Pendahuluan
Gaya merupakan besaran yang menentukan sistem gerak benda berdasarkan hukum Newton. Ada beberapa kasus dalam menganalisis suatu sistem gerak benda dengan menggunakan konsep gaya menjadi lebih rumit
Ada alternatif lain untuk memecahkan masalah yaitu dengan menggunakan konsep energi dan momentum. Dalam berbagai kasus umum dua besaran ini terkonservasi atau tetap sehingga dapat diaplikasikan
Hukum kekekalan energi dan momentum banyak dimanfaatkan pada kasus-kasus pada sistem banyak partikel yang melibatkan gaya-gaya yang sulit dideskripsikan
Pengertian Kerja
Kerja atau work adalah kemampuan sebuah gaya untuk memindahkan benda pada jarak tertentu
 |
| Gambar 1: kerja dengan gaya tetap |
Satuan kerja sering digunakan adalah Joule atau J dan dinyatakan:
Keterangan:
W = Kerja (J)
F = gaya (N)
d = perpindahan (m)
KONSEP KERJA
Untuk kerja yang dilakukan oleh gaya yang tidak tetap maka Pers (1) dapat dituliskan menjadi:
Gambar 2: Kerja dengan gaya tetap dan tidak tetap
Kerja pada gaya pegas
Gambar 3: Kerja yang dilakukan oleh gaya pegas
Konsep kerja karena gaya pegas adalah hukum Hooke yaitu
Keterangan:
F = gaya pegas (N)
k = konstanta pegas (N/m)
x= perubahan panjang (m).
Kerja pada sistem bandul
Bandul adalah beban yang digantungkan dengan menggunakan sebuah tali (biasanya massa tali diabaikan) dengan panjang tertentu dan diberi gaya sehingga bandul mengalami osilas.
Gambar 4: Kerja pada bandul
Pada gerak bandul memberikan ilustrasi gaya yang berubah-ubah dalam pergerakannya.Kerja pada sistem Bandul adalah kerja yang dilakukan oleh massa m bergerak dari sudut Ө = 0 sampai ke Ө = Ө0 karena pengaruh gaya R sehingga,
Kesetimbangan gaya pada sistem bandul
Fx = T sin ө ; mg = T cos ө → Fx = mg tan ө
Maka kerja pada pers di atas menjadi:
dimana tanӨ = dy/dx → dx tanӨ = dy
Kerja pada gaya listrik
Kerja pada gaya listrik berdasarkan konsep hukum Coulomb yaitu:
dengan ε0 = permitivitas vakum 8.85 x 10-12C2/N.m2
Kerja yang dilakukan untuk memindahkan muatan dari titik r1 → r2 adalah
Kerja pada gaya gravitasi berdasarkan hukum Newton. Gravitasi yaitu interaksi dua massa yang memenuhi
dengan G
= tetapan gravitasi 6.67 x 10-11 Nm2/kg2
Kerja pada gaya gravitas dapat dinyatakan dengan:
Berikut adalah contoh kerja pada gaya gravitasi
KONSEP ENERGI
Energi merupakan konsep yang sangat penting dalam dunia sains.
Pengertian energi sangat luas sehingga ada yang sulit untuk didefinisikan seperti energi metabolisme, energi nuklir, energi kristal, dsb.
Secara sederhana energi dapat didefinisikan yaitu kemampuan untuk melakukan kerja.
Energi Kinetik kata "kinetik" berasal dari kata "kinetikos" yang artinya gerakan.
Apabila kecepatan benda berubah, maka kerja yang dibutuhkan sama dengan perubahan energi kinetik yang dikenal sebagai Teorema Kerja-Energi.
Sebagai contoh : hitung kerja yang dibutuhkan untuk mempercepat mobil bermassa 1000 kg dari 20m/s menjadi 30m/s.
- Dengan teorema Kerja-Energi
- Dengan Konsep Gaya(misalkan waktu yang dibutuhkan adalah 1 detik)
V2 = V1 + at → a =10 m/s2
S = v1t + ½ at2 = 25 m
F = ma = (1000 kg)(10 m/s2) = 10000 N
W = F.s = (10000) (25) = 2.5 x 105 J
Dari kasus ini ternyata lebih mudah menyelesaikan dengan konsep energi dibandingkan gaya
Energi Potensial Suatu benda mempunyai energi kinetik tidak hanya karena gerakan tetapi juga pada posisi dan konfigurasi bentuk benda yang dikenal dengan energi potensial.
Gambar 6: Posisi benda mempunyai energi yaitu energi potensial
Pada sistem bandul (Gambar 4) benda bergerak dari posisi y1
→ y2 maka kerja
dapat diartikan sebagai perubahan energi potensial gravitasi
Energi potensial gravitasi (umum) antara dua massa adalah:
dengan acuan r = ∞ →Ep = 0
Gaya konservatif adalah gaya yang hanya tergantung pada posisi, kerja gaya ini hanya tergantung pada posisi awal dan akhir dan tidak tergantung pada lintasannya ! contoh gaya konservatif adalah gaya gravitasi, gaya pegas, gaya listrik dan gaya non-konservatif, contohnya gaya gesek, gaya stokes, dll.
Gaya konservatif dan Energi potensial. Hubungan antara gaya konservatif dan energi potensial dapat dinyatakan:
Energi merupakan fungsi posisi
U(x,y,z) maka gaya konservatif dapat dituliskan:
Dengan menyertakan energi potensial dalam
teorema Kerja-Energi maka gaya yang bekerja pada benda dapat berupa gaya konservatif dan non-konservatif
W = ∆Ek
Wnk + Wk =∆ Ek
Wnk = ∆Ep + ∆Ek
dimana Wnk = kerja gaya non-konservatif dan Wk = kerja gaya konservatif.
Pada suatu sistem terdiri atas gaya-gaya konservatif maka
∆Ep + ∆Ek = 0
Ek1 + ∆Ep1 = Ek2 + ∆Ep2
DAYA
Daya dapat dinyatakan sebagai laju kerja atau laju energi terhadap waktu dan dinyatakan secara umum
satuan daya adalah watt atau W
Energi dari satu tempat lain dapat dikirim menggunakan gelombang. Ada dua jenis gelombang bila dilihat dari medium rambatannya, yaitu :Gelombang Mekanik Dan Transversal [...]
Pada setiap getaran bila kita hitung jumlah getaran yang terjadi selama satu detik, ternyata tetap. Jumlah getaran setiap detik ini disebut frekuensi getaran , dilambangkan dengan f. [...]
Gaya merupakan besaran yang menentukan sistem gerak benda berdasarkan hukum Newton. Ada beberapa kasus dalam menganalisis suatu sistem gerak benda dengan menggunakan konsep gaya menjadi lebih rumit[...]
Pengukuran adalah penentuan besaran, dimensi, atau kapasitas, biasanya terhadap suatu standar atau satuan pengukuran.[...]
atau 
.
Subscribe
