika massa benda 4 kg, hitunglah besar usaha yang dilakukan oleh gaya gesek !
Diket : m = 4 kg W = - (0,4.4.10).5
g = 10 m/s2 W = - (0,4.40).5
𝝁k = 0,4 W = - 16.5
Ditanya : Wfges ? W = 80 J
W = - fges.s
W = - (𝜇𝑘.N).s
W = - (𝜇𝑘.m.g).s

11. ENERGI
DEFINISI
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha
1. ENERGI KINETIK
Energi yang dimiliki suatu benda Karena gerakannya
Dimana : EK = Energi kinetik (J)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
EK =
𝟏
𝟐
m.𝒗𝟐

12. ENERGI
HUBUNGAN USAHA DENGAN ENERGI KINETIK
s = perpindahan benda (m)
v2 = kecepatan benda kedua (m/s)
v1 = kecepatan benda 1 (m/s)
∆Ek = perubahan energi kinetik
Dimana Usaha adalah perubahan energi kinetic
a = percepatan benda (m/s2)
W = F.s = m.a.s
W =
𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟐
𝟐
−
𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟏
𝟐
W =
𝟏
𝟐
𝒎 𝒗𝟐
𝟐
− 𝒗𝟏
𝟐
W = ΔEk

13. CONTOH SOAL USAHA
2. Sebuah balok ditarik dengan gaya 120 N yang membentuk sudut 60° terhadap bidang horizontal. Besar usaha yang dilakukan oleh
gaya untuk berpindah sejauh 4 m adalah…
F cos α
4 m
Diket : F = 120 N W = 120 . cos 60° . 4
s = 4 m W = 120 . ½ . 4
α = 60° W = 120 . 4/2
Ditanya : W…? W = 120 . 2
W = 240 J
W = F cos α.s

14. CONTOH SOAL
1. Sebuah mobil bermassa 1000 kg bergerak dengan kecepatan 20 m/s dalam arah horizontal. Tiba-tiba pengemudi mempercepat
kecepatan mobil menjadi 40 m/s. Usaha yang dilakukan pengemudi selama proses tersebut adalah…
Diket : m = 1000 kg W = ½. 1000 (𝟒𝟎𝟐 − 𝟐𝟎𝟐)
v1 = 20 m/s W = 1000/2 (1600 – 400)
v2 = 40 m/s W = 500 (1200)
Ditanya : W…? W = 600000 atau .
W = ΔEk
W =
𝟏
𝟐
. 𝐦(𝒗𝟐
𝟐
− 𝒗𝟏
𝟐
)

15. ENERGI POTENSIAL
DEFINISI
Energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukan atau ketinggiannya
Dimana, EP = Energi potensial (J)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (10 m/s2)
h = Ketinggian benda (m)
EP = m.g.h

16. ENERGI POTENSIAL
HUBUNGAN USAHA DENGAN ENERGI POTENSIAL
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi(10 m/s2)
h = keringgian benda (m)
Dimana usaha adalah perubahan energi potensial
W = usaha (J)
EP = Energi potensial (J)
W = ∆ EP
W = m.g (h1 – h2)

17. CONTOH SOAL
1. Sebuah bola bermassa 1,5 kg dilempar mendatar dari atap gedung setinggi 5 m. Jika g = 10 m/s2, Berapakah besar usaha pada
ketinggian 2m ?
Diket : m = 1,5 kg W = 1,5.10.(5 – 2)
g = 10 m/s2 W = 15 (3)
h1 = 5 m W = 45 J
h2 = 2 m
Dit : W…?
W = ΔEP
W = m.g(h1 – h2)

18. KEKEKALAN ENERGI MEKANIK DAN DAYA
 KEKEKALAN ENERGI MEKANIK
“ Jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem,
jumlah energi potensial dan energi kinetik tetap”.
 DAYA (P)
Usaha yang dilakukan gaya per atuan waktu atau laju
suatu benda untuk melakukan usaha
P = Daya (watt atau J/s)
W = Usaha atau energi (J)
t = waktu (s)
EMA = EMB
EKA + EPA = EKB + EPB
𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟏
𝟐
+ 𝒎𝒈𝒉𝟏 =
𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟐
𝟐
+ mgh2
P =
𝑾
𝒕
=
𝑭.𝒔
𝒕
=
𝑬𝑷
𝒕
=
𝑬𝑲
𝒕

