Materi Fisika - Perjuangan Beserta Referensi Soal
Usaha - Pada dikala kita mendorong sebuah meja dengan gaya tertentu, ternyata meja bergerak. Akan tetapi, ketika kita mendorong tembok dengan gaya yang sama, ternyata tembok tetap diam. Dalam pengertian sehari-hari keduanya dianggap sebagai usaha, tanpa memerhatikan benda tersebut bergerak atau diam.
Dalam fisika, perjuangan mempunyai pengertian khusus untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan oleh gaya ketika bekerja pada benda sehingga benda bergerak pada jarak tertentu. Usaha yang dilakukan oleh gaya didefinisikan sebagai hasil kali komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dengan besarnya perpindahan.
Usaha yang dilakukan oleh gaya F.
Pada gambar diatas mengatakan gaya F yang bekerja pada benda yang terletak pada bidang horizontal sehingga benda berpindah sejauh s.
Usaha yang ditentukan sudut antara gaya dengan perpindahan benda.
Besarnya komponen gaya yang segaris atau searah dengan perpindahan yaitu F = F.cos α, sehingga besarnya perjuangan dirumuskan:
W = F . s
W = F.cos α . s = F.s.cos α
(1)
Berdasarkan persamaan (1), besarnya perjuangan yang dilakukan oleh gaya ditentukan oleh besarnya sudut antara arah gaya dengan perpindahan benda. Berikut ini beberapa keadaan istimewa yang bekerjasama dengan arah gaya dan perpindahan benda.
- Jika α = 0o, berarti gaya F searah dengan arah perpindahan. Karena cos 0o = 1, maka perjuangan yang dilakukan: W = F.s.
- Jika α = 90o, berarti gaya F tegak lurus dengan arah perpindahan. Karena cos 90o = 0, maka: W = 0. Dikatakan bahwa gaya tidak menghasilkan usaha.
- Jika α = 180o , berarti gaya F berlawanan dengan arah perpindahan. Karena cos 180o = -1, maka: W = -F . s.
- Jika s = 0, berarti gaya tidak menjadikan benda berpindah, maka: W = 0.
1. Usaha oleh Beberapa Gaya
Usaha yang dilakukan oleh dua gaya, F1 dan F2.
Pada gambar diatas mengatakan sebuah benda yang dipengaruhi oleh gaya F1 dan F2 yang bertitik tangkap sama, sehingga benda bergeser sejauh s pada arah horizontal.
Komponen gaya F1 yang searah dengan perpindahan adalah:
F1x = F1 .cos α1, sehingga:
W1 = F1 .cos α 1 . s = F1 .s.cos α 1
Komponen gaya F 2 yang searah dengan perpindahan adalah:
F2x = F2 .cos α2 , sehingga:
W2 = F2 .cos α2 . s = F2 .s.cos α 2
Karena perjuangan yaitu besaran skalar, maka perjuangan yang dilakukan oleh beberapa gaya bertitik tangkap sama merupakan jumlah aljabar dari perjuangan yang dilakukan masing-masing gaya.
W = W1 + W2 + ... + Wn
2. Grafik Gaya terhadap Perpindahan
Apabila benda dipengaruhi oleh gaya yang konstan (besar dan arahnya tetap), maka grafik antara gaya F dan perpindahan s sanggup digambarkan dengan gambar berikut.
Grafik gaya terhadap perpindahan.
Usaha yang dilakukan oleh gaya F selama perpindahan sama dengan luas tempat yang diarsir. Usaha bernilai positif kalau luas tempat yang diarsir berada di atas sumbu s, dan akan bernilai negatif kalau luas tempat yang diarsir berada di bawah sumbu s.
Contoh Soal
1. Sebuah benda dengan massa 50 kg ditarik sejauh 40 m sepanjang lantai horizontal dengan gaya tetap 100 N dan membentuk sudut 37o terhadap arah mendatar. Jika gaya gesek terhadap lantai 50 N, maka tentukan perjuangan yang dilakukan oleh masing-masing gaya!
Penyelesaian:
Diketahui:
F = 100 N
α1 = 37o
Fy = 50 N
s = 40 m
Ditanya:
W = ... ?
Jawab:
Usaha yang dilakukan oleh F adalah:
W1 = F1 .s.cos α1 = 100 x 40 x cos 37o = 3.200 J
Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek F y adalah:
W2 = Fy .s.cos α2 = 50 x 40 x cos 180o = -2.000 J
Wt = W1 + W2 = 3.200 J – 2.000 J = 1.200 J
atau dengan cara:
ΣFx = F.cos α1 – Fy = 100 . cos 37o – 50 N = 30 N
W = ΣFx . s = 30 N x 40 m = 1.200 J
2. Perhatikan grafik gaya F terhadap perpindahan s berikut ini!
Tentukan perjuangan total yang dilakukan oleh gaya!
Penyelesaian:
Usaha = luas tempat di bawah grafik
W1 = luas trapesium = (10 + 6) x 1/2 x 8 = 64 J
W2 = luas segitiga = 1/2 x (-4) x 5 = -10 J
Besarnya perjuangan total:
Wtotal = W1 + W2 = (64 – 10) J = 54 J
Belum ada Komentar untuk "Materi Fisika - Perjuangan Beserta Referensi Soal"
Posting Komentar