Unduh PDF
Unduh PDF
Dalam fisika, usaha memiliki pengertian yang berbeda dengan pengertian sehari-hari. Secara khusus, istilah usaha digunakan saat sebuah gaya fisik menyebabkan sebuah benda bergerak. Secara umum, jika sebuah gaya yang kuat menyebabkan sebuah benda bergerak sangat jauh, usaha yang dilakukan besar, dan jika usahanya kecil atau bendanya tidak bergerak terlalu jauh, hanya sedikit usaha yang dilakukan. Gaya dapat dihitung menggunakan rumus Usaha = F × D × Cosin(θ) , dengan F = gaya (dalam Newton), D = perpindahan (dalam meter), dan θ = sudut antara vektor gaya dan arah pergerakan.
Langkah
-
Carilah arah vektor gaya dan arah pergerakan. Untuk memulai, sangat penting untuk terlebih dahulu dapat menentukan arah pergerakan benda dan arah gaya yang diberikan. Harap diingat bahwa benda tidak selalu bergerak searah dengan arah gaya yang diberikan — misalnya, jika kamu menarik kereta kecil menggunakan pegangannya, kamu memberikan gaya diagonal (dengan asumsi kamu lebih tinggi dari kereta) untuk menggerakkannya maju. Akan tetapi, dalam bagian ini kita akan menghadapi situasi di mana gaya dan perpindahan benda memiliki arah yang sama. Untuk informasi tentang cara mencari usaha saat faktor-faktor ini tidak memiliki arah yang sama, lihat di bawah.
- Untuk membuat prosesnya lebih mudah dipahami, ayo ikuti soal contoh berikut. Misalkan sebuah mainan kereta-keretaan ditarik maju oleh kereta di depannya. Dalam kasus ini, baik vektor gaya dan arah pergerakan kereta sama — maju . Dalam beberapa langkah selanjutnya, kita akan menggunakan informasi ini untuk membantu mencari usaha yang dikerjakan pada benda.
-
Carilah perpindahan bendamu. Variabel pertama yang harus kita miliki untuk rumus usaha adalah D, atau perpindahan, yang biasanya mudah untuk dicari. Perpindahan hanyalah jarak yang ditempuh akibat gaya yang membuat benda berpindah dari posisi awalnya. Dalam soal akademis, informasi ini biasanya diketahui atau dapat dicari dari informasi lain yang ada dalam soal. Dalam dunia nyata, yang harus kamu lakukan untuk mencari perpindahan adalah mengukur jarak perpindahan benda.
- Perhatikan bahwa ukuran jarak harus dalam satuan meter untuk rumus usaha.
- Dalam contoh mainan kereta-keretaan kita, misalkan kita ingin mencari usaha yang dikerjakan pada kereta saat bergerak di rel. Jika kereta bergerak dari suatu titik tertentu dan berhenti sekitar 2 m di rel, kita bisa menggunakan 2 m sebagai nilai D kita dalam rumus.
-
Carilah gaya yang dikerjakan pada benda. Selanjutnya, carilah besar gaya yang digunakan untuk memindahkan benda. Ini adalah pengukuran kekuatan gaya — semakin besar gayanya, semakin besar gaya mendorong benda dan semakin besar percepatannya. [1] X Teliti sumber Jika besar gaya tidak diketahui, besarnya dapat dicari dari massa dan percepatan benda bergerak (dengan asumsi tidak ada gaya lain yang mengganggunya) dengan rumus F = M × a. [2] X Teliti sumber
- Perhatikan bahwa pengukuran gaya harus dalam satuan Newton untuk rumus usaha.
- Dalam contoh kita, misalnya kita tidak mengetahui besar gaya. Akan tetapi, kita misalkan jika kita memang mengetahui bahwa mainan kereta-keretaan memiliki massa 0,5 kilogram dan gaya menyebabkannya dipercepat sebesar 0,7 meter/sekon 2 . Dalam kasus ini, kita bisa mencari besarnya dengan mengalikan M × a = 0,5 × 0,7 = 0,35 Newton .
-
Kalikan Gaya × Perpindahan. Setelah kamu mengetahui besar gaya yang dikerjakan pada benda dan perpindahan yang ditempuh, sisanya mudah. Kalikan saja kedua nilai itu satu sama lain untuk mendapatkan besar usaha.
- Waktunya untuk menyelesaikan soal contoh kita. Dengan besar gaya 0,35 Newton dan besar perpindahan 2 m, kita hanya tinggal menyelesaikan satu soal perkalian untuk mendapatkan jawabannya: 0,35 × 2 = 0,7 Joule .
- Kamu mungkin sudah menyadari bahwa dalam rumus yang diberikan di bagian awal, ada bagian lain dalam rumusnya: cosin(θ). Seperti yang didiskusikan di atas, dalam contoh ini, gaya dan arah pergerakan sama. Artinya, sudut antara keduanya adalah 0 o . Karena cosin(0) = 1, kita tidak perlu memasukkannya — kita hanya mengalikannya dengan 1.
-
Tuliskan jawabanmu dalam Joule. Dalam fisika, besar usaha (dan beberapa nilai lainnya) hampir selalu dituliskan dalam satuan pengukuran yang disebut Joule. Satu Joule didefinisikan sebagai satu Newton gaya yang diberikan dalam satu meter, atau dengan kata lain satu Newton × meter. [3] X Teliti sumber Hal ini masuk akal — karena kamu mengalikan perpindahan dengan gaya, logis jika jawaban yang kamu dapatkan memiliki satuan pengukuran yang sama dengan perkalian satuan gaya dan perpindahan.
- Perhatikan bahwa Joule juga memiliki definisi lain — satu watt daya yang dikeluarkan dalam waktu satu detik. [4] X Teliti sumber Lihat berikut ini untuk diskusi lebih rinci tentang daya dan hubungannya dengan usaha.
Iklan
-
Carilah gaya dan perpindahan seperti biasa. Di atas, kita menyelesaikan soal usaha yang mana bendanya bergerak dengan arah yang sama dengan gaya yang bekerja padanya. Dalam kenyataan, hal ini tidak selalu terjadi. Dalam kasus di mana gaya dan pergerakan benda memiliki arah yang berbeda, perbedaan antara kedua arah harus dipertimbangkan ke dalam persamaan untuk memberikan hasil yang akurat. Untuk memulainya, carilah besar gaya dan perpindahan benda seperti biasanya.
- Mari kita lihat contoh soal lainnya. Dalam kasus ini, misalkan kita menarik mainan kereta-keretaan maju seperti dalam contoh soal di atas. Akan tetapi, kali ini kita benar-benar menariknya maju dengan sudut diagonal. Pada langkah selanjutnya, kita akan mempertimbangkan hal ini, tetapi untuk sekarang, kita akan mempertimbangkan dasar-dasarnya: perpindahan kereta dan besar gaya yang bekerja padanya. Untuk tujuan kita, misalkan bahwa gaya memiliki besar 10 Newton dan bergerak maju sejauh 2 m seperti soal contoh sebelumnya.
-
Carilah sudut antara vektor gaya dan perpindahan. Tidak seperti contoh di atas, dengan gaya yang memiliki arah berbeda dengan pergerakan benda, penting untuk mencari perbedaan antara kedua arah dalam bentuk sudut antara keduanya. Jika informasi ini tidak diberikan padamu, kamu mungkin perlu mengukurnya sendiri atau mencarinya dari informasi lain yang ada di soal.
- Dalam contoh soal kita, misalkan gaya diberikan sekitar 60 o di atas arah horisontal. Jika kereta masih bergerak maju (ke arah horisontal), sudut antara vektor gaya dan pergerakan kereta adalah 60 o .
-
Kalikan Gaya × Perpindahan × Cosin(θ). Setelah kamu mengetahui perpindahan benda, besar gaya yang dikerjakan, dan sudut antara vektor gaya dan perpindahannya, menyelesaikannya akan semudah saat kita tidak memperhitungkan sudutnya. Hitung saja cosin dari sudut (hal ini mungkin membutuhkan kalkulator ilmiah) dan kalikan dengan gaya dan perpindahan untuk mencari jawabannya dalam satuan Joule.
- Ayo kita selesaikan soal contoh kita. Dengan menggunakan kalkulator, kita menemukan bahwa cosin 60 o adalah 1/2. Masukkan nilai ini ke alam rumus, kita bisa menyelesaikannya seperti berikut: 10 Newton × 2 m × 1/2 = 10 Joule .
Iklan
-
Ubahlah rumus untuk mencari perpindahan, gaya, atau sudutmu. Rumus usaha yang diberikan di atas tidak hanya berguna untuk mencari usaha — tetapi juga berguna untuk mencari variabel apapun yang ada dalam persamaan jika kamu sudah mengetahui besar usahamu. Dalam kasus ini, sendirikan variabel yang ingin kamu cari dan selesaikan dengan peraturan aljabar dasar.
- Sebagai contoh, misalkan kita mengetahui bahwa kereta kita ditarik dengan gaya 20 Newton dengan sudut diagonal sejauh 5 m dari titik awal untuk melakukan 86,6 Joule usaha. Akan tetapi, kita tidak mengetahui sudut vektor gayanya. Untuk mencari sudutnya, kita hanya perlu menyendirikan variabel itu dan menyelesaikannya seperti berikut:
-
- 86,6 = 20 × 5 × Cosin(θ)
- 86,6/100 = Cosin(θ)
- Arc cos(0,866) = θ = 30 o
-
- Sebagai contoh, misalkan kita mengetahui bahwa kereta kita ditarik dengan gaya 20 Newton dengan sudut diagonal sejauh 5 m dari titik awal untuk melakukan 86,6 Joule usaha. Akan tetapi, kita tidak mengetahui sudut vektor gayanya. Untuk mencari sudutnya, kita hanya perlu menyendirikan variabel itu dan menyelesaikannya seperti berikut:
-
Bagilah waktu yang dibutuhkan dalam bergerak untuk mencari daya. Dalam fisika, usaha berhubungan dekat dengan jenis lain pengukuran yang disebut daya . Daya adalah cara untuk mencari laju usaha yang digunakan dalam suatu sistem selama selang waktu tertentu. Dengan demikian, untuk mencari daya, yang harus kamu lakukan adalah membagi usaha yang digunakan untuk memindahkan benda dengan waktu yang dibutuhkan untuk memindahkan benda. Pengukuran daya ditulis dalam satuan watt (yang setara dengan Joule per sekon). [5] X Teliti sumber
- Misalnya, untuk soal contoh di langkah di atas, misalkan kereta membutuhkan waktu 12 sekon untuk berpindah sejauh 5 m. Dalam kasus ini, yang harus kita lakukan adalah membagi usaha yang dilakukan untuk memindahkannya sejauh 5 meter (86,6 Joule) dengan 12 sekon untuk mencari jawaban untuk daya kita: 86,6/12 = 7,22 watt .
-
Gunakan rumus TEM i + W nc = TEM f untuk mencari energi mekanik dalam sebuah sistem. Usaha juga dapat digunakan untuk mencari energi yang terdapat dalam suatu sistem. Dalam rumus di atas, TEM i = total energi mekanik awal dalam sistem, TEM f = total energi mekanik akhir dalam suatu sistem, dan W nk = usaha yang dikerjakan pada sistem akibat gaya non konservatif. [6] X Teliti sumber . Dalam rumus ini, jika gaya mendorong ke arah perpindahan, bernilai positif, dan jika memiliki arah berlawanan, bernilai negatif. Perhatikan bahwa kedua variabel energi dapat ditemukan dalam rumus (½)mv 2 dengan m = massa dan v = volume.
- Misalnya, untuk contoh soal di dua langkah di atas, misalkan kereta awalnya memiliki total energi mekanik 100 Joule. Karena gaya dalam soal menarik kereta searah dengan perpindahan kereta, maka nilainya positif. Dalam kasus ini, energi akhir kereta adalah TEM i + W nk = 100 + 86,6 = 186,6 Joule .
- Perhatikan bahwa gaya non konservatif adalah gaya yang kemampuannya mempengaruhi percepatan sebuah benda bergantung pada jalur yang dilalui benda. Gesekan adalah contoh yang baik — sebuah benda yang didorong pada jalur yang pendek dan lurus akan merasakan efek gesekan sementara, sedangkan benda yang didorong pada jalur yang panjang dan berkelok-kelok menuju ke lokasi akhir yang sama, akan merasakan gesekan yang lebih besar.
Iklan
Tips
- Jika kamu berhasil menyelesaikan soal, tersenyumlah dan tepuklah punggungmu!
- Kerjakan soal sebanyak yang kamu bisa. Hal ini akan membuatmu benar-benar paham.
- Teruslah berlatih dan coba lagi jika kamu belum berhasil saat pertama kali.
- Pelajari poin-poin berikut tentang usaha:
- Usaha dilakukan oleh sebuah gaya yang bisa positif maupun negatif. (Dalam hal ini, istilah positif dan negatif melambangkan arti matematis, bukan arti sehari-hari.)
- Usaha yang dikerjakan bernilai negatif saat gaya berlawanan dengan arah perpindahan.
- Usaha yang dikerjakan bernilai positif saat gaya searah dengan arah perpindahan.
Iklan
Referensi
- ↑ http://education-portal.com/academy/lesson/what-is-net-force-definition-magnitude-equations.html# lesson
- ↑ http://www.racemath.info/forcesandpressure/what_is_f=ma.htm
- ↑ http://whatis.techtarget.com/definition/joule
- ↑ http://www.rapidtables.com/convert/electric/Watt_to_Joule.htm
- ↑ http://www.aqua-calc.com/what-is/power/joule-per-second
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/calcpad/energy
Tentang wikiHow ini
Halaman ini telah diakses sebanyak 141.744 kali.
Iklan