19. CONTOH SOAL
1. Sebuah mobil bermassa 2 ton melaju dengan kecepatan 36 km/jam menjadi 72 km/jam dalam waktu 10 sekon. Daya kelajuan rata-rata mesin mobil
adalah…
Diket : m = 2 ton = 2x1000 = 2000 kg
v1 = 36 km/jam = 36000/3600 = 10 m/s
v2 = 72 km/jam = 72000/3600 = 20 m/s
Dit : P..? P = EK/t = ½.m ( 𝒗𝟐
𝟐
− 𝒗𝟏
𝟐
)/t
= ½. 2000(𝟐𝟎𝟐 − 𝟏𝟎𝟐)/10
= 2000/2 (400 – 100)/10
= 1000 (300)/10 = 3 x 𝟏𝟎𝟓
/10 W = 3 x 𝟏𝟎𝟒
W
= 30 kW
P =
𝑾
𝒕
=
𝑬𝑲
𝒕

20. CONTOH SOAL
1. Sebuah bola bermassa 2 kg bergerak jatuh bebas dari ketinggian 20 m di atas permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi 10
m/s2, maka kecepatan bola pada saat ketinggiannya 5 m di atas permukaan tanah adalah…
Diket : m = 2 kg EP1 + EK1 = EP2 + EK2
V1 = 0 m.g.h1 + ½.m.𝑽𝟏
𝟐
= m.g.h2 + ½.m.𝑽𝟐
𝟐
h1 = 20 m 2.10.20 + ½.2.0 = 2.10.5 + ½.2.𝑽𝟐
𝟐
h2 = 5 m 400 + 0 = 100 + 𝑽𝟐
𝟐
g = 10 m/s2 400 = 100 + 𝑽𝟐
𝟐
Dit : v2…? 𝑽𝟐
𝟐
= 400 – 100 = 300
V2 = 𝟑𝟎𝟎 = 𝟑𝒙𝟏𝟎𝟎
V2 = 10 𝟑 m/s

21. LATIHAN SOAL
1. Sebuah balok ditarik dengan gaya 100 N yang membentuk sudut 45° terhadap arah mendatar. Berapakah usaha
yang dilakukan oleh gaya untuk berpindah sejauh 3 m ?
2. Sebuah benda 1 kg dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s. Besar energi kinetik benda pada saat
mencapai ketinggian 20 m dari tanah sebesar…
3. Sebuah mobil bermassa 1 ton dipercepat dari 10 m/s menjadi 40 m/s dalam waktu 20 sekon. Daya yang
digunakan mobil untuk melakukan percepatan tersebut adalah…

22. LATIHAN SOAL
4. Balok bermassa 10 kg berada di atas lantai licin seperti gambar. Balok ditarik dengan gaya F =25 N membentuk sudut 37° terhadap arah horizontal.
Setelah berpindah ke kanan 2 m besar usaha oleh gaya F sebesar ....
5. Sebuah batu yang massanya 0,10 kg jatuh bebas dari ketinggian 2 m diatas tanah ke tumpukan pasirr. Jika benda itu masuk pasir 2 cm sebelum
berhenti, gaya hambat rata-rata pasir yang dilakukan besarnya sekitar ....
6. Benda bermassa 1 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, berapakah energi kinetik
saat ketinggian 20 m ?
7. Dengan menggunakan tangga, seseorang membawa beban 20 kg setinggi 3 m dalam waktu 25 sekon. Jika g = 10 m/s2, Berapakah daya rata-rata yang
diperlukan orang itu ?

23. LATIHANSOAL
8. Sebuah balok bermassa 4 kg bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s di atas lantai yang kasar. Karena kekasaran lantai
tersebut, kecepatan balok bisa turun menjadi 5 m/s setelah menempuh jarak tertentu. Perubahan energi kinetik balok sebesar
....
9.Bola 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 … .
10. Sebuah benda m = 3 kg bekerja gaya mendatar yang berubah terhadap jarak yang ditempuhnya, seperti grafik di bawah. Jika
arah gaya searah dengan perpindahannya. hitung usaha yang dilakukan hingga berpindah sejauh 7 m sebesar ....

24. LATIHANSOAL
11. Dengan gaya 300 N, David menarik sebuah kotak bermassa 40 kg melewati sebuah bidang miring dengan kemiringan 𝟑𝟎𝒐 hingga kotak berpindah
sejauh 4 m. Jika gaya David sejajar dengan bidang miring, maka besar usaha untuk proses pemindahan tersebut adalah…
12. Dea mendorong sebuah meja seberat 100 N melewati bidang miring kasar dengan kemiringan dan koefisien gesekan antara kaki meja dengan
permukaan bidang adalah 0,2. Jika usaha total yang dibutuhkan untuk memindahkan meja sejauh 2 m adalah 400 J, maka besar gaya dorong yang harus
diberikan Dea adalah…
13. Benda 10 kg hendak digeser melalui permukaan bidang miring yang licin seperti gambar berikut
Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut!